汽油掺烧正戊醇对点燃式发动机性能和燃烧特性的研究

工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329全文文章汽油掺烧正戊醇对点燃式发动机Hayri Yamana，Murat Kadir Yesilyurtb，aKirikkale大学，Kirikkale职业学校，汽车技术系，71450 Kirikkale，土耳其bYozgat Bozok大学，工程建筑学院，机械工程系，66200 Yozgat，土耳其阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2021年3月16日修订2021年3月22日接受2021年4月11日网上发售保留字：正戊醇二元燃料混合物燃烧特性发动机性能A B S T R A C T本文研究了无铅汽油中掺加正戊醇（体积分数为5%、10%、15%、20%）时的性能、燃烧和排放特性。的总数量。试验是在一台单缸、四冲程、水冷、进气道燃油喷射（PFI）火花点火（SI）发动机上进行的，该发动机加载了一台交流主动测功机，以便仔细检查正戊醇的上述行为在1600 rpm固定速度下，以1 kW的间隔在1 kW至5 kW的各种负载下对试验燃料（无铅汽油、Pt5、Pt10、Pt15和试验结果表明，汽油中加入正戊醇后，HC、CO、CO2和NO的排放量均有所降低，但O2的排放量有所增加。在所有的发动机负荷，正戊醇共混物表现出改善BTE相比，汽油的原因所使用的酒精的固有的氧浓度。正如所希望的，峰值缸内压力和表观放热率（HRR）的测试燃料混合物的值被发现高于UG测试燃料。值得注意的是，根据实验结果，高级醇，即正戊醇，可以在SI发动机应用中用作汽油燃料的部分替代品。©2021 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍环境污染，特别是大气污染，多年来一直被认为是全世界人类遇到的最关键和最重要的问题之一，并且仍然是[1]。人们对道路运输量减少所造成的空气污染的期望值日益提高。因此，世界一直热切地关注通过实施严格的排放标准来减少这种污染贡献者，即从车辆释放的排放物[2]。土耳其是中东地区的大国，是欧盟（EU）的候选国，也是G20国家主要经济体的准成员。根据2019年的国内生产总值（GDP），土耳其是世界第20大经济体，同时也是欧盟第8大经济体[3]。此外，土耳其拥有弹性经济，足以应对2008年全球经济危机和随后的全球金融衰退[4]。同样，据估计*通讯作者。电子邮件地址：kadir. bozok.edu.tr（M.K. Yesilyurt）。由Karabuk大学负责进行同行审查。2011-2017年，土耳其将成为经济合作与发展组织（OECD）成员国中增长最快的经济体在这方面，随着经济增长，近年来发达国家和发展中国家运输部门的燃料消耗量也随之增加[6]。在这个方向上，与许多国家一样，多年来土耳其使用汽油的车辆总数也在逐步增加。据预测，到2020年11月底，汽油燃料驱动的汽车总数达到318万辆，每年增长约1%，而2014年为286万[7]。虽然Tur-key的汽油燃料产量然而，汽油的消耗量呈现出上升的趋势，尽管并不显著。2018年，土耳其的汽油消费量为233万吨，比去年增加了1.16%[8]。不幸的是，土耳其的汽油价格相当高，而且汽油燃料也有相当大的税收。更重要的是，土耳其的人口增加对汽 油的 消费 有直 接的 影响[9] 。在 欧盟 指令 、能 源市 场监 管局（EMRA）目标和土耳其https://doi.org/10.1016/j.jestch.2021.03.0092215-0986/©2021 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchH. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461330命名法SI火花点火BDC下止点UG无铅汽油TDC上止点PFI进气道燃油喷射AC备选电流G100100%汽油SPD火花塞放电PT55%正戊醇/95%汽油（体积）CID燃烧初期PT1010%正戊醇/90%汽油（体积）CD燃烧持续期PT1515%正戊醇/85%汽油（体积）EOC燃烧结束Pt 20 20%正戊醇/80%汽油（体积）HC未燃碳氢化合物CO一氧化碳CO2二氧化碳NO一氧化氮氮氧化物O2氧气BTE制动器热效率HRR放热率IC内燃机CI压缩点火CR压缩比蒸发潜热CH3 CH2 OH乙醇空燃比制动比油耗EGR废气再循环ANN人工神经网络响应面法R2系数回归可变压缩比MFB已燃质量分数ECU电子控制单元w1，w2，.. . ，wn自变量的不确定性wR结果的不确定性值x 1，x 2，.. . ，xn自变量R因变量废气温度国内生产总值国内生产总值欧盟欧盟OECD经济合作与发展组织EMRA能源市场监管机构CA，h曲柄角k比热值V气缸容积P缸压力Q净热输出T1发动机冷却水入口温度T2发动机冷却水T3排气量热计水入口温度T4排气量热计水出口温度T5到达排气量热计T6EGT离开排气热量计在2023年的愿景目标中，Melikoglu[6]推荐了一些关于土耳其石油基燃料消费的在这种情况下，土耳其的年汽油消费量将在2023年减少到200万立方米，这要归功于开始使用替代燃料。近年来，注意到各国制定的法规对于使用基于石油的化石燃料是严格的，因为它们在内部燃烧（IC）发动机中燃烧时会破坏环境因此，上述原因促使研究人员探索替代的、可持续的、可再生的和清洁的能源，以替代石油基燃料[10]。在过去几十年中，替代燃料样品的使用一直在增加，以取代压燃式（CI）发动机和SI发动机中首选的传统化石燃料，尽管有很多建议的方法来解决空气污染问题[11与许多国家一样，土耳其共和国政府在2017年采取主动行动处理了这一问题，并规定了乙醇与汽油的混合义务。根据该法规，在土耳其，汽油中必须至少添加3%（体积）由国内农业原料生产的乙醇[15]。换句话说，上述义务已经指导销售3%乙醇和97%汽油的混合物，从而导致适当的解决方案，以降低对原油的依赖率因此，它确保以较大的速率减少从SI发动机排放的空气污染值得注意的是，该计划在土耳其的所有城市都很活跃，直到这些天，帮助减少CO，HC，CO2等废气排放必须指出的是，政府取消了乙醇混合义务，因为由于流行病（Covid-19），全球对消毒剂和古龙水的需求正在增加。汽油/酒精混合燃料在不同类型的汽油机上使用已久。此外，可以说，对酒精与石油基燃料一起使用的兴趣始于上个世纪中叶这种情况基本上是因为对碳氢化合物的巨大需求导致世界各地过度使用化石能源长期以来，四乙基铅作为添加剂被添加到汽油燃料中，以提高汽油的辛烷值，但根据公认的观点，它损害了人们的健康[2，16]。在目前的看法中，建立一个具有能源效率以及无污染的世界的追求已经迅速持续，因为关于替代燃料的主题和技术在实验室条件下得到了很好的解决此外，还进行了汽油与苯、丁二烯等芳烃及少量其它化合物的调合试验。无论如何，SI发动机中使用的许多添加剂都被称为致癌物[11]。此外，这些已经导致在气缸内的燃烧反应期间从排气产生烟雾排放值得注意的是，通过改变发动机工作条件（如点火正时、压缩比（CR）等）来提高性能和排放模式的优化过程的评估机会在世界范围内的内燃机研究中迅速发展，并在此基础上进行了与上述参数有关的开发[17，18]。醇类具有与汽油相似的物理和燃烧特性。醇类燃料已成为汽油机替代汽油的最方便的燃料这主要得益于潜规则等肯定性规范汽化热（LHV）、火焰速度、氧气量和发动机气缸内几乎完全的燃烧反应[19]。的H. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461331以醇类为燃料的发动机允许具有更高的CR ，因此制动热效率（BTE）提高。这是因为它们的辛烷值和氧含量高[13]。以往的工作研究了几种代用燃料混合物对内燃机性能的影响。这些论文的实验结果表明，当使用这些混合物时，发动机输出功率急剧增加，而当使用特定浓度的这些混合物时，废气排放量之前的一些研究集中在汽油与醇类如甲醇（C1）、乙醇（C2）、丙醇（C3）和丁醇（C4）的混合上，证实了发动机的性能总体上得到了提高，废气排放得到了显著缓解[20]。另一方面，在较低温度下将汽油与醇调合仍然存在缺点，因为这导致爆震发生和相分离。Elfasakhany等人[21]，例如，仔细检查了使用三元燃料混合物（乙醇/甲醇/汽油、正丁醇/异丁醇/汽油和异丁醇/乙醇/汽油）运行的SI发动机的性能和排放水平，并旨在观察容积效率和发动机功率的有利结果。研究人员对测试的混合燃料得出了令人失望的结果虽然对醇/汽油混合燃料进行了稳定剂的注入，但在低温条件下醇的包括乙醇在内的醇基替代燃料是可行的。作为内燃机应用的重要能源[22]。乙醇或乙醇（CH3 CH2 OH）被认为是一种可再生的清洁能源，考虑到生产成本低，可以从农业原料即甘蔗和玉米等生物质中顺利合成[23乙醇可以作为纯形式或与汽油混合在SI发动机应用中进行[26乙醇的物理化学特性接近纯汽油[22]。乙醇在发动机中具有极强的抗爆震性[24]。尽管乙醇是汽油的热门候选物，因为其较少的温室气体影响、低有害污染物、与汽油均匀共混的能力、高LHV、高氧含量和辛烷值，但其一些挑战如与汽油相比较低的热容、在发动机中用作燃料之前对发动机进行必要的修改，并且其从农业方面需要广阔的生产土地的原材料生产[30当与除甲醇之外的其它醇混合时，乙醇具有低分子量，并且它通常取代其它添加剂用作注入汽油的辛烷值促进剂由于其化学键中固有的氧含量，乙醇导致有助于发动机气缸中更好的燃烧过程，以获得几乎完全的燃烧。除此之外，乙醇中硫含量的缺乏将导致空气污染问题的减少[33有许多关于在SI发动机中使用短链醇如乙醇和甲醇的研究。其中一些人总结如下：例如，Al-Hasan[24]指出了使用不同的UG/乙醇混合物对排放和性能特征的影响。研究者观察到当量空燃比（AFR）随着制动比油耗（BSFC）的下降而Yücesu等人[36]在实验点和数学结果中对SI发动机性能进行了比较分析，发动机使用乙醇/汽油混合物。Özsezen和Zanakç[37]指出，腐蚀特性是最重要的观察参数之一，通过应用先进的注射方法，可能会降低更大的等级Elfasakhany[38]研究了汽油/甲醇混合物在SI发动机中的排放和Turner等人[39]研究了汽油/乙醇混合物结果表明，在所有负荷条件下，CO2和NOX的排放都有显著的降低DogGogan等人[40]通过热力学分析，试验了汽油/乙醇混合燃料对点燃式发动机性能和污染物排放的影响。Kang等人[41]强调，双燃料混合物（乙醇/汽油）中酒精含量的增加会增强燃烧过程，从而促进燃烧反应，导致更高的BTE。目前文献中存在一个明显的缺点，即着重于探讨高级醇-汽油混合物对点燃式发动机性能、有害污染物和燃烧特性的影响。除此之外，大多数研究人员已经对甲醇或乙醇混合汽油进行了实验，因此，这些研究已经在上述文献综述中进行了介绍。戊醇是最值得注意的高级醇之一，以便在SI发动机应用中选择作为替代燃料替代品。戊醇也称为戊-1-醇、正戊醇或正戊醇[42]。戊醇可以由可再生和可持续的农产品通过各种技术合成。戊醇及其衍生物作为发酵过程中产生的众多风味化合物之一，一直被食品工业所研究表明，戊醇及其相关的酸、醛和酯是发酵饮料中最主要的风味和气味成分[43]。此外，戊醇是直链醇，由于其优于其他醇的优点，虽然它是长链醇，但与其他短链醇相比，戊醇的生产需要低能量[44，45]。另一方面，由于高级醇的高生产成本、非石油来源的受限生产以及在食品工业中的生产性利用，高级醇的利用较早被劝阻[46，47]。近年来，高级醇作为可再生和可持续的发动机燃料，在提高这些醇的产率方面发挥了作用，这已经在这方面，高级醇如丁醇和戊醇可以从纤维素生产，实施处理梭菌属物种新菌株的当代发酵技术[48]通过利用基因工程从葡萄糖生物合成需要的微生物，如酿酒酵母[49]，蓝细菌[50]和大肠杆菌[51]。除此之外，还有一条不同的生产线，其中生物质可能被气化或蒸汽重整或部分氧化，以产生合成气体，如CO2，H2和CO，这些气体可以通过称为高级醇合成的过程催化转化为高级醇[52]。除此之外，高级醇已经通过光合作用再循环CO2或直接电-微生物转化途径产生[53]。从本质上讲，这种技术可以帮助将作为温室气体的CO2再循环成高级醇，而不需要解构生物质[54]。此外，生物燃料生产商为了降低高成本，正在升级注册的生物化学路线，以便大规模商业生产高级醇[47]。有趣的是，可以推荐在整个生物柴油（其是柴油发动机的替代燃料）的生产过程中的酯化过程中选择戊醇，因为其与甲醇相比具有无与伦比的油或脂肪溶解度[43]。此外，众所周知，戊醇是一种良好的腐蚀抑制剂，不会影响燃油管路[55]。不幸的是，与低级醇相比，戊醇的成本相当高，因为它的生产在世界各地已经实现了有限的数量。当这种酒精在内燃机中的商业点的使用，可以降低成本一些关于长链醇的大量研究将在给定H. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461332因为关于戊醇在点燃式发动机上的应用的研究数量有限，因此，为了更好地考虑试验燃料对发动机性能的影响，Yacoub等人[56]的目的是研究在1缸汽油发动机中单独与汽油混合的C1-C5醇的性能和排放模式，其中汽油的氧浓度相同。他们得出结论，C4和C5的高级醇表现出与UG相反的劣化的抗爆震一般来说，整个测试的燃料混合物减少了CO排放。Gautam等人[57]探索了在化学计量AFR和稳态条件下使用戊醇-汽油混合物运行的1缸沃基肖合作燃料研究发动机他们确定，测试燃料混合物的循环排放（CO2，CO和有机物碳氢化合物当量）与汽油非常相似，而NOx排放量增加。Altun等人[58]研究了异丙醇-汽油混合物对排气中释放的污染气体和发动机性能行为的影响。在一台四缸四冲程汽油机上进行了试验研究，发动机使用汽油及其与异丙醇的混合物（含5%和10%乙醇（体积））。因此，使用异丙醇-汽油混合燃料可以降低HC和CO的排放，但CO2的排放量会增加。Togbé等人[59]观察了在不同当量比（0.7-1.4）和423 K、1 atm条件下1-戊醇-空气预混层流火焰的层流火焰速度Gravalos等人[60]通过实验研究了在不同发动机转速条件下，向汽油中添加低级-高级醇对SI发动机排放特性的影响。因此，他们注意到，废气中的HC和CO排放量随着醇混合燃料样品的工作而降低，而NO排放量高于纯汽油。Gong等人[61]进行了全面的实验研究，他们仔细检查了含有异丙醇（10% 、20% 、40% 和100%）和汽油的各种燃料混合物对3缸、4冲程、PFI SI发动机的性能和有害污染物特性的影响，其中排气再循环（EGR）率为0%、5%、10%、15%和20%，负载为10%、20%和40%，固定速度为3000 rpm，节气门全开。他们得出结论，EGR导致减少NOx排放。除10%外，CO和HC排放在所有负荷下均表现出模糊的变化随着EGR 率 的 降低 和 负 荷的 增 加 ， 颗粒 物 排 放率 呈 单 调上 升 趋 势Elfasakhany[62]研究了在各种发动机速度操作条件下，由三种不同的含有异丁醇（3%、7%和10%体积）的汽油混合燃料驱动的SI发动机的发动机性能和废气排放的影响他还建议汽油混合异丁醇高达10%的体积基础上，因为避免修改的发动机。实验结果表明，CO和HC的排放监测是在较低的燃料混合比汽油在较低的发动机转速。Yusri等人[63]研究了体积比为5%、10%和15%的2-丁醇和汽油的二元混合物对4缸、4冲程、自然吸气SI发动机的燃烧、污染物排放和热平衡规格的影响，该发动机处于50%节气门全开状态，发动机转速在1000 rpm和4000 rpm之间，间隔为500 rpm。结果表明，随着混合燃料中仲丁醇含量的增加，CO、NOX、HC等排放物有所降低，而CO2排放物略有增加。另外，在汽油中加入仲丁醇后，平均指示压力的变异系数也有所换句话说，酒精稳定了燃烧过程。在他们的实验研究中，Galloni等人[64]在具有PFI系统的4缸涡轮增压16气门SI发动机中测试了汽油和生物丁醇混合物（20%和40%丁醇质量百分比），评估发动机在部分负荷条件下的性能结果表明，随着酒精浓度的增加，BTE和发动机扭矩下降不明显，而BSFC有所增加。此外，CO2和NOX排放增加，HC和CO排放下降.针对在不同CR下的1缸4冲程SI发动机中含有5%和10%两种比例的醇的各种醇（乙醇、丙醇、丁醇和戊醇）-汽油混合物的性能行为，Kothare等人[65]发现较高浓度的戊醇导致BSFC降低，同时提高能量效率。Sivasubramanian等人[66]探索了异丙醇-汽油混合物作为具有多点燃料喷射系统的中型SI发动机的替代燃料混合物的利用二元共混物由异丙醇组成，比例为10%，20%和30%体积，以评估醇添加对性能，燃烧和排放的影响。结果表明，随着BTE和NOX排放的增加，HC和CO排放显著降低，添加乙醇对发动机性能产生了负面影响此外，异丙醇注入导致气缸中的压力和HRR升高。Dhamodaran等人[67]在1400 rpm-2800 rpm发动机转速范围和固定负载（20 Nm）下，研究了正丁醇（高达30体积%）-UG共混物的二元共混物对4冲程、4缸、中型SI发动机的发动机特性的影响。结果表明，当使用正丁醇和汽油的混合燃料时，发动机释放较少的CO和HC排放，较高的NOx排放。掺混汽油的BTE、峰值缸内压力、HRR均高于纯汽油。Geo等人[2]研究了乙醇和苯甲醇以10%和20%的比例与汽油混合对具有多点燃油喷射系统的市售2缸SI发动机的燃烧、排放和性能的影响，该发动机在20%至100%的各种负荷下，间隔为20%，稳定转速为2500 rpm。与纯汽油相比，试验燃料混合物的BTE增加，而HC、NOX和CO排放降低。根据试验结果，推荐了一种较优的高级醇苯甲醇作为汽油的代用燃料添加剂。Uslu和Celik [68]仔细检查了异戊醇注入的影响（戊醇的异构体），通常被称为杂醇油，以不同的百分比添加到汽油中（10%、20%和30%）在不同的发动机运行条件下，例如压缩比，（8.0、8.5和9.0）和发动机转速（2600、2800、3000和3200 rpm）。杂醇油含有高百分比的异戊醇，它是从糖厂作为废副产品获得的。实验结果表明，在所有压缩比下，与基准汽油相比，异戊醇的使用降低了排气管中有害污染物的排放。当发动机燃用30%乙醇+70%汽油混合燃料时，CO、HC和NOX排放分别比汽油降低约12.2%、6.45%和35.6%。燃烧分析结果表明，使用异戊醇后，在所有压缩比工况下，缸内气体压力和放热率都有较大幅度的跃升。换句话说，在压缩比为9.0和发动机转速为2600 rpm的情况下，将20%异戊醇添加到汽油中，记录的最高缸内气体压力为47.50巴。此外，当发动机在上述操作条件下以10%异戊醇混合物为燃料时，计算出的最大放热速率为8.64 J/deg。有趣的是，Uslu和Celik[69]还进行了人工神经网络（ANN）耦合采用响应面法（RSM）对汽油机燃用异戊醇/汽油混合燃料进行优化设计，以评价发动机的性能和污染物排放H. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461333在各种发动机速度和压缩比下的排放。根据优化研究结果，用神经网络模型计算出性能参数和排放参数的回归系数R2这意味着，最高的平均相对误差被发现是低于7%，从测试获得的输出相比。在此基础上，通过响应面设计，确定了最佳的发动机工况和汽油中高阶醇的比例为：乙醇含量15%，压缩比8.31，发动机转速2957.58 rpm。因此，作者指出，人工神经网络模型结合响应面设计可以是一种有影响力的技术，以估计和优化发动机的结果，以尽量减少试验次数的目的如文献中所观察到的，不同类型的醇燃料对性能和排气有害污染物的影响已经报道了很长时间。与汽油相比，具有相对较高辛烷值的醇在尽管大多数文献工作测试了短链醇和丁醇与汽油混合在SI发动机应用中的情况，但文献中关于使用正戊醇或正戊醇的试验有限。此外，正戊醇可以通过应用各种技术由可再生和可持续的原料合成。在这种情况下，正戊醇必须作为内燃机应用的替代燃料进行评估此外，它是从全面的文献调查的结论，燃烧特性，如HRR，压力上升率，和缸内压力的SI发动机没有得到充分的研究时，发动机与正戊醇/汽油燃料混合物的燃料。为此，本文研究了不同浓度（5%、10%、15%和20%体积比）的正戊醇添加到UG中的效果。在发动机转速为1600 rpm的条件下，研究了不同负荷（1-5 kW）下发动机的性能（BTE和EGT）、排放特性（HC、CO、CO2、O2和NO）和燃烧特性（缸内气体压力、HRR和压力上升率在特定范围内选择多样化的混合浓度的目的是检测考虑到环境友好以及提供合适的发动机结果的最佳混合比。2. 试验燃料在 本 研 究 中 ， 选 择 辛 烷 值 为 95 的 市 售 UG 作 为 参 考 燃 料（G100），其购自位于Kirikkale，Tur-key的当地汽油公司正戊醇的高级醇（99%超纯）由Acros Organics，USA提供所述共混物包含5%，在实验室条件下分别制备了10%、15%和20%（汽油中正戊醇的体积比）的溶液，并分别标记为P5、P10、P15和P20。换句话说，例如，P10含有10%的正戊醇和90%的汽油燃料，以体积计。在实验中，限制汽油中的高级醇浓度（高达20体积%），以便不对发动机进行修改。基准汽油中正戊醇最大浓度选择为20%（v/v）的原因是为了避免爆震。顺便说一下，如上所述，在预定的发动机操作条件下，还在研究发动机中测试了25%正戊醇+75%汽油燃料混合物（按体积计）然而，作者听到了爆震，并且实时燃烧分析仪由于正戊醇的较低辛烷值而呈现爆震行为，如表1所示。因此，由于上述原因，在最高压缩比下没有彻底试验汽油中25%（体积）的正戊醇比例它应该被测试合理较小的压缩比，然而，它可能导致降低从发动机产生的热效率。因此，本文件在以下章节中未对这种混合燃料进行讨论。在发动机实验开始之前制备上述试验燃料，以防止燃料混合物中的相分离，即确保燃料混合物的均匀性。同时进行了重力观测，将燃料共混物在玻璃瓶中在25°C的环境温度和黑暗介质中储存两周在稳定性试验期间，所有试验燃料都清楚地显示出单相。汽油和1-戊醇的燃料规格列于表1中。3. 实验装置和测试程序在本研究中，试验进行了1缸，4冲程汽油机。实验测试装置的示意图和图示如图所示。1.一、试验发动机具有PFI系统的燃油喷射能力和电子点火功能。该SI发动机的技术性能综合列于表2中。试验发动机有一个电子控制燃油喷射系统，它可以通过闭环系统进行控制，废气中的氧传感器发动机已加载由于交流主动测功机（盖伦技术11千瓦）与西门子控制器安装在发动机轴上，它有能力加载这个发动机。此外，实验测试台还包括高速数据采集（NI USB-6210总线供电表1试验燃料样品的燃料规格[2，47，68无属性单元汽油戊醇1化学式2氧含量wt.% 0 18.153发热量下限MJ/kg 44.0 34.654密度kg/m3720-775 814.85 25 °C时的粘度mm2/s 0.56自燃温度1.013 baroC 420 3007分子量g/mol 95.28发动机辛烷值9研究法辛烷值9110沸点oC 210 137.511辆轻型车KJ/kg223.2308.0512化学计量AFR–14.2-15.111.7313 20°CkPa–6H. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461334.nΣΣFig. 1. 实验装置的示意图。表2所用SI发动机的技术性能。发射器技术来测量发动机释放的排放物。主要考虑了CO、CO2、HC、O2和NO五种气体污染物因此，废气分析仪装置的测量范围列于表3中。该试验装置已用于收集50个连续发动机循环的全部试验数据利用合适的软件对测量数据因此，将Holman[72]所代表的平方根方法应用于发动机实验，以计算不确定性。污秽方程的形式为：wR¼@R2@x1周1小时@R2@x2w2þ···þ@Rw@xn2#1= 2ð1ÞM系列多功能数据采集设备，NI DAQmx驱动软件，16位，250 kS/s）和记录系统，用于获取发动机特性数据。收集的基本传感器数据如下：缸内压力传感器，用于确定每个循环期间气缸中显示的气体压力;编码器，用于检测曲柄位置。将热电偶放置在合适的位置以测量发动机温度。此外，补充数据文件A节中的表1给出了本工作中使用的发动机仪表的详细信息。在试验过程中，发动机和排气量热计装置中水循环的质量流量分别保持恒定为250 L/h和100 L/h。废气排放量的观察与博世品牌的E350型废气分析仪的帮助下。该装置采用了非色散红外和电化学其中，● w1，w2，.. . ，wn：自变量的非线性，● wR：结果x1，x2，.. . ，xn：独立变量，R：因变量，它是自变量的函数。表4显示了设备和计算参数的不确定度值。表3废气分析仪装置的技术性能没有项目单元测量范围1CO卷百分比（%）02CO2卷百分比（%）03HCppm04O2卷百分比（%）05没有ppm06K–0.500-9.9997 K型热电偶oC 0“的。.●●没有项目规范1品牌Kirloskar VCR引擎2模型电视13号汽缸一4卒中类型四5压缩比6–106最大负载条件1600 rpm7发动机转速（最大）1850 rpm8行程长度110毫米9气缸孔87.5毫米10连杆长度230mm的11波及体积661.5 cc12冷却式水冷13火花正时TDC前26°14空转速度750 rpm15进气阀关闭BDC后35.5°16进气门开启TDC前4.5°17排气门关闭TDC后4.5°18排气门打开BDC前35.5°19负载能力0至50公斤H. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461335没有测量不确定性（%）1发动机功率±0.922发动机速度±0.793发动机负荷0.06 ±0.064燃料流速±0.925EGT±1.006滴定管燃料测量±1.007空气流速±0.758时间±0.209BTE±1.4810CO±0.9511CO2±0.8312HC±1.1813O2±0.7514没有±0.75表4设备和计算参数的不确定度。在发动机测试之前，将压缩比调节到10：1，这是测试发动机的最大参数，并且对于所有类型的燃料样品保持恒定，即使发动机提供宽范围的压缩比，如表1所示。通过将发动机限制在固定速度（1600 rpm）下进行所有测试燃料的发动机测试，随后，发动机从1千瓦到5千瓦的负载，以观察发动机的行为和排放模式。试验是在稳态条件下进行的，所有试验燃料均在试验发动机上进行了任何修改。在主要测试之前，发动机使用纯汽油运行20分钟以预热发动机，因此应注意试验编号的读数，以便对该状况负责根据实验前的工作目标，根据每个循环和负载条件的适当空燃比研究，在每种情况下确保最佳k= 1条件。SI发动机的运行条件由全电子开放式技术PE 3-SP 000系列ECU在测试期间提供补充数据文件中给出的接口图像（如下所述）通过确定和记录喷射系统喷射器在3 bar连续压力下的喷射时间（毫秒（ms））来实现，喷射条件为完全开放访问条件，ECU和测功机控制单元USB连接，这将提供适合每个所需负载和旋转的k通常，在为每个协调情况提供k= 1此外，还可以通过改变瞬时喷油时间来增加和减少燃油量此外，燃料喷射时间可以在燃料吸入时以适当的曲轴角（CA）间隔另一方面，将O2λ传感器安装在测试系统的发动机排气管上的适当距离处，在连接和控制软件中选择闭环后，在ECU中，已知燃料的传感器电压值通过接口控制计算机输入到系统存储器中，并且持续支持期望的λ值，因此在期望的操作条件下进行了最终实验。此外，在测试系统中使用Bosch品牌11 mm铱火花塞。如上所述，火花正时也可以使用ECU来控制。在本实验中，对于每种燃料类型，火花正时被调整为TDC之前26°CA补充数据文件B节中介绍了SI发动机计算机燃油喷射界面（图1）、氧传感器界面（图2图二、不同负荷下BTE的变化在这项研究中，通过将目标正戊醇基燃料与当前系统的汽油燃料混合来研究目标正戊醇基燃料的可用性，而不对发动机和燃料系统进行任何改变在这种情况下，已经通过创建在每个循环中满足k= 1条件的条件和发动机的负载条件进行了实验研究，并且发动机可以在没有爆震行为的情况下操作。因此，在使用测试系统的主计算机接口设置适当的工作程序后，将Pt5、Pt10、Pt15和Pt20燃料的k= 1条件以及发动机可以在适当的点火提前角下运行的情况加载到ECU中，并在没有爆震的情况下对发动机进行测试和分析。当共混物中的正戊醇浓度增加时，从软件中已经发生爆震，因此，发动机停止并且实验不继续高于20%（v/v）比例。它可以在不爆震的情况下运行的条件主要是通过PE 3-SP 000系列ECU和开放访问程序（版本：3.06.01）来实现的，该程序用作开放访问。通过在预调试验系统的主计算机上同时运行另一个燃烧分析-性能分析程序（ICEengineSoft_9.0），提供了由CA变化引起的缸内压力变化在试验计算机界面的屏幕图像上实时监控上述程序，并记录达到无爆震压力变化时的试验工况。在试验过程中，设置了燃烧分析程序。4. 结果和讨论本文根据最新的文献资料，对正戊醇/汽油二元混合燃料在不同负荷下的性能、燃烧和排放特性进行了研究和讨论3 kW、4 kW和5kW，转速稳定在1600 rpm。4.1. 制动热效率热效率指出了燃烧系统识别测试燃料的能力，并确保评估燃料中能量有效性的比较意见汽油Pt5Pt10Pt15Pt20H. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461336转换成机械出口[73]。图2显示了所有测试燃料与纯汽油在不同加载条件下的BTE结果如图所示，当发动机负载从1 kW增加到5 kW时，注意到所有测试燃料样品的BTE数值显著在最高发动机负荷下，汽油、Pt5、Pt10、Pt15和Pt20的最大BTE分别为40.27%、41.20%、42.34%、43.74%和44.68%。还从所有测试燃料的发动机试验中获得指示的在这种情况下，汽油、Pt5、Pt10、Pt15和Pt20在最大发动机负荷条件下的指示热效率分别为44.08%、44.32%、44.79%、45.45%和46.99%。此外，当对于每种燃料检查作为机械损失的一种的摩擦损失时，应当注意，发动机负荷的增加导致摩擦损失增加。在测试系统中，摩擦和泵送损失一起评估在这方面，摩擦、泵送等的损失值在最高发动机负荷下，分别获得1.18 kW、1.12 kW、1.02kW、0.93 kW和0.88 kW从引擎中获得40%以上的效率可能听起来很有挑战性。在本实验研究中，测试系统和选定的SI发动机首次调试，并与交流有源发电机为基础的测功机系统，以高效率的工作进行了测量。除了这些情况之外，人们认为，通过SI发动机的开放访问新技术ECU提供最佳操作条件对于发动机的高效率和使用正确的测量方法将发动机效率提高到40%以上是有效的此外，测试发动机是新的这一事实也是摩擦损失低的一没有辅助系统，如交流发电机，水泵和由发动机驱动的冷却器压缩机，使发动机能够获得更多有效的动力。值得注意的是，在纯汽油中注入高级醇导致在所有发动机负荷条件下显著改善BTE值随着燃料中正戊醇比例的增加，混合燃料的BTE值增加。BTE图中的增强的基本参数如下：适当的雾化特性和混合过程中的加速此外，众所周知，醇基燃料源具有比基准汽油燃料更高的辛烷值以及更高的层流火焰速度因此，在SI发动机中使用醇类燃料的情况下，它们会导致燃烧持续时间减少。 从图中可以看出。7，这将详细解释，正戊醇/汽油混合物的燃烧持续时间形成为与常规汽油相比缩短。此外，醇基燃料具有比汽油更大的LHV特性由于这些原因，当高级醇加入汽油中时，BTE值增加[29]。换句话说，由于醇基燃料比汽油具有更高的LHV特征，正戊醇在压缩冲程中的整个汽化过程中因此，这显著地冷却了进气，从而提高了充气强度，这反过来又提高了乙醇/汽油混合物的发动机的容积效率此外，它导致压缩充气所需的功减少，因此提高了所有发动机负载下的总BTE。可以认为，BTE应在一定百分比后降低，这取决于混合物中酒精含量的增加。而目前的研究表明，当汽油中加入20%的正戊醇时，BTE逐渐增加无论如何，不难说，出现这种情况有上述原因。作者确实同意，酒精添加量高于20%（按体积计）会降低热效率，因为能量含量较低这个想法可能是骗局-通过研究Uslu和Celik发表的论文[68]得到了证实。研究人员研究了各种异戊醇（戊醇的异构体之一）注入到汽油中，导致在所有发动机运行条件下BTE增加;同时，当发动机使用20%的高级醇混合物时观察到最大结果所产生的蒸汽正戊醇在其化学结构中具有更多的氧分子这导致燃烧过程质量的改善BTE与燃烧特性之间存在一定的关系尽管如此，这个主题将在接下来的章节中详细讨论。不过，这里也需要简单解释一下。如4.4小节所述，监测到正戊醇/汽油混合物的缸内气体压力数值高于常规汽油燃料的缸内气体压力数值，因为醇基燃料具有比汽油更高的层流火焰速度和更高的氧含量这种情况可以在SI发动机中实现更方便的燃烧反应区域，并且该路线与缸内气体压力一起，活塞中所做的功比汽油增加更多[68]。此外，对于接近TDC的所有种类的测试燃料，优选在测试发动机中的较高压缩比的最高缸内气体压力，因为醇基燃料的绝热火焰温度低于汽油，并且因此，它导致燃烧室的热损失减少，从而导致较高的缸内气体压力以及BTE。当检查文献时，可以看出，由于其化学结构而含有一定量的氧的醇燃料添加物的有效制动效率增加不同的研究者也提出了类似的结果及其原因研究人员在发表的论文。例如，Geo等人[2]测试了与汽油混合的高阶和低阶醇对SI发动机的发动机特性的影响作者强调，与纯汽油相比，在满载时，高级醇混合物在汽油中10%和20%苯甲醇的BTE分别提高了10.18%和11.52%同时，与参比燃料相比，10%乙醇和20%乙醇汽油中的低级醇含量在所有操作条件下，向汽油中注入醇显然，研究人员发现，在汽油中同时使用高级和低级醇可以改善BTE，因为BTE增加背后的基本原因是加速混合和适当的雾化。同样，燃烧室中来自醇类的可用氧分子有助于气缸内的燃烧过程Godwin等人[74]在不同发动机负荷（20 - 100%）下，在SI发动机中测试了包括10%正丁醇、异丁醇、正戊醇和苯甲醇的双燃料在汽油中加入10%（体积）的正戊醇，与100%负荷相比，BTE提高了7.38%从不同的角度来看，Masum等人[75]预先优化了C2-C6醇/汽油混合物，以获得比E15更好的特性在此基础上，从最大能量含量、研究法辛烷值和石油置换量三个方面，确定了三种最佳燃料混合比当SI发动机在不同发动机速度下由上述燃料共混物提供动力时，与基线汽油相比，BTE在5000 rpm下在2.49-4.00%的范围内增加。醇/汽油共混物表现出比汽油更高的BTE，这是由于醇在其化学结构中具有氧分子而汽油没有氧的事实由于更完全的燃烧过程，这导致H. Yaman和Murat Kadir Yesilyurt工程科学与技术，国际期刊24（2021）1329-13461337汽油Pt5Pt10Pt15Pt204.2. 排气温度废气