1.目的及意义

1.1背景及意义

随着社会经济的高速发展，化石燃料不断的消耗，使得能源短缺和环境污染的问题日益凸显，已经成为当今社会必须解决的两个严重问题，寻找新的绿色可再生替代能源迫在眉睫。燃料乙醇作为资源丰富、积炭少、辛烷值高、抗爆性能好、CO和HC排放小及使用方便的优良燃油品质改善剂及清洁可再生能源，已成为国内外关注并推广使用的绿色燃料[1]。

乙醇作为新能源燃料在发动机上具有广泛的应用途径，如直接乙醇燃料电池、乙醇汽油、含水乙醇重整燃料等。直接乙醇燃料电池（DMFC）相比较纯氢质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）而言，虽然其燃料来源丰富、易存储、安全和可逆能量效率高，但是由于乙醇的电化学氧化反应颇为困难，中间产物多，过程复杂，功率密度低，现在还处于机理研究和初步研究阶段[2]；乙醇汽油是目前使用最广泛、技术最成熟、最可行的石油燃料替代品之一[3]，尽管乙醇汽油在节能减排方面做出了巨大贡献，但就其根本，乙醇汽油燃料没能彻底摆脱对石油燃料的依赖，对资源短缺和环境污染等问题不能从根本上解决，仅仅是缓解了这些问题而已。在现有发动机上使用的乙醇汽油乙醇含量不能大于10%，替代率低，若直接燃用高乙醇含量的乙醇汽油，发动机需作大的结构改造。而且乙醇汽油对乙醇的纯度要求高，必须是脱水酒精，体积浓度在99.5%以上[4]。纵观以上的问题，含水乙醇重整是目前极具前景的技术策略，它能够可克服以上缺点。其基本原理是将含水乙醇重整为富氢混合气后供发动机燃烧，含水乙醇的蒸发和重整所需的热量由发动机的排气余热提供。这种发动机具有很多优点，首先，通过含水乙醇的蒸汽重整可以回收废气余热；其次，含有氢气的重整气体可以进行稀薄燃烧，NOX排放显著降低，燃烧效率高；最后，为恢复发动机动力性，直接将含水乙醇喷入缸内，由于含水乙醇汽化潜热大，也起到了冷却气缸的作用[5]。

然而，作为前沿科技，含水乙醇重整燃料发动机技术尚不成熟，伴随着消费者生活水平的提高，以及满足排放法规的标准，对这种发动机也提出了更严格的要求，即在同时保证汽车动力性和经济性的前提下，还要降低发动机的排放以及排气噪声。为此，需要对发动机供油提前角、空燃比、压缩比、点火提前角等关键性技术做出更好的研究与调整。点火提前角作为发动机电喷系统中一个极其重要的运行控制参数，它对发动机的动力性、经济性及排放有着显著的影响，本文将重点研究点火提前角对含水乙醇重整燃料发动机性能的影响。

点火提前角就是从火花塞打火时刻开始到活塞运动到压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。混合气从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势处于活塞做功下降行程，这样发动机做功效率最高，缸体振动最小，缸内温度最低。点火角提前角过大，会造成爆震，使活塞行程受阻，做功效率降低，热负荷、机械负荷以及振动噪声都会增大，加剧磨损，损坏发动机零部件；点火提前角过小，会导致混合气燃烧不充分，后燃严重，气体做功效率降低，功率下降，排温和油耗增大。无论点火提前角过大或过小，都会影响发动机的动力性、经济性及排放性[6]。

因此，合理地控制点火提前角对发动机性能的改善具有明显的效果，由于台架实验成本较高，利用仿真软件GT-Power对含水乙醇燃料发动机点火提前角进行仿真计算。

1.2研究目的