汽車綜合檢修實習期末報告姓名 : 謝秉憲班級 : 車輛三乙學號 :49915913

低壓縮比柴油引擎壓縮點火特性之研究

摘要

1. 本研究的目的是澄清點火特點和四行程柴油引擎低壓縮比的引擎性能與脂肪酸甲酯。

2. 測試燃料，柴油燃料和椰子油甲基酯（ CME ）被選定是因為 CME 包括飽和脂肪酸甲酯，其中有良好的點火特性。

3. 為了降低壓縮比，在氣缸蓋和氣缸體之間插入薄銅片 , 從 20.6 降低到 15 是標準的壓縮比。

4. 在 3600 分 -1 上的引擎起動測試和一個普通的引擎性能試驗測試。

5. 引擎起動試驗中，在室溫下浸泡在引擎柴油燃料的點火正時與 CME 相比明顯延遲。

6. 當壓縮比為 16 ，用在於柴油燃料，包括在引擎升溫 , 循環不點火。

7. 然而，在 15 壓縮比的情況下，引擎不能啟動柴油發動機運行 CME 。

8. 在一個普通的引擎的性能測試中，對於任何的壓縮比，點火定時椰子油甲基酯總是快於柴油燃料，使椰子油甲基酯在低壓縮比的情況下具有良好的點火性。

9. 在制動椰子油甲基酯的熱效率是柴油燃料低壓縮比中幾乎相等。

10. 當壓縮比被降低，氮氧化物將降低兩種燃料。

11. 然而，在高負載的情況下，氮氧化物排放柴油燃料略低 高於椰子油甲基酯，因為高的熱釋放率，顯示出於點火延遲。

12. 對於這兩種燃料，煙的排放量增加的壓縮比的下降。

13. 椰子油甲基酯是煙濃度低於在低壓縮比的柴油，但是煙霧濃度還是高於高壓縮比。

簡介 :大氣中的二氧化碳造成的溫室效應是現在全世界最重要的問題。日本，在運輸部門的二氧化碳排出量 , 大致估計最多二氧化碳排放量約 20 ％。化石燃料在數量上是有限的，世界石油危機 , 也很大多是內燃機的問題。因此，許多替代燃料進行了研究，也進行調查生物燃料的柴油引擎為替代燃料之一，燃料是可再生的，可持續的能源，它是無碳燃料。脂肪酸甲酯（ FAME ）是一個典型的生物柴油燃料，它是由酯基轉移過程中 , 從不同的原料，如植物油或動物脂肪皆是。生物柴油的燃料特性的影響，原料中的脂肪酸含量和燃燒特性的 FAME 原料中的脂肪酸組成也不同。FAME 由許多種飽和、不飽和的脂肪酸甲酯，和飽和的 FAME 都沒有雙鍵的碳原子，但它有個高的冷濾點，具有優異點火特性。案例中 , 具有雙鍵碳原子的不飽和脂肪酸甲酯的情況下，點火特性的劣化相比，飽和脂肪酸甲酯作為加在分子的雙鍵數。對於柴油引擎，以減少氮氧化物（ NOx ）和顆粒物質（ PM ）這是困難的，廢氣中同時，會因產生 NOx 和 PM 排放量之間的平衡關係問題。最近，一種用於柴油引擎的低壓縮比已經調查，以降低 NOx 排放，因減少 NOx 排放的燃燒氣體溫度會降低。然而，即使普通的引擎起動條件 , 冷起動性能劣化的低壓縮比和點火正時被延遲。以往的研究項目 , 如下所述的結果 : 完全加熱的壓縮比為 16 和柴油燃料的穩定狀態操作，外氫碳總量低是合理的，但增加負載後的外氫碳總量 (THC) 的增加較低的冷卻劑的溫度，會在瞬態時。

正常的庚烷蒸餾出溫度低的燃料，例如可以消除外氫碳總量 (THC) 的增加。冷啟動時下降到 -25 度 C 與 13.6 的壓縮比 , 進行了研究和澄清的目的，噴塗和電熱塞是一個潛在的方法，以減少啟動延遲。該混合物的製備和燃燒過程進行了研究由氣缸內的可視化和 CFD 冷操作與低壓縮比，並且它被表示出適當的溫度，空氣 / 燃料的組合附近的電熱塞和一個噴射器 ,噴含鉛比為 7, 啟動燃燒。油菜種籽甲基酯（ RME ）和氣體到液體（ GTL ）是在低壓縮比的測試。 GTL 燃料顯示出更好的性能，在平均指示有效壓力和 RME 的燃料顯示出減少的平均指示有效壓力，但會低於在煙灰和顆粒物質(PM) 。脂肪酸甲酯，燃料駕駛性能 , 也冷態惡化。在低壓縮比的情況下，將增加不完全燃燒的煙霧濃度。然而，煙塵和 PM 的排放量可減少使用脂肪酸甲酯 (FAME) ，因為是氣含氧燃料。因此，可以預期，由應用程序的FAME 和低壓縮比，可以降低 PM 和氮氧化物 (Nox) ，雖有在引擎的起動性能的缺點。本研究的目的是澄清在低壓縮比的點火特性和引擎性能的脂肪酸甲酯。椰子油甲基酯（ CME ）被選定為的測試脂肪酸甲酯，因為 CME 包含了大量的原子組成可飽和脂肪酸甲酯有良好的點火性能。CME主要包括中等鏈長的 FAME ，使 CME 可氣化優於與其他脂肪酸甲酯（ 1 ）相比。測試燃料的引擎性能和點火特性進行了實驗研究，通過使用空氣冷卻的，四行程，單缸，直接燃油噴射小的柴油引擎。為了降低壓縮比，薄銅片被插入在氣缸蓋和氣缸體之間，從 20.6 減少到 15 ，為每 1是原始壓縮的壓縮比。在這項研究中，兩種測試的發動機起動性質和一個普通的引擎的性能進行了調查。

實驗條件 :測試燃料 :

以燃料柴油燃料和椰子油甲基酯 (CME)做為測試。表 1指出了包含在 CME 的成分。CME 的主要成分的飽和中鏈脂肪酸甲酯 12 和 14 個碳原子（ C12 和 C14 ）和91.6wt ％的 CME 用飽和脂肪酸甲酯組成。

在本研究中所用的柴油燃料 JIS2級系列和表 2 示出的燃料特性的比較，柴油燃料和椰子油甲基酯 (CME) 。CME 所含的氧原子，並沒有包括硫。脂肪酸甲酯的密度稍大比柴油燃料和下側加熱 CME 的值的是約 82.7 ％的柴油燃料。小型的熱值較低的 CME 是由氧原子在 CME 中幾乎相等的柴油燃料的十六烷值CME 。CME 的蒸餾溫度範圍內幾乎是類似的，但稍微高於柴油，是相當低，這是一個受歡迎的生物柴油燃料的棕櫚油甲酯。

汽車綜合檢修實習期末報告第二部分

車輛三乙 49915913 謝秉憲

實驗裝置 :

圖 1 所示 : 測試設備的結構和表 3 所示測試引擎的規格。本研究中所用的試驗引擎是四行程，單缸，直接噴射，小的柴油引擎和冷卻系統，系統為空氣冷卻。位移量是 219立方厘米原始壓縮比為 21.6 。降低了壓縮比，增加間隙容積的氣缸蓋和氣缸體之間插入薄銅片，壓縮比為20.6至 15 ，為每 1 壓縮比，因此穩定點火被確認位在椰子油甲基酯 CME 在15 時。銅片的厚度是在 15 的情況下 , 壓縮比僅為 1.15毫米。燃料噴射定時是固定的，它一總是維持在 17.5±0.5 度。

點火正時 BTDC 和燃料噴射壓力為約 200兆帕。三相感應電動機直接連接到引擎，以便啟動引擎。引擎開車時，三相感應電動機作為發電機，由發動機產生的輸出功率作為電力的吸收。電功率被發送到逆變器的電 , 再由轉換器來控制引擎轉速。缸內的壓力數據，測量的晶體的壓力換能器（ KISTLER6053Bsp120 ），由旋轉編碼器檢測到的曲柄角度。在這項研究中，平均的燃燒室壁溫測量來確認汽缸頭內的冷卻條件裡。平均燃燒室壁溫 與直徑 1.0mm 的 K 型熱電偶，測定在燃燒壁室的中心附近。

圖 2 所表示的壓力換能器和熱電偶來測量的平均燃燒室位在壁面溫度的位置與附著物。壓力換能器和熱電偶連接到燃燒室從室內壁的表面，因為不投射的壓力換能器和熱電偶，不會像一個電熱塞的點火源。

測試用燃料質量的流率為測量通過使用的電動衡器（ SHIMADZU UW6200H ）。在貯槽的燃料質量的變化連續地測量與記錄是由本身自行計算。

質量流率從消耗燃料質量到計算經過與時間的關係。由直徑 1.0mm 的 K 型熱電偶測量排氣溫度和測定點相鄰的排氣歧管為排氣管的中心。

廢氣中的煙濃度，測定為不透明的顯示（ HORIBA MEXA-600S ）。一氧化碳（ CO ），測定是由 NDIR ，另外氫碳總量（ THC ）的測定由 FID, 而氮氧化物（ NOx ）的測量 CLD 是由排氣氣體分析儀（ HORIBA ） MEX-8120 ）為使用。

被連接到所有的測量設備的數據收集位元（ KEYENCE NR-HA08 和 NR-TH08 ），使得數據採集是為“連續地也同時地是自行計算的。

測試程序 :

兩種實驗：引擎起動條件測試和普通的引擎性能測試，所有的測試都是在引擎恆定內的轉速 3600 min-1 的運作。

在引擎起動條件測試，室溫下浸泡在引擎內的初始潤滑油溫度是在 303 K 度 C 或更小。

起初，該引擎被驅動的三相感應電動機，引擎轉速直達到 3600mm-1 ，然後在滿負荷的燃料噴射裝置下的燃料噴射的開始，也是引擎的點火操作的開始。

數據連續地測量，直到引擎的運轉條件下才穩定。測定平均燃燒室壁面溫度，排氣溫度和指示器的檢查點火引擎起動條件和瞬間響應的特性，直到引擎升溫時。在普通引擎的性能試驗中，首先為引擎及溫熱之前的測試。制動平均有效壓力從 100千帕到最大增量改變，通過改變燃料噴射量，為每一都是100千帕。測定在每個制動平均有效壓力在穩定運行狀態的指示圖，為引擎的性能和廢氣的排放。

第三部分

49915111張立辰

• 噴油 20秒後燃燒的最大壓力值增加而且點火時間也提早了

• 噴射的過程開始之後燃燒就會立刻延遲因為燃燒室的溫度偏低。

• 對這兩種情況的壓縮比來說， CME 的點火比較容易。

• 噴油後，柴油比 CME 的點火時間會明顯的提早

• 如果柴油壓縮比到達 16那麼就算引擎繼續轉動到 20秒柴油的點火時間也不會繼續上升

廢氣溫度和燃燒室牆壁的溫度是用來測試噴油後到達三個壓縮比的時間工具

柴油和 CME 的壓縮比增加，廢氣溫度和燃燒室牆壁的溫度也就迅速上升，

柴油的廢氣溫度在任何時間內都比 CME來得高

如果壓縮比到達 16 ，柴油的燃燒室溫度就會上升的非常緩慢，

在相同時間裡，廢氣的溫度和燃燒室的溫度都上升，

溫度到達 63.2% 以後就會是穩定溫度，柴油廢氣的穩定溫度跟壓縮比是相同的，都是 20.6-17 ，然而當壓縮比是 16 的時候它就會明顯的變高，對CME來說，不變的廢氣溫上升時間並不是被壓縮比影響

CME 對於低壓縮比柴油引擎是最適合的燃料。

兩個階段的指示圖表現出原本的引擎性能，溫度的釋放比率也同時顯現在圖表裡

壓縮比是20.6和18時，CME的燃燒時間比柴油的上升更高

CNE和柴油的不同之處，當煞車壓力是400kpa時，跟那些100kPa的比起來，燃燒時間都都是上升的

對壓縮比例來說，CME的燃燒時間會比柴油的還要來得早，而且CME的溫度釋放最低比率和搖晃角度也比柴油的來的早

在任何的壓縮比，最大CME的熱量釋放的速度比柴油低，因為當CME柴油適用於低壓縮比柴油發動機的點火延遲所造成的

預混合率很高的熱脫膜劑WAE燃燒持續期縮短，可避免壓力迅速升高。

具CME的點火特性的柴油燃料，即使在低壓縮比的情況下，是較好的。

期末報告第四部分

學號 :49915037姓名 :游凱鈞

圖 7-3 示出的點火和燃燒特性和發動機性能如斷裂的函數的平均有效壓力。點火和 COV 的曲柄角表示被示為平均有效壓力的點火和燃燒特性。點火時的曲柄角度從指示圖分析，被定義為曲柄角燃燒壓力除了 fron的駕駛壓力， COV 的平均指示有效壓力的方法，由 100 個連續的週期。的 COV 的平均指示有效壓力指示的標準偏差的比率被定義為平均有效壓力為 100繼續 100continues週期的平均值的週期。斷熱效率高，氮氧化物和煙霧濃度顯示為發動機性能。

crank angle at ignition CA [deg. ATDC]: 曲軸轉角點火CA[ 度。 ATDC]COV of indicated mean effective pressure P [%]:COV的平均有效壓力 P[ ％ ]Compression ratio: 壓縮比 Diesel fuel: 柴油CME: CME

Brake thermal efficiency [%]:制動熱效率[ ％ ]

NOx[ppm]: 氮氧化物 [PPM]

Brake mean effective pressure Pme [kPa]: 制動平均有效壓力 PME千帕 ]

Smoke[%]: 煙霧 [ ％ ]

 

Brake mean effective pressure Pme [kPa]: 制動平均有效壓力PME千帕 ]

在任何條件下，點火時的曲軸轉角過篩早期的曲柄角為休息平均有效壓力增加，因為燃燒室的溫度作為制動負載的增加逐漸增加。對於任何的壓縮比， CME 點火發生在早期的曲柄角的柴油燃料的情況下比在任意的制動平均有效壓力。滯燃期明顯改善 CME 低制動平均有效壓力。的曲柄角在 CME 的點火在 16 的壓縮率幾乎是相同的柴油燃料的 18 的壓縮比。的曲柄角在 CME 的點火在 18 的壓縮比是 equle 或略早於柴油燃料的壓縮比為 20.6 。在 20.6 的壓縮比的情況下，使曲軸角度在CME 的點火總是早於柴油燃料。因此，點火定時可以改善由 CME 在任何負載和任何壓縮比。在柴油燃料的情況下，在 16 的壓縮比和低負荷條件下，一個非常高的 COV 的平均指示有效壓力顯示。對於這兩種柴油和CME ， COV 的指示平均有效壓力下降的制動意味著有效的壓力inceeased ，無明顯差異，表明在 2 fules 壓縮比在高負荷的任何。這是因為燃燒穩定燃燒室溫度增加時的壓縮比是低的， CME 的制動熱效率幾乎等於在高負荷運轉狀態的柴油燃料，但它是稍微高於在低負荷運轉狀態的柴油燃料。這是因為在最大釋熱率的曲柄角接近頂部死點中心。在箱子 18 和 20.6 ofcompression 的比率，制動兩種燃料的熱效率幾乎相同。 ， CME的 NOx 濃度低於在所有負載條件下的柴油。它可以被認為，不完全燃燒的熱釋放的最大速率低時，斷裂的平均有效壓力大於 400kPa 。然而，對於所有負載條件下和任何的壓縮比， CME 的煙霧濃度的降低柴油bwcause CME 然後是含氧燃料。

平均有效壓力 100 和 400千帕的最大燃燒壓力的 COV 的被定義為 100的最大燃燒壓力的標準偏差的比率，圖 8 示出了在點火和 COV 作為funation ofcompression 比在兩個層次上的制動缸壓力最大的曲柄角度持續週期的平均值 100繼續週期。對於所有的情況下，在點火的曲柄角線性延遲的壓縮比下降，因為帶電的空氣溫度降低。在高負荷和 20.6 的壓縮比，使曲軸角度在 CME 的點火的情況下是沒有如此不同，從該柴油燃料。對於這兩種制動平均有效壓力，使曲軸角度在顯著的柴油燃料的點火延遲作為比較與 CME 壓縮比降低。在箱子 15 的壓縮比， CME 是能夠啟動和操作柴油發動機，但是不能被點燃的柴油燃料。因此， CME 含有飽和脂肪酸甲酯的示出了良好的點火性，在低壓縮比的情況下比較的一族的柴油燃料。時的壓縮比高於 18 時，不存在明顯的壓縮比的影響 COV CME 的最大缸壓力總是略小於柴油燃料。當壓縮比低於 18 ，制動平均有效壓力為 400千帕， COV 的最大缸壓力增加的兩種燃料的壓縮比降低，但 COV CME 的最大缸壓力低於柴油燃料。因此，柴油發動機，可以穩定地操作由 CME ，在低壓縮比。據所示為燃料，在 100千帕的制動平均有效壓力， COV 的的最大缸壓力是非常低的低壓縮比。這是因為在上死點的最大的缸壓力高於氣缸壓力升高引起由燃燒，由於長期的點火延遲。這意味著最大的氣缸壓力的 COV獲得燃燒的情況下，使 COV 最大的氣缸壓力，在這種情況下是非常低的。

crank angle at ignition CA [deg. ATDC]: 曲軸轉角點火CA[ 度。 ATDC]

COV of indicated mean effective pressure P [%]:COV 的平均有效壓力 P[ ％ ]

圖 9 示出了發動機的性能，圖 10 示出作為 funtiom 的壓縮比在兩個層次上的制動器的排氣氣體的濃度平均有效壓力 100 和 400千帕。兩個測試燃料的制動熱效率下降的壓縮比降低。對於這兩種制動平均有效壓力，有兩種燃料在壓縮比的情況下的制動熱效率從 20.6至 18 之間幾乎沒有差別。在低壓縮比的情況下，制動 CME 的熱效率略微高於柴油。對於這兩種柴油燃料和 CME ，平均燃燒室壁面溫度降低但排氣溫度輕微上升，壓縮比降低，和柴油燃料的排氣溫度是稍微高於 CME 的。這是因為廢氣溫度上升由於點火延遲的加力。

BMEP[kPa] 制動平均有效壓力[kPa]Diesel fuel 柴油CME 椰子油甲基酯Brake thermal effciency[%] 制動熱效率 [ ％ ]Mean combusion chamber wall temp. [℃] 平均燃燒室壁溫度。 [℃]Exhaust gas temperature.[℃] 排氣氣體溫度 [℃] 。Compression ratio[-] 壓縮比 [ - ]

BMEP[kPa] 制動平均有效壓力 [kPa]Diesel fuel 柴油 CME 椰子油甲基酯THC[ppm] 外氫碳總量 Compression ratio[-] 壓縮比 [ - ]CO[vol%] 一氧化碳 CO[vol%]NOx[ppm] 氮氧化物 [ppm]Smoke[%] 煙霧 [ ％ ]

Figure10.Exhaust gas emissions as a function of compression ratio.圖 10.詳細氣體排放作為壓縮比的函數。

脂肪酸甲酯與低壓縮比柴油引擎點火特性之研究(第五部分 )

汽車綜合檢修實習期末報告姓名 : 張榮哲班級 : 車輛三乙學號 :49915901

排放氣體和壓縮比之間的關係

CME 和柴油燃燒時 THC 濃度隨壓縮比減少而增加。CO 濃度在壓縮比降低時增加。NOx 濃度隨壓縮比降低而減少。制動平均有效壓力在 400kPa 下時，柴油之點火延遲

造成壓力快速提升以及放熱。而 CME 之煙濃度下始終低於柴油之煙濃度。而 CME 之煙濃度在同樣條件下始終低於柴油之煙濃

度

廢氣以及壓縮比的關係圖

結論

在引擎啟動條件測試中之廢棄以及柴油燃料燃燒室平均溫度呈現波動式的上升， CME則是呈現穩定的上升。

含有濃縮 FAMEs 的 CME擁有比柴油燃料更好的點火能力。

低壓縮比情況下 CME 的點火性能比柴油燃料優越低壓縮比的情況下使用 CME 的柴油引擎更能穩定運

轉。低壓縮比情況下 CME 之煙濃度比柴油燃料低

工作分配

第一部分 謝秉憲第二部分 謝秉憲第三部分 張立辰第四部份 游凱鈞第五部分 張榮哲統整 Word 及 PPT 檔 張榮哲