乙醇汽油发动机非常规排放及其催化转化的研究摘要：利用气相色谱一氦离子化快速检测方法，研究了一台多点电喷汽油机分别燃用乙醇汽油混合燃料(乙醇的体积分数分别为0％、10％、20％和85％，记为EO、E10、E20和E85)时的非常规醇醛排放特性及其催化转化特性．研究结果表明：与汽油机相比，E10和E20混合燃料发动机的甲醛、乙醛和乙醇排放随乙醇掺混比的增加而增加，而E85混合燃料发动机的甲醛、乙醛排放增幅略小，约为EO发动机的1.6倍和2.4倍，乙醇排放却大幅增加，约为E10混合燃料发动机的35倍；随负荷的增加，乙醛排放整体呈增加的趋势，E10和E20混合燃料发动机的乙醇排放降低，而E85混合燃料发动机的乙醇排放却增加；普通的三效催化器对乙醛、乙醇排放的转化效率均在75％以上，但对甲醛的转化效果不佳，对E20和E85混合燃料发动机甲醛排放的转化效率低于30％。关键词：乙醇汽油；非常规排放；气相色谱仪；三效催化器：TK464文献标志码：A：0253-987x(2010)01-0013-04乙醇广泛，属于可再生燃料，辛烷值比汽油高，且能与汽油较好的互溶，是点燃式内燃机优异的代用燃料．乙醇与汽油掺混用作汽车燃料不仅可以减少石油用量，而且能够提高燃料含氧量和辛烷值，改善燃烧．围绕汽油掺混乙醇对汽车动力性和经济性的影响以及由此带来的环境效应等问题，国内外均有广泛研究，但大多针对乙醇体积分数低于10％的混合燃料，且排放的研究重点是常规CO、HC和NO2排放．本文利用气相色谱法，开展了发动机燃用乙醇体积分数分别为0％、10％、20％和85％(EO、E10、E20和E85)的混合燃料时甲醛、乙醛及未燃乙醇的非常规排放特性研究，以及三效催化器对其催化转化的研究。1试验装置和试验方法试验用发动机为JL368Q3型三缸多点电喷汽油机，缸径为68.5mm，行程为72mm，总排量为0.796L，压缩比为9.4，额定功率为26.5kW(5500r/min时)，最大扭矩为60.5N?m(3500r/min)．电喷系统采用BOSCH公司的M1.5.4P闭环多点顺序喷射系统，配合三效催化和处理，排放可达到国Ⅱ标准．发动机试验台为长沙湘仪公司生产的FC2000发动机自动测控系统．排气中的甲醛、乙醛和未燃乙醇采用本实验室发展的气相色谱一氦离子化检测器(PDHID)进行测量。试验中用市售930汽油与纯度(质量分数)为99.7％的工业乙醇配制乙醇体积分数分别为10％、20％、85％的混合燃料．考虑到乙醇容易吸收空气中的水分导致燃料分层，试验中所有混合燃料均为现场调配，未加入任何助溶剂．对于E10、E20混合燃料，试验时发动机燃料供给系统参数未作任何调整。由于E85混合燃料的单位体积热值只有汽油的72％，试验中将原机的单孔喷油器换为四孔喷油器，将供油量提高到原来的1.68倍(理论需要1.39倍)以恢复原机功率，其他参数不作调整．试验过程中待发动机运行稳定后，用聚全氟乙丙烯采气袋采集排气，然后在80℃恒温加热下检测各种工况下三效催化器前后排气中的非常规醇醛排放物。2试验结果与分析2.1甲醛排放图1为E0、E10、E20和E85混合燃料发动机的甲醛排放特性．甲醛排放主要在未燃碳氢后氧化过程中生成．由于乙醇比碳氢更容易氧化，在相同的排气管温度和气体流速条件下，它有更充分的时间氧化生成甲醛．如图2所示，汽油中低比例(体积分数)掺烧乙醇时碳氢排放比汽油高，而碳氢中约1.5％(体积分数)转化成甲醛，因此低掺混比时，甲醛排放随着乙醇掺混比增加而增加．E85混合燃料中主要为乙醇，乙醇氧化生成的作用占据主导位置，有利于甲醛的生成，但E85混合燃料发动机的碳氢排放量明显低于汽油机，如图2所示，因此E85混合燃料发动机的甲醛排放增加幅度略小，约为汽油机的1.6倍。图3给出了普通的三效催化器(TWC)对甲醛排放的催化转化特性．普通的TWC对EO、E10混合燃料发动机的甲醛排放改善明显，转化效率在8O％以上，而对于E20、E85混合燃料发动机的转化效果差，转化效率低于30％，这可能是因为甲醛在催化器中存在生成和消耗两种效应。2.2乙醛排放图4为乙醇汽油混合燃料发动机的乙醛排放特性．乙醇是二碳醇，它可以直接脱氢生成乙醛，因此比其他C2以上碳氢氧化生成乙醛简单．Maria等人通过对常压石英流动反应器中乙炔/乙醇混合气的燃烧研究发现，乙醇的性质比乙炔活泼，它的...