乙醇汽油对发动机排气噪声影响的试验研究

郝朝增，殷 俊，黄 华，蒲传明

（1.上海红湖排气系统有限公司，上海 201805；2.同济大学汽车学院，上海 201804）

乙醇汽油对发动机排气噪声影响的试验研究

郝朝增1，殷 俊1，黄 华2，蒲传明1

（1.上海红湖排气系统有限公司，上海 201805；2.同济大学汽车学院，上海 201804）

在发动机上试验研究了发动机燃用乙醇汽油燃料对发动机排气噪声的影响。研究结果表明：外特性下排气噪声的变化规律与汽油相同，随转速增加而增大；与汽油（E0）相比，在中、低转速下E10和E10W的排气噪声下降，最大下降6 dB(A)（E10，2 000r/min下），而高转速下排气噪声上升，最大上升5 dB(A)（E10和E10W，6 000r/min下）；总体上看，E10W的排气噪声要高于E10。

乙醇汽油；混合燃料；电喷汽油机；排气噪声；燃烧

由于石油资源短缺和汽车排放对环境污染的日益严重，开发替代能源已引起各国研究者的重视[1～4]。乙醇是一种可以从粮食和植物中提取的可再生的生物能源，其性质接近汽油。乙醇的辛烷值高，是提高汽油辛烷值的优良添加剂，并且没有毒性，且与汽油相容性好（含水乙醇需添加剂），易实现各种比例掺烧。

研究表明[1～7]，汽油机燃用乙醇汽油混合燃料扩大了混合气的着火界限（乙醇的氧含量高），这样可以通过使用稀混合气来提高燃油经济性，另外还可以通过增加汽油机的压缩比来提高发动机的动力性和经济性；添加10%～15%的乙醇，可以减少CO排放14%～43%，HC排放也可以减少7%～14%左右，但NOx排放会增加或减少5%左右。

排放和噪声是影响环境两个重要因素。目前对于发动机燃用替代能源的研究，通常只关注发动机动力性、经济性和排放性，没有研究对排气噪声的影响，未能全面研究环境影响因素。为此，笔者试验研究了使用（含水）乙醇汽油对发动机排气噪声的影响，为今后环境综合评价提供试验数据支持。

1 发动机及试验仪器及设备

研究用发动机为某公司提供的汽油机，主要技术参数见表1。

主要试验仪器及设备为SW160电涡流测功机、Fc2000发动机自动测控系统、FC2210Z油耗仪、DEWE5000燃烧分析仪，以及SCADASMOBILE噪声采集系统。当电控汽油机改燃乙醇汽油时，其结构参数未作任何调整，在相同条件下了解燃用（含水）乙醇汽油对汽油机的性能影响。

表1 汽油机主要技术参数

试验仪器布置如图1所示。

图1 发动机台架试验示意图

2 试验结果及分析

2.1 乙醇对普通汽油物化性质的影响

试验所用的三种燃料分别是93#普通汽油（用E0表示）、93#乙醇汽油（乙醇在整个混合燃料的比例为10%，用E10表示）和93#含水乙醇汽油（水的比例为5%，乙醇为10%，表示为E10W）。表2列举了汽油和乙醇汽油（E10）两种燃料的主要物化性质，含水乙醇汽油的热值相应比乙醇汽油低一些[8]。

从表2可以看出，乙醇汽油的热值低于普通汽油的热值，其热值只相当于普通汽油的93.5%。这意味在喷油量相等时汽油机燃用乙醇汽油时动力性会下降6%左右。从表中还可以看出，普通汽油的理论空燃比为14.7，而乙醇汽油由于添加了体积分数为10%的乙醇，其理论空燃比有所下降，大约为14.1。电控汽油机改燃乙醇汽油时，由于原机ECU的燃油控制策略是基于纯汽油标定的，所以在空燃比闭环控制的工况，ECU会发出指令增加乙醇汽油的供油量。

表2 普通汽油与乙醇汽油的性质对比

因此，从理论上分析可以得出：电控汽油机改燃乙醇汽油时，在不改动发动机总体结构和电控单元的控制策略情况下，对空燃比闭环控制的工况其动力性有轻微的降低，燃油消耗率会增加。

2.2 外特性下对排气噪声的影响

图2为外特性下的排气噪声。电控汽油机燃用（含水）乙醇汽油后，外特性下排气噪声的变化规律与汽油相同，随转速增加而增大；与汽油（E0）相比，在中、低转速下E10和E10W的排气噪声下降，最大下降6 dB(A)（E10，2 000 r/min下），而高转速下排气噪声上升，最大上升5 dB(A)（（E10和E10W，6 000 r/min下）；总体上看，E10W的排气噪声要高于E10。

图2 排气噪声

2.3 燃烧分析

图3为6 000 r/min下的缸压曲线，从图中可以看出，E10和E10W的最高燃烧压力高于E0约10 Bar。这说明E10和E10W的燃烧状况要好于E0。

图3 6 000 r/m in气缸压力

2.4 燃烧对排气噪声的影响分析

燃烧对排气噪声的影响规律比较复杂。汽油机的主要噪声源是燃烧噪声和排气噪声，其中燃烧噪声直接影响排气噪声。在中、低转速下，由于（含水）乙醇的加入，增加了汽化潜热，燃烧温度降低，使得燃料的点火延迟时间变长、火焰传播速度降低，缸内最大燃烧压力下降，排气噪声下降；随着转速不断增大，燃烧温度上升，（含水）乙醇改善了燃烧效果，使得最大燃烧压力上升，排气噪声升高；另外一方面，E10W中的水气在缸内的高温和高压环境中，体积瞬间膨胀了数千倍，也增大了燃烧压力，使得E10W的排气噪声高于E10。

3 结论

（1）针对目前对于发动机燃用替代能源的研究，通常只关注发动机动力性、经济性和排放性，而忽视了对噪声的影响。本文开展了燃用乙醇汽油的排气噪声试验研究和燃烧分析。

（2）电控汽油机燃用（含水）乙醇汽油后，外特性下排气噪声的变化规律与汽油相同，随转速增加而增大；与汽油（E0）相比，在中、低转速下E10和E10W的排气噪声下降，最大下降6dB(A)（E10，2 000 r/min下），而高转速下排气噪声上升，最大上升5 dB(A)（E10和E10W，6 000 r/min下）；总体上看，E10W的排气噪声要高于E10。

（3）汽车燃用替代能源，对环境的影响不是简单地改善和加重环境污染，需要综合考虑与评价。

[1]许沧粟.汽油机燃用乙醇和汽油混合燃料的试验研究[J].环境科学学报，2004，24（4）：734-738.

[2]何邦全，王建听，郝吉明，等.乙醇－汽油燃料电喷汽油机的排放及催化性能[J].内燃机学报，2002，20（6）：529-533.

[3]PoulopoulosSG,samaras D P,Philippopoulos C J.Regulated and Unregulated Emissions from an InternalCombustion Engine 0perating on Ethanol-Containing Fuels[J].Atmospheric Environment,2001,35(26):4399-4406.

[4]Al-Hasan M．Effectof Ethanol-Unleaded Gasoline Blends on Engine Performance and Exhaust Emission[J].Energy Conversion and Management,2003,44(9):1547-1561.

[5]FikretYukesl,BedriYuksel.The Use of Ethonal-Gasoline Blend as a Fuel in an SIEngine[J].Renewable Energy,2004,29(7):1181-1191.

[6]Hsieh Weidong，chenRonghong,Wu Tsunglin,et al.Engine Performance and Pollutant Emission of an SI Engine Using Ethanol-Gasoline Blend Fuels[J].Atmospheric Environment,2002,36(3):403-410.

[7]Bata R M,Roan V P.Effects of Ethanol and/or Methanol in Alcolhol-Gasoline Blends on Exhaust Emissions[J].Engineering for Gas Turbinesand Power,1989,111(3):432-438.

[8]钱叶剑，谈建，左承基，等.车用乙醇汽油对电喷汽油机性能影响的实验研究[J].内燃机学报，2006，24（4）：320-325.

ExhaustNoise ExperimentalResearch on Using Alcohol-Gasoline

Fuel in Electronically ControlSIEngine HAOChao-zeng1，YIN Jun1，HUANGHua2，PUChuan-ming1
(1.ShanghaiHonghu ExhaustSystem Co，Ltd，Shanghai201805，China；2.Schoolof Auto studies，TongjiUniversity，Shanghai201804，China)

This paper investigates engine exhaust noise of a commercialelectronicallycontrol SI engine fueled with(hydrous)alcohol-gasoline blended fuel.The result shows rule of exhaust noise is same to gasoline,increasing with engine speed increasing in full load speed character.In low andmiddle speed,exhaustnoise ofburning E10 and E10W decreases,andmax decreases6 dB(A),compared with the original.But in high speed exhaustnoiseincreases,andmax increases5 dB(A),compared with theoriginal.From whole,exhaustnoiseof E10W ishigher than E10.

alcohol-gasoline；blended fuel；electronically control SIengine；exhaustnoise；combustion

TH215

A

1672-545X（2013）05-0270-02

2013-02-05

郝朝增，上海红湖排气系统有限公司。