山西能源與節(jié)能2007年第4期(總第47期)SHANXI ENERGY AND CONSERVATION2007年12月出版甲醇汽車與甲醇燃料錢新榮(中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所，山西太原030001)摘要:甲醇是含氧燃料之一,它同傳統(tǒng)的汽油存在一定的差別,因此設(shè)計(jì)制造甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)和甲醇汽車都應(yīng)考慮甲醇的特性,同時(shí)甲醇汽車所使用的燃料必須符合燃料甲醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。關(guān)鍵詞:汽車;燃料;甲醇;汽油中圖分類號(hào):TQ223.12*1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A汽油的特性進(jìn)行的。汽油是Ce-Cu的烴類混合物,其沸程范1奇瑞甲醇一 -汽油燃料轎 車的成功開發(fā)圍寬達(dá)35 C~ 200 e,甲醇是單- -沸點(diǎn)(65 C )的化合物，奇瑞汽車有限公司對(duì)國(guó)內(nèi)外甲醇汽車研制開發(fā)狀況進(jìn)兩者的物理化學(xué)性質(zhì)比較如表1所示。行大量的前期調(diào)研工作，接著又投入了1 600萬(wàn)元資金進(jìn)行表1甲醇和汽油的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)和整車的研制,經(jīng)過(guò)不斷努力,終于成功開發(fā)了擁有性質(zhì)甲醇汽油自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的奇瑞一新旗云牌甲醇- -汽油燃料轎車。此前|分子式CH,0H Cr C。的碳?xì)浠衔镂覈?guó)甲醇汽車的研究示范工作重點(diǎn)是在各種比例甲醇的摻相對(duì)分子質(zhì)量32.04約100燒以及“在用車”的改裝上,這次奇瑞公司推出的甲醇轎車元素質(zhì)量組成1%填補(bǔ)了我國(guó)自主生產(chǎn)甲醇汽車的空白，開創(chuàng)了我國(guó)推廣應(yīng)C9。碳?xì)浠衔镉眉状计嚨男戮置妗?75奇瑞公司在山西太原對(duì)新車進(jìn)行為期數(shù)月的道路行車試(密度( 20C )/(kgL)0.7920.73驗(yàn),取得了滿意的試驗(yàn)結(jié)果。2007年6月11日在太原市召開了| 冰點(diǎn)C-96.0<-60山西評(píng)價(jià)會(huì)受到與會(huì)的國(guó)家發(fā)改委,國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)及醇汽部門|沸點(diǎn)心64.727-225的領(lǐng)導(dǎo)、專家們的高度評(píng)價(jià),并建議今后繼續(xù)擴(kuò)大試驗(yàn)規(guī)模,為| 汽化熱/( kJkg)1167293-841甲醇汽車的批量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化積累更多的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)依據(jù)。燃燒熱/(kJ/kg)19930430302汽車與燃料| 蒸汽壓( 38C )mmHg239362~77519世紀(jì)人們根據(jù)熱力學(xué)熱能功轉(zhuǎn)化定律發(fā)明了內(nèi)燃水中溶解度1( m/L)互溶100-200機(jī),其中汽油機(jī)的“奧托(otto )循環(huán)”是內(nèi)燃機(jī)的循環(huán)之一,| 閃點(diǎn)rC .26.亦即利用液體或氣體燃料，直接在氣缸中燃燒爆震,產(chǎn)生巨蒸汽密度( 101325kPa1OC )(@/L).42-5大的壓力,推動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng),再由曲軸轉(zhuǎn)化為平面移動(dòng)作I燃燒上限功,內(nèi)燃機(jī)是汽車的“心臟”,而燃料則是產(chǎn)生“能量"的“血體積分?jǐn)?shù)1%36.57.6溫度心C43-13--12液”,兩者是相互依存而密不可分的。柴油機(jī)是依據(jù)"Diesel循環(huán)”也是利用燃料燃燒產(chǎn)生的燃燒下限體積分?jǐn)?shù)/%5.014能量轉(zhuǎn)化為對(duì)外作功,不論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)都要依據(jù)所溫度心7用燃料的特性如沸程、蒸汽壓抗爆性等選擇合理的參數(shù)進(jìn)自然溫度rC500456行內(nèi)燃機(jī)各部件的設(shè)計(jì)。| 辛烷值112(RON) 70-90( MON)| 理論混合氣進(jìn)氣溫度心122.421.63汽油與甲醇| 理論混合氣熱值(kJhg)265027803.1汽油和甲醇的物理化學(xué)性質(zhì)比較| 理論空燃比1(kgkg).514.8汽油是發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造都是按|層流燃燒速度1( m/s )523收稿日期:2007-07-25作者簡(jiǎn)介:錢新榮(1934- ),男 ,江蘇無(wú)錫人,1956年畢業(yè)3.2 甲醇的特點(diǎn)a)辛烷值比汽油高,因此可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比,發(fā)于天津大學(xué)化工系,研究員?！?4●山西能源與節(jié)能2007年12月動(dòng)機(jī)的熱效率明顯提高。現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)廠都是按照化工甲醇的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行甲醇生b)甲醇的燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣缺绕涂?所以燃產(chǎn),化工甲醇主要用作化工原料。所以產(chǎn)品純度是質(zhì)量控制燒的定容性較好,燃燒持續(xù)期短,過(guò)后燃燒程度小,有利于熱的主要內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)中12項(xiàng)指標(biāo)都是圍繞甲醇化合物自身特效率提高。性制定的。而燃料甲醇作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料必須按照發(fā)動(dòng)機(jī)燃料c)甲醇是含氧燃料,在燃燒過(guò)程中有自供氧效應(yīng),在的燃燒特性來(lái)制定標(biāo)準(zhǔn),所以兩者的要求有所區(qū)別。內(nèi)燃機(jī)中燃燒較均勻,減少了局部富氧或缺氧的幾率,CO和4.1 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容不同HC的產(chǎn)生量減少,排放量降低,從而使燃燒效率和熱效率均化工甲醇已有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 338- -2004。提高,能耗率降低。有12項(xiàng)指標(biāo):色度、密度沸程高錳酸鉀試驗(yàn)水溶性試驗(yàn)、d)甲醇的汽化熱比汽油高兩倍多,當(dāng)其進(jìn)入氣缸后，水份含量、酸度堿度羰基化合物蒸發(fā)殘?jiān)蛩嵯礈臁⒁掖剂?。能吸收沿途管壁面后周圍高溫零件壁面的熱量而使自己蒸燃料甲醇目前只有山西省地方?biāo)準(zhǔn)DBI4/T 93- 2002。發(fā),利用了廢熱余熱而使自身的能位提高,又降低了氣缸、燃有8項(xiàng)指標(biāo):密度.沸程、酸度堿度、蒸發(fā)殘?jiān)?、水分含燒室和氣缸蓋的溫度,從而減少了外傳熱量,提高了熱效率。.量羰基化合物、辛烷值。e)甲醇的著火燃燒濃度界限比汽油的相應(yīng)范圍寬得多，4.2生產(chǎn)工藝不同所以比汽油更容易稀燃，稀燃是-種節(jié)能燃燒和完善燃燒的化工甲醇生產(chǎn)的目的是純甲醇。合成工藝用的催化劑形式,它有利于熱效率的提高,而且,壓縮比愈高,負(fù)荷愈大,性能盡量提高甲醇的選擇性和轉(zhuǎn)化率,大于1個(gè)碳的醇類作愈容易稀燃。為殘?jiān)仨氄麴s除掉。f)甲醇的含碳量比汽油低,它在氣缸內(nèi)充分燃燒后排燃料甲醇是用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料,辛烷值是-項(xiàng)重要指標(biāo)。出的最終產(chǎn)物為CO2和H20,因此,大大減少了碳粒和CO的除甲醇外,CrC醇類對(duì)改善燃燒性能有用,所以對(duì)合成催化排出,也使熱效率和經(jīng)濟(jì)性改善。劑的要求盡量提高Cr~C,醇類的選擇性和轉(zhuǎn)化率,對(duì)造成噴g)使用甲醇可將點(diǎn)火提前角和噴油提前角調(diào)整到最佳油嘴堵塞和結(jié)碳的雜質(zhì)必須除去。值,從而獲得更高的熱效率和更大的功率。5甲醇汽車 與甲醇燃料.3 甲醇燃料的缺陷a)腐蝕性凡用甲醇作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的汽車統(tǒng)稱為甲醇汽車。其甲醇以及甲醇燃燒反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的甲醛、甲酸、大量中利用甲醇部分代替汽油的稱為“摻燒”,如Ms -Moo如用甲水蒸汽、未燃甲醇等均對(duì)金屬表面有腐蝕性,造成燃燒室周醇85% ~100% ( Me-~Mw)替代汽油則稱為全甲醇汽車,低中圍機(jī)件的磨損,如進(jìn)排氣門座、進(jìn)排氣門、氣門導(dǎo)管、活塞環(huán)、比例甲醇摻燒可以不改 動(dòng)原有發(fā)動(dòng)機(jī),但因甲醉特性與汽油缸套等。所以在設(shè)計(jì)新的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)要選擇合適的機(jī)件材質(zhì)和發(fā)動(dòng)機(jī)不相適應(yīng),故應(yīng)加入某些添加劑使甲醇“變性”,以彌熱處理工藝,如氣門將鐵類合金改為鎳類合金,氣門座燒結(jié)補(bǔ)本身存在的缺陷。對(duì)全甲醇汽車則應(yīng)按照甲醇特性重新設(shè)材料中忝加硬質(zhì)微粒并作鉛熔滲處理、活塞環(huán)鍍鉻等。計(jì)制造甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)。甲醇汽車使用化工甲醇應(yīng)將甲醇“變b)溶脹性性”,變成燃料甲醇,然后再配制成甲醇燃料。甲醇會(huì)使- -般的橡膠、塑料件溶脹,所以在油箱、油泵、6甲醇汽車的推廣應(yīng)用油管道等接觸甲醇的部件,應(yīng)該選擇耐溶脹材料。e)冷起動(dòng)a)奇瑞汽車公司推出全新的甲醇汽車,其基礎(chǔ)是先前甲醇的初佛點(diǎn)比汽油高,甲醇的汽化潛熱(1167 kJkg)曾對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行大量的研發(fā)工作:是汽油的(380~ 500 kJkg)二倍多,甲醇在進(jìn)氣管道內(nèi)汽化一發(fā) 動(dòng)機(jī)本體開發(fā):壓縮比變更、火花塞匹配、零部時(shí)要吸收大量的熱,使進(jìn)氣管溫度降低,造成甲醇汽化困難，件開發(fā)等。并且混合氣溫度很低,進(jìn)入氣缸后造成缸溫很低,并且甲醇一燃油 系統(tǒng)開發(fā):解決油泵、油箱油管、油濾的耐醇汽化量少,難以著火起動(dòng)。另外,由于甲醇導(dǎo)電率高于汽油，問(wèn)題。在冷起動(dòng)時(shí),由于使用過(guò)濃的混合氣,混合氣中的液態(tài)成分一冷起動(dòng):設(shè)計(jì)冷起動(dòng)噴嘴,增沒起動(dòng)用注油系統(tǒng)。較多,易于引起火花塞短路。目前冷起動(dòng)問(wèn)題通過(guò)各種手段用單點(diǎn)噴射,發(fā)動(dòng)機(jī)ECU內(nèi)集成冷起動(dòng)系統(tǒng)控制程序,冷起已獲得解決。動(dòng)操作自動(dòng)啟停等。d)非常規(guī)排放物高電控開發(fā):使整體經(jīng)濟(jì)性能和排放性能等各項(xiàng)指甲醇燃燒反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生甲醛、甲酸等化合物作為非標(biāo)達(dá)到開發(fā)預(yù)期目標(biāo)。常規(guī)排放的污染物比汽油燃燒排放量要多,但當(dāng)用專用催化b)燃料甲醇質(zhì)量是甲醇汽車保持正常運(yùn)行的重要保證，器處理后可以達(dá)到尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求。所以要求從燃料甲醇生產(chǎn)廠,輸配、加注系統(tǒng),直到汽車油箱e)甲醇和汽油互溶性差人口前都應(yīng)保證所用燃料甲醇的質(zhì)量。而且燃料甲醇最好由甲醇和汽油的互溶性差。特別是含有少量水份時(shí),分層定點(diǎn)廠生產(chǎn)供應(yīng)?，F(xiàn)象更為嚴(yán)重,當(dāng)采用低比例甲醇摻燒時(shí),可以用加人添加c)車用潤(rùn)滑油也是影響甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)磨損程度的關(guān)劑的辦法解央。鍵因素,所以應(yīng)使用專用潤(rùn)滑油,奇瑞汽車公司已研發(fā)出這種甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的專用機(jī)油。4化工甲醇與燃料甲醇