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1、本 科 生 毕 业 论 文（ 2012届）工程学院题 目： 含醇汽油动力特性和排放特性的研究 学生姓名： 熊明路 学 号： 200802120622 专业班级： 交通运输081 指导教师： 邵千钧 职称： 教 授 2012年5月 28日本科生毕业设计（论文）诚信承诺书我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文）含醇汽油的动力特性与排放特性的研究均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了引用注释，如出现抄袭及侵犯他人知识产权的情况，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日含醇汽油的动力特性与排放特性的研究摘要：石油基燃料（包括汽油、柴油等）是汽车动力用基本燃料，但石油基
2、燃料却是一种不可再生的能源，储量有限，而且因为能源的消耗所带来的环境污染问题也日益突出。因此，为了实现节能和环保，近年来对于代用燃料的研究越来越深入，例如在汽油中加入一定比例的乙醇来节约不可再生能源的消耗和减少对环境的污染。本文通过电喷发动机燃用93#纯汽油、E2.5、E5、E10、E15和E20，并对转矩、转速和尾气排放进行测量，对比研究了93#汽油和几种乙醇汽油混合燃料的动力特性和排放特性，结果表明：燃用低比例的乙醇汽油混合燃料后，对发动机动力性影响不大，尾气排放中的CO和HC能够得到明显降低，但同时也会引起个别工况下NOx排放量的增加。关键词：发动机；燃料；乙醇；汽油；动力特性；排放St
3、udy on power performance and emission characteristics of ethanol-gasoline blended fueled engineAbstract：Petroleum based fuels (gasoline, diesel and so on) are vehicles basic fuel, but fossil fuel is a non-renewable energy, Storage capacity are limited, and environmental pollution of increasing energ
4、y consumption is more serious. Therefore, in order to realize the energy saving and environmental protection, in recent years, the research for alternative fuel is more and more deeply, for example in gasoline by adding certain amount of ethanol to save non-renewable energy consumption and reduce th
5、e pollution to the environment.This article through the use of EFI engine combustion #93 gasoline E2.5、E5、E10、E15 and E20,after the torque and rotational speed measurement and on the exhaust emissions were measured. Comparative studies the #93 gasoline and several of the mixed fuel ethanol and gasol
6、ine dynamic characteristics and emission performance. The results show that: the effect of power performance is not obvious when using low blended Ethanol-Gasoline and the emission of CO and HC reduced obviously, but some reasons causes the emission NOx to increase individually.Key word: Engine；Fuel
7、; Ethanol; Gasoline ; Power performance; Emission目 录1 绪论11.1 引言11.2 含醇汽油11.2.1 含醇汽油的特点11.2.2 含醇汽油的研究现状31.2.2.1 国外研究现状分析31.2.2.2 国内研究现状分析31.3 本文研究的意义和内容41.3.1 研究意义41.3.2 研究内容41.3.3 研究方法42 醇汽油混合燃料物理性能分析52.1 混合燃料热值计算与分析52.1.1 混合燃料低热值的计算52.1.2 混合燃料理论混合气热值计算与分析62.2 混合燃料汽化潜热计算与分析72.3 本章小结73 试验布置及内容83.1 实验
8、总体布置83.2 实验装置与仪器介绍103.2.1 发动机113.2.2 CW160电涡流测功机113.2.2.1 电涡流测功机结构与原理123.2.2.2 电涡流测功机使用与操作133.2.3 NHA-501A型废气分析仪143.2.3.1 废气分析仪概述153.2.3.2 废气分析仪结构及其主要技术参数153.2.3.3 废气分析仪的使用163.3 实验方案的设计与实施163.4 本章小结174 乙醇汽油的动力特性及排放特性分析184.1 动力特性分析184.1.1 实验结果184.1.2 实验结果分析194.2 排放特性分析204.2.1 碳氢化合物（HC）的排放特性分析204.2.2
9、一氧化碳（CO）的排放特性分析234.2.3 氮氧化物（NOx）的排放特性分析264.3 本章小结285 结论295.1 动力性分析295.2 排放性分析295.2.1 HC的排放295.2.2 CO的排放295.2.3 NOx的排放29参考文献30致 谢31附 录321 绪论1.1 引言随着经济社会的快速发展，汽车保有量的增加，不仅使燃料的消耗量增加，同时，车辆发动机还是大气污染的重要来源。21世纪世界各国都将保护环境，维护生态平衡，不仅要充分利用好本国的石油资源，提高石油利用率，同时，也要防止燃用石油对环境所造成的污染。但是为了弥补石油资源的日益缺少和保护环境，同时各国为了摆脱对国外原油进
10、口的依赖和能源安全，为了符合国际环保组织日益严格的环保法规，这时对于替代燃料的研究，特别是开发利用可再生资源生产清洁燃料已成为世界各国面临的越来越迫切的任务。我国已成为汽车大国,汽车产量的日益增加和保有量的上升使得车用燃料的需求快速增长，特别是柴油、汽油。而我们小轿车基本上用的都是汽油。但是最近几年，随着我国石油资源的日益短缺和环境的日益恶化，就迫使我们国家汽车行业的相关机构投入资金和技术来研究对策以期解决现在所存在的问题。我国目前从事相关的研究主要有两方面：一方面是依靠改善内燃机燃烧和排放系统以达到前述目的；另一方面是寻找代替燃料。因为现在对内燃机的研究已经相对成熟，而且单纯依靠改善内燃机的
11、结构达到目的也受到许多限制。而对于替代燃料的研究目前我国还相对不是很成熟。因此，为实现节能环保，还可以寻找代替燃料。醇是一种含氧燃料，一方面，相关的研究表明燃烧醇燃料可以改善发动机的燃烧特性和排放特性。另一方面，醇可以从生物质制取，燃烧时生成和水，这些产物对环境没有任何污染，而且生产工业醇所需的原料来源丰富，生产技术成熟，价格合理，所以对于含醇汽油的研究可行性很强。同时，国外相关的研究表明：在汽油中添加醇不仅可以提供驱动汽车的动力，而且可显著降低有害物的排放，是一种清洁的车用燃料。若我们仅仅使用纯的醇燃料，一方面醇的热值比较低，势必导致醇的消耗量增加；另一方面要对发动机的结构进行改装，因为醇的
12、蒸发潜热大，而且容易腐蚀金属，这样就会导致成本增加。所以我将研究的重点放在醇和汽油的混合燃料上，从而避免上述问题。1.2 含醇汽油1.2.1 含醇汽油的特点含醇燃料主要指甲醇（）和乙醇（）。甲醇可以从天然气、煤、生物中制取，乙醇主要是由农作物经发酵后制成。表1-1为甲醇、乙醇、车用汽油的物理化学特性。表1-1 甲醇、乙醇、车用汽油的物理化学特性物力化学特性汽油甲醇乙醇分子式的碳氢化合物分子量95-1203246碳质量分数（%）8588375522氢质量分数（%）1215125130氧质量分数（%）00.15034.8沸点（）3020064.778研究法辛烷值（RON）7097111108自燃温
13、度（）420465426理论空燃比14.215.16.49.0空气中着火极限（体积%）1.47.67.336.94.319.0低热值（）42.544.420.2627.2汽化潜热（）2971100862理论混合气热值（）299030702970十六烷值01038火焰传播速度（）3947525037蒸气压（）5510331.6215.81密度（）747794792从表1-1可以看出，甲醇和乙醇作为汽车发动机替代燃料具有以下特点1： （1）醇以汽油混合后，容易分层，稳定性差。因为醇中有羟基（OH），所以它能够与水任意比混合；但是汽油属于，亲水性很差，所以醇类与汽油的互溶性较差，混合后易分层。 （2
14、）醇的汽化潜热大。甲醇和乙醇的汽化潜热明显比汽油要大很多。从表上可以看出，甲醇和乙醇的汽化潜热分别是1101kJ/kg和862kJ/kg，而汽油的汽化潜热仅仅为297kJ/kg，所以燃用含醇燃料的时候能使发动机的进气温度降低，从而提高了其充量系数；但是缺点就是影响了含醇燃料的蒸发，使发动机在低温环境下启动性变差。 （3）醇具有腐蚀性。醇是一种优良溶剂，很容易对橡胶和和其他非金属材料产生轻微的溶涨、龟裂和腐蚀现象。 （4）醇的十六烷值低。有表可以看出甲醇和乙醇的十六烷值低，导致其自燃温度高，所以含醇燃料的着火性能差。 （5）醇的热值低。由表看出甲醇和乙醇的低热值分别为20.26MJ/kg和27.
15、2MJ/kg，比汽油低40%60%。但是含醇燃料的理论混合气热值略高于，况且低比例的含醇汽油混合燃料的热值比汽油略低，对发动机的动力性影响不大。 （6）醇的着火极限宽、火焰传播速度快。有了醇的这一个性质，有利于混合气稀薄燃烧，不仅提高了燃料的经济性，又减少了排放。 （7）醇的沸点低、蒸发性好。甲醇和乙醇的沸点和蒸气压都比汽油要低，但是在燃用含醇燃料时，燃料的蒸发性随着掺醇比例的不同而不同，但总体上比汽油的蒸发性要好，所以燃用过程中容易产生气阻。 （8）醇分子中氧含量很高但是其理论空燃比小于汽油。醇的高含氧量能够使燃料充分燃料，提高了燃料热量利用率的同时还能够减少排放物对环境的污染；但其理论空燃
16、比比汽油要小很多，所以燃用高比例的含醇汽油混合燃料时要对发动机的结构进行改进，但是燃用低比例的含醇汽油混合燃料无明显影响。 （9）辛烷值高。甲醇和乙醇的辛烷值都很高，分别为111和108，正是因为这个原因，往汽油中掺入甲醇或乙醇可以提高混合燃料的辛烷值。同时，利用这个性质，发动机在燃烧含醇汽油的时候就可以通过提高发动机的压缩比而不是改变其燃烧室内部的结构来提高热效率。1.2.2 含醇汽油的研究现状1.2.2.1 国外研究现状分析2005 年Hakan Bayraktar2发展了Blizard NC和Keck JC 两人的湍流燃烧模型，建立了乙醇汽油混合燃料的湍流火焰传播模型，这个模型可以准确计
17、算乙醇汽油混合燃料的燃烧过程，他的实验结果表明：掺乙醇体积分数为25%的乙醇汽油混合燃料是火焰传播到汽缸壁之间的时间减少，也就是提高了燃烧的速率，从而气缸的压力和温度也相应升高，可以使发动机的输出功率、热效率等提高。但高温会导致氮氧化物的排放增加，缸压和温度的增大会在一定程度上损坏发动机的进、排气门和活塞等部件。M.A.Ceviz 3 研究了燃用E0、E5、E10、E15 和E20 后50 个循环的燃烧循环变动，他的结果表明：燃用乙醇汽油混合燃料可以降低循环变动，改善了发动机的燃烧特性和排放特性，提高燃料的经济性并改善了排放特性。H.S.Ycesu 等人4燃用E0、E10、E20、E40 和E
18、60 进行实验，通过它的实验发现E40 和E60 能够有效减少了尾气的排放，而发动机在较低转速的工况下一氧化碳的排放有效减少，E40和E60两种乙醇汽油混合燃料分别减少了11%和10.8%；但是与CO 相比，HC 的减少更加明显，发动机在高转速工况下，燃用E60乙醇汽油混合燃料使得HC排放平均减少了16.45%。1.2.2.2 国内研究现状分析何帮全等人5在一台火花式点火发动机上燃用E0、E10和E30后发现：发动机在怠速工况运行下，燃用E0、E10和E30乙醇汽油混合燃料可显著降低一氧化碳和碳氢化合物的排放，其中E30的效果最为明显。在燃油经济性和动力性的研究方面，他们的研究表明：燃料低比例
19、的乙醇汽油混合燃料时，不影响发动机功率、扭矩的输出，也就是说对动力性的影响不大，也就无需对发动机的结构进行改进。1.3 本文研究的意义和内容1.3.1 研究意义目前在我国，有很多地方已经开始推出使用含醇汽油混合燃料，前面也分析了含醇汽油混合燃料的优点，所以综合起来说，推广使用含醇汽油混合燃料的意义很大。因此，对于含醇汽油混合燃料动力特性和排放特性的研究也显得尤为重要。该项研究的主要意义有：首先，减少了汽车尾气排放造成的污染；第二，促进农业产业化、农民增收和地方经济增长；第三，可以进一步扩大我国含醇燃料和生物化工产品生产能力，壮大我国工业经济的总量；第四，可以缓解我国燃油供应紧张局面，调整我国的
20、能源消费结构。第五，研究成果还可以为发展生产含醇汽油混合燃料提供经验。1.3.2 研究内容考虑到含醇汽油的研究包含甲醇和乙醇汽油，而甲醇和乙醇又具有类似性，同时研究甲醇和乙醇汽油不仅消耗大量的时间和精力，而且由于实验室条件的限制，故只研究乙醇汽油的动力特性和排放特性的影响。 目前，国内外对乙醇汽油混合燃料的研究主要集中在E10、E20以及一些高比例混合燃料（如E50、E60和E85等比例的燃料）上面，结合我国国情（资源条件、发动机制造水平等），本论文希望通过对几种低比例的混合燃料（E2.5、E5、E10、E15和E20）的动力性能和排放性能进行研究分析，对乙醇汽油的优缺点和可行性进行分析，以便
21、在实际应用中，充分发挥乙醇燃料的优点，使其在电喷发动机上发挥更好的作用，为乙醇燃料的继续推广应用打好理论基础，从而为我国乙醇代用燃料的研究和扩大其应用范围提供有价值的理论和技术支持。1.3.3 研究方法本论文从理论和实验两方面着手，在借鉴研究国内外资料的基础上，通过实验，计算，得到有效的数据并加以分析，以得出研究结论。拟从以下几个方面展开研究：（1）对乙醇汽油的燃料物理性能进行分析。（2）通过台架实验，分别测取燃用93#汽油和六种低比例（指掺入纯乙醇的体积分数）乙醇汽油混合燃料后的常规排放物的浓度数据。（3）根据实验所得数据绘制出不同工况下各种混合燃料对发动机的转矩曲线和排放曲线，对比分析燃用
22、混合燃料后的动力特性和排放特性。（4）评价发动机燃用混合燃料后的动力性能和排放性能。2 醇汽油混合燃料物理性能分析2.1 混合燃料热值计算与分析2.1.1 混合燃料低热值的计算燃料的热值是影响发动机动力特性的重要因素。所以，在这里很有必要对含醇汽油混合燃料的热值进行分析计算。因为燃料的热值分为低热值和高热值，高热值高是指1Nm3燃料完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，而其中的水蒸气以凝结水状态排出时所放出的热量。低热值是指1Nm3燃料完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度，但烟气中的水蒸气仍为蒸气状态时所放出的热量。而发动机排气中的水蒸气含的冷凝热是很难回收的，所以燃料的热值常以低热值表示，含醇燃料的
23、低热值可以用以下方法1进行计算。 (2-1)式中：醇类混合燃料的低热值（MJ/kg）； 混合燃料中汽油的质量百分比； 混合燃料中醇类燃料的质量百分比； 汽油的低热值（MJ/kg）； 醇类燃料的低热值（MJ/kg）。计算时，应将醇类混合燃料的体积百分比换算成质量百分比，其换算公式如式（2-2）。混合燃料中汽油的质量百分比： （2-2）混合燃料中醇类燃料的质量百分比： （2-3）式中：汽油的密度（）；混合燃料中甲醇或乙醇的密度（）；混合燃料中汽油所占的体积比；混合燃料中甲醇或乙醇所占的体积比。根据表 1-1，汽油的密度以 747计、乙醇的密度以792计、汽油的低热值以43.5MJ/kg计、乙醇的低
24、热值以27.2MJ/kg计，根据公式（2-1）、（2-2）、（2-3），实验燃料低热值的计算结果见表2.1。表2-1 试验燃料的低热值燃料种类93#汽油乙醇E2.5E5E10E15E20低热值（）43.527.243.0742.64417840.9340.09燃料低热值/汽油低热值（%）10062.5399.0198.0296.0594.0992.16由表 2-1可以看出乙醇的低热值约为汽油的62.53%，而燃料的低热值随着掺醇量的增加而减少，所以从表2-1上可以看出试验燃料的低热值由大到小的排序为：93 #汽油、E2.5、E5、 E10、E15、E20、乙醇。2.1.2 混合燃料理论混合气热
25、值计算与分析可燃混合气的热值可通过下式计算6： (2-4)式中： 可燃混合气热值 MJ/kg； 混合燃料的低热值MJ/kg； 过量空气系数； 理论空燃比。由式（2-4）可知，须根据混合燃料的理论空燃比计算可燃混合气的热值，理论空燃比按下式计算7： (2-5)式中： 混合燃料的理论空燃比； 汽油的理论空燃比； 甲醇或乙醇的理论空燃比。根据表 1-1，汽油的理论空燃比以 14.8 计、乙醇的理论空燃比以 9.0 计、 =1，按式（2-4）和式（2-5）计算试验燃料的理论空燃比和理论混合气热值见表 2-2。表2-2 理论空燃比和理论混合气热值燃料种类93#汽油E2.5E5E10E15E20理论空燃比
26、14.81465144914.19138813.58理论混合气热值（MJ/kg）2.753227680275272.7505275032.7497根据表 2-2可以看出，试验燃料的理论空燃比随着掺醇量的增加而减小，但总体上相差并不是很大。试验燃料理论空燃比由大到小的的排序是：93 号汽油、E2.5、E5、E10、E15、E20。2.2 混合燃料汽化潜热计算与分析混合燃料的汽化潜热可通过下式计算8： （2-6）式中： 混合燃料的汽化潜热（KJ/kg）； 汽油的汽化潜热（KJ/kg）； 甲醇或乙醇的汽化潜热（KJ/kg）。根据表1.1，汽油的汽化潜热以297kJ/kg计、乙醇的汽化潜热以 862
27、kJ/kg 计，按式（2-6）计算试验燃料的汽化潜热如表 2-3。表2-3 实验燃料的汽化潜热燃料种类93#汽油E2.5E5E10E15E20汽化潜热（KJ/kg）297311.95326.86356.54386.05415.38从表2-3上可以看出，试验燃料的汽化潜热随着掺醇比例的增加而增加，但相差较大，其从大到小排序是：E20、E15、E10、E5、E2.5、93#汽油，其中以E2.5 的汽化潜热最接近汽油。2.3 本章小结本章对于试验所要用到的含醇燃料的物理性质，包括低热值、理论空燃比、可燃混合气热值及汽化潜热进行分析计算。试验所用的含醇混合燃料分别是 E2.5、E5、E10、E15、E
28、20；对比燃料为 93#汽油；考虑到93#汽油与试验所用的含醇燃料的物理性质有着很多的不同，故将含醇燃料的各项物理性质与93#汽油进行对比分析，找出含醇燃料的随着掺醇比例的增加而发生哪些不同，通过对比分析，所得出的结果如下：混合燃料的低热值、理论空燃比随着掺醇比例的增加而减小；而含醇汽油混合燃料的理论混合气热值相差不大且与93#汽油相当；混合燃料的汽化潜热随着掺醇比例的增加而增加。3 试验布置及内容本章主要介绍汽油机直接使用不同比例的乙醇汽油混合燃料和使用汽油时进行台架试验的情况，主要的内容包括：实验的总体布置、实验装置及相关仪器的介绍、实验方案的设计和实施等相关信息。因原本设计有高比例的乙醇
29、汽油混合燃料进行实验，但因为考虑到发动机爆燃严重，导致实验无法进行，实验数据的参考价值不大，故只采用低比例的乙醇汽油混合燃料(E2.5、E5、E10、E15、E20)进行实验。通过实验测得的数据来对比研究93#汽油和乙醇汽油混合燃料的排放物的排放特性和动力特性，从而找出不同混合燃料燃烧后动力特性和排放特性的变化规律。3.1 实验总体布置 实验是在工程学院内燃机实验室的一台别克赛欧MPF1.6型发动机台架上进行的。测试系统的总体布置示意图如图3-1。燃料箱 别 克 1.6 型 汽油机计算机分析废气分析仪、测功机 测 试 控制区 图3-1 测试系统总体布置示意图实验在浙江农林大学交通运输实验室进行
30、，实验当天天气晴朗，气温偏高，具体实物布置方案如下列图所示。图3-2 实验室实物总体布置图图3-3 实验室实物总体布置图（发动机系统）图3-4 实验室实物总体布置图（测试控制系统）3.2 实验装置与仪器介绍本实验主要使用汽油机燃烧不同比例的乙醇汽油混合燃料后用底盘测功机评价发动机的动力性和用废气分析仪测量汽油机尾气排放污染物及其含量，由此评价燃烧不同比例的乙醇汽油混合燃料时发动机的排放特性，并与燃烧纯93#汽油发动机的动力特性和排放特性进行对比，找出它们之间的区别，进一步寻找其中的规律性。本实验主要用到的实验仪器和测量仪器见表3-1。表3-1 实验主要用到的实验仪器和测量仪器测量仪器名称用途型
31、号生产厂家发动机研究对象别克赛欧MPFI 1.6上海通用CW160电涡流测功机测发动机功率CW160湘仪动力测试仪器有限公司废气分析仪排放气体采集分析NHA-501A佛山市南华仪器有限公司3.2.1 发动机实验用发动机为别克赛欧MPFI 1.6型汽油机，如图3-5所示。图3-5 别克赛欧MPFI 1.6型汽油机该发动机采用低转速高扭矩设计，使用直列4缸，SOHC单顶置凸轮轴，每缸2气门设计，结合2800转输出的128Nm峰值扭矩，是一款低转速调校发动机，动力输出较为平滑，比较适用于本实验，如表3-2为具体的发动机参数。发动机型号MPFI排气量1.598L功率（kw/rpm）66/5600最大扭
32、矩（Nm/rpm）128/2800升功率（kw/l）41.3压缩比9.4发动机形式直列4缸，SOHC单顶置凸轮轴，每缸2气门缸径冲程79mm81.5mm材料全铝缸盖，铸铁缸体表3-2 测试发动机主要参数为了确保实验的误差范围保持在理想的范围内，我们在实验前对发动机进行了一系列保养，更换了发动机的润滑油，确保发动机正常工作。3.2.2 CW160电涡流测功机本实验采用的CW160圆柱感应式电涡流测功机是用来测量动力机械各种特性的试验仪器。如图3-6所示为CW160电涡流测功机，图3-7所示为CW160电涡流测功机铭牌。图3-6 CW160电涡流测功机图3-7 电涡流测功机铭牌3.2.2.1 电涡
33、流测功机结构与原理电涡流测功机主要由旋转部分（感应体）、摆动部分（电枢和励磁部分）、测力部分和校正部分组成。其结构简图见图3-8。由结构简图可知，感应体形状犹如直齿轮，产生涡流地方在导磁涡流环的孔壁上。励磁绕组通上直流电后，则围绕励磁绕组产生一个闭合磁通。当感应体被原动机带动旋转时，气隙磁密随感应体的旋转而发生周期性变化，在涡流环孔壁表面及一定深度范围内将产生涡流电势，并产生涡流，该涡流所形成的磁场又与气隙磁场相互作用，就产生了制动转矩。该转矩通过外环及传力臂传至测力装置上，由力传感器将力的大小转换成电信号输出，从而达到测转矩的目的。在转速测量上，采用非接触式的磁电式转速传感器，将转速信号转换
34、成电信号输出。图3-8 电涡流测功机结构简图1底座；2进、出水管道（各一）；3轴承座；4测带齿轮；5主轴；6感应体；7励磁环组件；8外环；9导磁环组件；10支承端；11油杯；12联轴器3.2.2.2 电涡流测功机使用与操作在启动发动机前，应按以下步骤进行操作：1使与测功机配套的测控仪表，如FC2000或DDM系列发动机自动测控系统的测功机控制单元处于恒电流或恒扭矩控制方式，把设定值设置为零，被测动力机械应在接近于零负荷下启动。2打开进水阀门，冷却水通过进水阀和压力控制器进入测功的冷却室，由于压力控制器的保护作用，当水压低于0.02Mpa时，励磁电流是不能加到测功机的励磁线圈上的，此时测功机不吸
35、收功率。3根据被测机械的试验规范，改变FC2000或DDM系列发动机自动测控系统控制单元的控制方式和数字设定指示值，电涡流测功机会自动跟随励磁电流的大小改变负荷，起到吸功、测功的目的。4当负荷增大时，应注意检查测功机出水温度不超过55，若测功机出水温度超过55，此时应加大进水量或加大进水压力，使测功机出水温度降低。5试验完毕应使励磁电流为零，卸去负荷后再关闭被测动力机械、关闭进水阀门，停止供水系统的循环。3.2.3 NHA-501A型废气分析仪本实验所用的废气分析仪是NHA-501A型废气分析仪，如图3-9所示，图3-10所示为废气分析仪铭牌。图3-9 NHA-501A型废气分析仪图3-10
36、NHA-501A型废气分析仪铭牌3.2.3.1 废气分析仪概述NHA-501/401废气分析仪(以下简称仪器)采用不分光红外吸收法原理, 对机动车排放废气中的HC、CO及CO2浓度进行检测，采用电化学传感器对O2及NO浓度进行检测(NHA-401无NO项)。该仪器由本公司引进国外先进技术及关键零部件组装而成, 具有使用方便、测量准确、工作可靠等优点, 适用于机动车检测站、汽车制造厂、修理厂等使用。3.2.3.2 废气分析仪结构及其主要技术参数如图3-11所示，仪器主要有仪器本体、短导管、前置过滤器、取样管、取样探头、嵌入式微型打印机（选购件）等组成。仪器主要技术参数见表3-3。图3-11 仪器
37、的主要组成1仪器主机；2嵌入式微型打印机（选购件）；3取样管；4前置过滤器；5短导管；6取样探头把手；7取样探头；表3-3 排放分析仪的主要技术参数测量范围HC010000（ppm）volCO010(%)vol020(%)vol023(%)volNO05000(ppm)vol示值误差HC30（ppm）vol 绝对误差或10%相对误差CO0.2vol 绝对误差或10%相对误差1vol 绝对误差或10%相对误差0.2vol 绝对误差或10%相对误差NO40（ppm）vol 绝对误差或10%相对误差响应时间不大于10s，NO不大于15s预热时间30min电源AC220V10% 50HZ1HZ外形尺寸
38、320mm(宽)200mm(高) 540mm(深)3.2.3.3 废气分析仪的使用按“测量”键，将探头插入汽车排气管内，插入深度不少于40cm。仪器将指示出被测气体的浓度值。由于O2、NO、共用同一显示屏（NHA-401是O2、共用同一显示屏），因此，需人工进行转换显示。显示屏上方有三个指示灯用于指示显示的气体成分。如O2指示灯亮表示该显示屏显示的是O2成分，如需显示NO，则按O2NO切换键即可(NHA-401无NO)。依此类推。若仪器显示的数值基本稳定，可按“打印”键，将结果打印出来。（需另配微型打印机）。测量结束后, 请将探头拔出, 直至仪器HC、CO、CO2的指示值接近为零，按“复位”键
39、。 关断电源前, 应让气泵保持工作状态， 通入洁净空气约10分钟左右，以冲洗干净仪器管道内的残留气体。3.3 实验方案的设计与实施本实验在参考其他人在相关领域方面的研究所做的实验和老师的指导下进行的，按照国家标准GB/T6072.1一2000内燃机台架性能试验方法，所用仪器和乙醇混合燃料均符合标准，混合燃料都是用量杯和量筒现场调配，因E50以上比例的乙醇汽油混合燃料使发动机产生爆燃严重和震动剧烈的现象，故调配了以下比例的乙醇汽油混合燃料：E2.5、E5、E10、E15、E20（表示乙醇含量分别为2.5%、5%、10%、15%、20%）。然后通过测功机测量发动机在全负荷情况下燃烧不同比例的乙醇汽
40、油混合燃料时发动机的转速和扭矩，用此来表征发动机燃烧不同比例混合燃料时的动力特性。废气通过废气分析仪，测定废气中CO、HC的含量，以此来表征发动机燃烧不同比例的混合燃料的排放特性。实验拟在以下工况进行：（1）全负荷工况实验实验方法：在节气门全开的情况下，燃烧不同比例的乙醇汽油混合燃料，在不同转速点处评定发动机的动力特性和排放特性。转速测量点为：1200r/min，1800r/min，2400r/min，3000r/min和3600r/min，在每个测量点，待发动机稳定运行1min后开始测量。测量项目：CO、HC、的排放值；发动机转速；扭矩；冷却水温度；机油温度。（2）无负荷工况实验实验方法：在
41、发动机空转的情况下，燃烧不同比例的乙醇汽油混合燃料，在不同的转速点处评定发动机的排放特性。转速测量点为：1800r/min，2600r/min和3400r/min。在每个测量点，待发动机稳定运行1min后开始测量。测量项目：CO、HC、的排放值；冷却水温度；机油温度。（3）部分负荷工况实验 实验方法：在适当转速下，发动机转速不变，从小负荷20Nm开始，逐渐开大节气门，每次多加载20Nm至100Nm进行测量，评定发动机的排放特性。转速测量点为：1800r/min，2600r/min和3400r/min。在每个测量点，待发动机稳定运行1min后开始测量。测量项目：CO、HC、的排放值；冷却水温度；
42、机油温度。3.4 本章小结本章首先介绍了实验的总体布置，包括发动机的台架和控制测试部分，然后从仪器的性能和使用方法及结构原理方面详细介绍了本实验中所要使用到的实验仪器，包括废气分析仪、发动机、测功机等。最后确定了实验方案及实验方法：拟在三种不同工况（外特性工况、全负荷工况和部分负荷工况）下，燃烧不同比例的乙醇汽油混合燃料来评价发动机的动力特性和排放特性。4 乙醇汽油的动力特性及排放特性分析4.1 动力特性分析4.1.1 实验结果根据实验发动机燃烧以下六种不同燃料（93#汽油、E2.5、E5、E10、E15、E20）时,且发动机在节气门全开的情况下用测功机测出发动机的转速及其转矩，而后根据公式4-1计算得出各测量点时的发动机功率，统计结果如表4-1。 （4-1）表4-1 发动机使用不同燃料时的特性对比燃料种类测量项转速n=1200r/min转速n=1800r/min转速n=2400r/min转速n=3000r/min转速n=3600r/min93#汽油转矩（Nm）105.5555120.3704125.0011127.77781305524功率（kw）13.263522.687631.419640.139649.2135E2.5转矩（Nm）104.6296118.5185124.0741126.8519129.6
