第29卷第1期鹽城工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol. 29 No. 12016年03月.Journal of Y ancheng Institute of Technology ( Natural Science Edition )Mar. 2016doi:10. 16018/j. enki. en32 - 1650/n. 201601002汽油機燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究陳勇(安徽省交通集團滁州汽運有限公司,安徽滁州239000)摘要:為了研究汽油機燃用甲醇及甲醇汽油的性能,在一臺4G15S汽油機上對甲醇及不同體積比例甲醇汽油的動力性、經(jīng)濟性和排放特性進行了對比試驗。結(jié)果表明:與燃用93#汽油相比，M15、M85及M100功率增加;M15有效燃料消耗率平均上升4. 43%、M85平均上升46.53%、M100平均上升57.26%;M15M85及M100的HC與CO排放隨甲醇體積比例增加而降低;而甲醛排放隨甲醇體積比例增加而明顯增加。關(guān)鍵詞:甲醇;甲醇汽油;功率;比油耗;甲醛中圖分類號:TK41文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671 -5322 (2016)01 -0006 -04車用燃料是石油最主要的應(yīng)用領(lǐng)域,占全球物成分。石油總消耗量的70%以上。隨著汽車工業(yè)的發(fā)1試驗條件展,我國石油資源日益短缺,同時汽車排放成為城市環(huán)境污染的主要來源,開發(fā)與研究車用清潔替1.1 儀器與燃料代燃料十分緊迫。發(fā)動機主要參數(shù)與主要測試儀器見表1。甲醇汽油是一-種汽油車的替代燃料。通過添車用甲醇汽油配制比例(V/V)為:汽油加劑將甲醇與汽油互溶實現(xiàn)對原油的部分替代，85% ,甲醇14% , 添加劑1%(M15);汽油15% ,甲比如M15甲醇汽油( 15%體積比例甲醇),可以在醇80%,添加劑5%(M85);甲醇94%;添加劑不改動發(fā)動機結(jié)構(gòu)的前提下,代替成品汽油使用6% (M100)。添加劑的主要成份包括:穩(wěn)定劑與的車用燃料,其動力性與經(jīng)濟性良好，同時具有常助溶劑。規(guī)排放低的特點1-3]。推廣甲醇汽油,可以緩解2結(jié)果與分析石油日益短缺的局面,同時具有較高的環(huán)保效益,2.1發(fā) 動機動力性對國家可持續(xù)發(fā)展、社會進步都具有十分重要的圖1為外特性下發(fā)動機燃用不同燃料的功意義。甲醇汽油已經(jīng)在我國- - 些煤炭資源豐富的率?？梢钥闯?外特性下,M15、M85及M100在整地區(qū)推廣使用4-06。個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)功率均高于93#汽油。與燃用93#目前對甲醇汽油的常規(guī)研究較多,主要集中汽油相比,當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為4200r/min時,M15在:1 )低體積比例甲醇汽油的燃燒特性、動力性、功率增大1.7 kW(增加2.85%), M85功率增大經(jīng)濟性與常規(guī)排放特性;2)高體積比例甲醇汽油1.8 kW(增加3.02%), M100功率增大1.5 kW的互溶性;3)甲醇汽油非常規(guī)污染物甲醛排放。(增加2.5%)。這是由于甲醇汽油及純甲醇的熱本文通過靈活的自制燃料控制器,將過量空氣系值低于93#汽油,而靈活的自制燃料控制器將過數(shù)調(diào)整至1 +0. 03 ,增加噴油脈寬,直接燃用高比量空氣系數(shù)調(diào)整至1 +0.03 ,提高了噴油脈寬,增例甲醇汽油或直接燃用甲醇,研究:1)純甲醇與加了噴油量,從而提高了發(fā)動機功率。M85的動力性、經(jīng)濟性與常規(guī)排放特性;2)純甲2.2發(fā) 動機經(jīng)濟性醇與M85的甲醛排放;3)甲醇汽油的非常規(guī)污染.圖2為外特性下有效燃油消耗率。外特性收稿日期:2015-11 -02作者簡介:陳勇(1971-),男，安徽鳳陽人，助理工程師,主要研究方向為運輸管理、汽車排放污染物控制。第1期陳勇:汽油機燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究表1發(fā)動機主要參 數(shù)及主要測試儀器Table 1 Main parameters of test engine and instruments名稱型號參數(shù)數(shù)值排量/mL .1488最大功率/kW/轉(zhuǎn)速/(r. min~ )78/6000最高轉(zhuǎn)速/(r. min~ )7000最大扭矩/(N. m)/轉(zhuǎn)速/(r. min-' )134/4500測功機( CW100 )發(fā)動機4G15S靈活燃料控制器(自制)缸徑x行程/(mmxmm)76 x82升功率( kW. E' )52.4比功率/(kW. kg : ')0684壓縮比10114發(fā)動機凈質(zhì)量/kg測試汽車甲醛測定儀CDIM -01(自制)儀器廢氣分析儀AVL4000L70下,M15、M85及M100在整個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有效燃料消耗率均高于93#汽油( M15、M85、M100分別60- 93#5(-M15比93#汽油高4.43% .47. 42%、57.52% ),這是由←M85于節(jié)氣門開度100%時燃用甲醇汽油或純甲醇時e 40|-*-M100噴油脈寬升高所導(dǎo)致。s 30在負(fù)荷特性下，與燃用93#汽油相比,發(fā)動機.20在2 400 r/min 2600 r/min、3 000 r/min 3400 r/min時，M15有效燃料消耗率分別上升445 %、04.98%、4.44%、3.85%,平均上升4.43%M85.1000 1 700.2 4003 1003800 4 500分別上升45.34%45. 87%. .4646 %、 48.44% ,轉(zhuǎn)速/(r. min-')平均.上升46. 59%;M 100 分別上升58. 73%、圖1外特性下發(fā)動機功率56. 24% .55. 45%、58. 62%,平均上升157 . 26%。Fig.1 Engine power at full load負(fù)荷特性下甲醇汽油及純甲醇有效燃料消耗率高于93#汽油是由于甲醇熱值低,達(dá)到相同工況需450 r要消耗更多的燃料。2.3 發(fā)動機排放特性2.31HC與C0怠速排放。I色350表為怠速工況下 發(fā)動機燃用不同燃料 HC出和CO的排放比較?？梢钥闯?與燃用93#汽油相←93# ←M15社300-比,M15在低怠速(900 r/min). 工況下CO排放由士M85→-M1000.57%下降到0. 46%, HC排放量由94 x10 -6下50-降到88x10 -。;高怠速P 000 r/min) 工況下,CO仁200排放量由060%下降到0.59%,HC排放量由79x10001 5002000 2500 30003500 4000 450010-下降到42 x 10~°。M85 在低怠速(900 r/轉(zhuǎn)速/(r. min ~1)min)工況下CO排放量由0. 57%下降到0. 45% ,圖2外特性下有效燃油消耗率.HC排放量由94x10。下降到6x10-。 ;高怠速.Fig.2 Specific fuel o nsumption at full load(2000 r/min)正況下,C0 排放量由0. 60下降到0.41%, HC排放量由79 x10-°下降到53 x10-°。M100 在低息速(900 r/min)工況下CO排放量由0.57%下降到0.42%,HC排放量由94x●8●鹽城工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第29卷10-°下降到58x 10 -0 ;高息速(2 000 r/min)工況甲醇的HC與CO排放降低是由于甲醇含氧使得下,CO排放量由0.60%下降到0.42%,HC排放燃燒更加完全所致。量由79x10~下降到49 x10~。甲醇汽油及純表2怠速工況下CO 與HC排放比較Th le2 CO and HC emission in idle condition怠速/CO/%HC/10(r. min' ")93#汽油M15M85M1009000.570.460.450. 42)488765820000. 600.590.417953192.3.2甲醛排放排放情況。由表3可以看出:(1)93#汽油與M15(1)甲醛采樣與測試在低息速與高怠速下甲醛的排放濃度相同,而甲醛的收集是利用甲醛與水任意互溶的特M85與M100在高怠速時甲醛排放明顯降低;(2)性,讓發(fā)動機廢氣通過吸收裝置和混合裝置來采對于M15、M85、M100而言,隨著甲醇體積比例的集排氣中的甲醛。外接- - 套管路(部分流采樣系增加,甲醛排放明顯增加。試驗還發(fā)現(xiàn),當(dāng)氣溫降統(tǒng),不會引起排放阻力的增加)以稀釋排氣中的至-10C時,轉(zhuǎn)速對甲醛排放沒有影響且所有甲醇,這樣尾氣進人甲醛分析儀時不致超出其量燃料的甲醛排放濃度均很低。程范圍。新鮮空氣流量與發(fā)動機廢氣流量的稀釋表3怠速工況下甲醛排放(2 C)比例為5: 1。Table 3 F ormaldehyde emission in idle甲醛的測試分為化學(xué)法和儀器法?；瘜W(xué)法包conditionmg/m'括分光光度法、催化動力學(xué)光度法以及熒光光度93#汽油M15法;儀器法包括氣相色譜法、高效液相色譜法、極譜法以及電化學(xué)法等。在分光光度法中,變色酸8000. 0590.040 0. 1020.228法與乙酰丙酮法的靈敏度相同,且均需在沸水浴2 0000.0590.0400. 0780.165。中加熱顯色，乙酰丙酮比色法加熱時間為3 min,變色酸法加熱時間較長。酚試劑比色法(屬于分圖3為各種燃料甲醛排放的負(fù)荷特性。由圖光光度法)在常溫下顯色,因而被廣泛應(yīng)用于空3可以看出: 隨著甲醇比例的增加,在整個負(fù)荷特氣中甲醛快速檢測。本文基于國家標(biāo)準(zhǔn)酚試劑法性范圍內(nèi),甲醛排放明顯增加;與燃用93#汽油相的便攜式快速甲醛測定儀,與長安大學(xué)自行研制比,M15、M85及M100的甲醛排放平均增加的采樣系統(tǒng),對各種燃料進行了甲醛排放測試。73%、314%及414%。顯然高比例甲醇汽油與純(2)甲醛濃度計算.0.35 |-+93#-M15不同溫度不同壓力下排放氣體中甲醛濃度計0. 30--M85- -M100算如下:'日0.25C。c=C:x10=x 10智0.20273PV, x--273 +t ^ 101.3搭0.15式中:面0.10C:排放氣體中甲醛濃度, mg/m ;Co:甲醛測0.05定儀顯示值，mg/L; V:標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0 C,一個大氣0.00 l壓)下的采樣體積, L; 10:測定時比色瓶中溶液體0152(2:3035積,mL;V, :采樣體積，,為采樣流量(流量校正后的Ne/kW實測值)與采樣時間乘積，L;t:采樣點的氣溫,C;圖32400r/min負(fù)荷特性甲醛排放P:采樣點的大氣壓,kPa。Fig. 3 Formaldehyde emission at 2 400 r/ min表3為2C時各種燃料在怠速工況下甲醛的第1期陳勇:汽油機燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究甲醇的甲醛排放與93#汽油不在一個數(shù)量級上,3結(jié)論這是由于:一方面隨著甲醇比例增加,缸內(nèi)不完全燃燒的中間產(chǎn)物甲醛含量增加;另一方 面排氣管通過靈活的自制燃料控制器將過量空氣系數(shù)溫度低,未燃甲醇在排氣管中容易生成甲醛。調(diào)整至1+0.03,可以提高汽油機燃用甲醇汽油2.3.3非 常規(guī)污染物成分及甲醇的動力性但由于甲醇熱值低導(dǎo)致甲醇汽93#汽油、M15 以及M85三種燃料排放中共油及甲醇燃料的經(jīng)濟性變差; 燃用甲醇汽油及甲有的物質(zhì)有:水蒸氣、二氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醇可以降低HC與CO排放,但是甲醛排放明顯增醛、甲醇、乙醇、丙酮、氨、異戊二烯、苯、甲苯、乙加，同時污染物組分更加復(fù)雜。因此,燃用甲醇汽醚、丁烯、乙烯、HS、DMS(二甲硫,二硫醚)、Me-油及純甲醇可 能會導(dǎo)致PM2.5、PM10上升,從而.Phenol(間乙基苯酚)、戊酸、環(huán)己酮、1,4苯醌、2-引起空 氣質(zhì)量的惡化,影響身體健康,但總體來苯基乙醇、NO、NO2。M15與M85排放中共有的說, 汽油機不僅可以摻燒低比例甲醇汽油，也完全物質(zhì)有:丙酸、正丙醇、乙酸乙酯、甲烷、乙烷、丙可 以使用高比例甲醇汽油與純甲醇。烷。M85排放中有丁酸。參考文獻(xiàn):[1] 劉生全, 李佳,王琪,等.甲醇燃料汽車VOC排放實驗研究[J].北方環(huán)境,2011 ,23(5):184 - 185.[2]劉生全,馬志義,劉丹丹,等. 含醇類燃料非常規(guī)排放污染物甲醛的實驗研究[J].汽車工程,2008 ,30(9) :775 -778.[3]邊耀璋.汽車新能源技術(shù)[ M].北京:人民交通出版社,2003.[4] LANG Y, WU DS, GOU XJ, et al. Design of sampling system for methanol - fueled tail gases and its composition analy -sis[J]. Jourmal of Sichuan University ( Engineering Science Edition), 2005 ,37(3):52 -55. .[5] WANG Y H, ZHENG G Z. Research on application of methanol fuel to vehicle engines [J]. Chinese Intemal CombustionEngine Engineering , 2005 ,26(2):22 -25.[6] KIM K W, LEE B H, KIM S. Reduction of V0C emission from natural flours flled biodegradable bio - composites for auto-mobile interior[]. Joural of Hazardous Materials, 2011, 187(1 -3):37 -43.Research on Performanceso f Gasil ne Eg i e Fueled withMethanol and Methanol E solineCHEN Yong( Anhui Transportation Group Chuzhou Autonotive Co. Ltd. Chuzhou Anhui 239000, China)Abstract :In order to study the performance of gasoline engine fueled with methanol and methanol gasoline，power, economy andemission characteristics of methanol and different volume ratio of methanol gasoline were compared in a 4G15S gasoline engine.Resuls show that : compared with the burning 93# gasoline power of M15, M85 and M100 increased; consumption of M15 effi-cient fuel rose by an average of 4. 43%，M85 rose by an average of 46. 53%，M100 rose by an average of 57. 26%; HC and COemissions of M15, M85 and M100 decreased with the increase of methanol volume fraction ; while the emission of formaldehydeincreased with the increase of methanol volume ratio .Keywords :methanol ; methanol gasoline ; power ; specific fuel consumption ; methyI aldehyde(責(zé)任編輯:李華云)