第3期(總第90期)機械管理開發(fā)2006年6月No.3 SUM No 90)MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTJun.2006甲醇燃料汽車排放特性研究向晉華劉剛(1太原理工大學(xué)山西太原03004:2山西醇汽辦山西太原03000)【摘要】對國家甲醇燃料汽車示范車隊道路運行情況進行了長期跟蹤研究。結(jié)果表明:甲醇汽車動力性良好;運行經(jīng)濟性能優(yōu)于汽油車輛;HC排放平均降低4536%,C0排放平均降低7585%;甲醇燃料的非常規(guī)擤放物甲醛及未燃甲醇含量均高于汽油,但經(jīng)尾氣催化轉(zhuǎn)化器后大部分消除【關(guān)鍵詞】甲醇燃料甲醇汽車道路試驗排放測試【中圖分類號】U469.79【文獻標識碼】B【文章編號】1003-73x(20030042-03引言表1甲醇和汽油的主要物化特性比較我國是一個富煤、貧油、少氣的國家。自1993年我國成為石油進口國之后,進口石油的比重不斷加大性能指標液態(tài)密度低熱值汽化潛熱理論空燃|研究法gcm)(Mng)(Jkg)|比(kgkg)辛烷值200年進口原油12275,占到了總需求的40%,嚴重甲聊645威脅到國家的能源安全。在我國整個石油消費市場中汽油0.7343.9293-841148車用燃料占到總消費量的35%以上并呈急劇上升趨2甲醇發(fā)動機的動力性勢,據(jù)汽車行業(yè)部門預(yù)測,到2020年我國汽車保有量為為了保證甲醇燃料發(fā)動機的功率、轉(zhuǎn)矩與原汽油機6000萬輛,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上翻兩番車用汽柴油消耗將相同,要求供油系統(tǒng)所供給的甲醇燃料的總熱值與原汽超過億噸大關(guān)。隨著社會汽車保有量的逐年大幅增加,油燃料的總熱值相同。在甲醇與汽油的混合燃料中,如汽車尾氣排放總量也呈上升之勢。據(jù)國家環(huán)保總局預(yù)果甲醇的質(zhì)量分數(shù)為M%,則混合燃料的計算如下。測,今年我國機動車尾氣排放在城市大氣污染中的分()混合燃料的低熱值計算:H.=H×M%+Hx擔(dān)率將達到79%左右。從國家石化能源資源狀況和減(1-M%)。(HH,和H分別為混合燃料、甲醇和汽油的低少汽車尾氣有害排放角度考慮,煤制甲醇是解決國內(nèi)車用燃料嚴重不足,有效降低汽車尾氣污染的重要途熱值)。徑之一。山西省作為煤碳大省,一直高度重視煤基醇燃(2)保持發(fā)動機動力時,混合燃料的供給量與燃用料的研究開發(fā)。山西省“國家甲醇燃料汽車示范工程純汽油時供給量的關(guān)系:K=HH。即在發(fā)動機動力性項目已通過專家組驗收,在大同和晉中示范區(qū)內(nèi)現(xiàn)有相同時,要求混合燃料的供給量是原汽油供給量的K78輛中巴示范車的基礎(chǔ)上,充分考慮運力和運量的平倍。實際運行中示范車隊的甲醇燃料與汽油的燃料替衡和項目啟動時的更新數(shù)量,新增55輛高比例(M85代體積比要求不高于17,其中晉中示范區(qū)是1.66,大同1005種車型的甲醇燃料示范車。單車累計行駛里程最示范區(qū)是154。按總熱值相同計算得的K值換算成替代多的已達35萬km以下,最少的也在5萬km以上。體積比,要比示范區(qū)實際使用的稍大。這是因為甲醇的1甲醇燃料的物化特性燃燒速度要比汽油快,通過提高發(fā)動機的壓縮比和優(yōu)甲醇作為一種液體燃料,其物理、化學(xué)性質(zhì)與汽油化點火時間后,稍少的甲醇燃料也可以保證動力性不極為相近。甲醇的低熱值比汽油低453%所需的循環(huán)變。實驗證明,若替代比稍超范圍(18-1.9,甲醇燃料供油量應(yīng)該比汽油大,這樣才能保證甲醇發(fā)動機的動發(fā)動機的動力性要優(yōu)于同型號的汽油機。力性。甲醇的汽化潛熱比汽油大得多,從而使混合氣在同時,甲醇燃料發(fā)動機的空燃比必須要隨著甲醇汽化時的溫降較大,有利于提高發(fā)動機的充量和動力比例的變化而變化。根據(jù)化學(xué)計量空燃比的公式性,但不利于燃料在低溫下的蒸發(fā),造成冷啟動困難和lo=344lx(g/3+8n-g/8),暖機時間長。甲醇和辛烷值高在汽油機上使用時,可其中山中國煤化工10三種元素的質(zhì)量以提高壓縮比,有利于提高發(fā)動機的動力性能和經(jīng)濟分數(shù)CNMHG醇的混合燃料,其性能。甲醇和汽油物化特性比較見表1。g=37.5%×M%+85.5%×(100-M%作者簡介:向音華,男,1979年生,太原理工大學(xué)在讀碩士研究生第3期(總第90機械管理2006年6月g=125%×M%+14.5%×(100-M%。步的下降,而汽油價格下降的幅度及其可能性都不會太g=50%×M%大。因此甲醇汽車的運營經(jīng)濟性要低于汽油車輛。由此可計算出不同比例的甲醇和汽油混合燃料的4甲醇發(fā)動機的排放特性理論空燃比。對于廣泛使用的M15、M85以及純甲醇發(fā)4.1常規(guī)排放動機,其空燃比分別為1354、77、645。表3和表4分別是晉中和大同示范區(qū)對排放的檢測以下是大同云崗汽車集團有限公司492發(fā)動機在結(jié)果。由表34可以看出,甲醇汽車尾氣中的CO和HC分別燃用9汽油和M100甲醇燃料時的性能對比圖?；衔锏呐欧帕勘韧推嚪謩e降低4536%和由圖1可以看出,發(fā)動機在燃用M100甲醇燃料和7585,而且也低一相應(yīng)標準中規(guī)定的限值。表56分90汽油時,功率略低,而甲醇發(fā)動機最大扭矩所對應(yīng)別是一汽多點噴射CA6GH-M全甲醇發(fā)動機和山西榆的轉(zhuǎn)速要比汽油機低。次新天地發(fā)動機制造有限公司生產(chǎn)的電控多點噴射HLA95JQ甲醇發(fā)動機M85)的排放檢測結(jié)果。表3甲醇燃料汽車示范車隊尾氣匯總對比表排放物檢測次數(shù)陽泉138晉太175汽溶(90)0.5255甲醇(M100)同型汽車量§翼表4甲醇燃料汽車示范車隊尾氣匯總對比表轉(zhuǎn)速(rm)轉(zhuǎn)速(mpm)圖1不同燃料對發(fā)動機功率和扭矩的影響排放物CO(%)HC(ppm)3甲醇發(fā)動機的經(jīng)濟性抽檢車號晉B-晉B-晉B-晉B-晉B-978273829896971978273829896971表2是晉中和大同示范區(qū)運行車輛燃料消耗率標準值(GB18285-2000100100100200200200的對比。其中大同示范區(qū)車隊所用發(fā)動機型號為(DBl】040-1999)495M100甲醇燃燒裝置,晉中——太原和陽泉示范區(qū)M100急速)860.790851571191車隊所用發(fā)動機型號為CA6102B多點電噴發(fā)動機;90°表5CA6GH-M機型的九工況排放指標汽油和甲醇的價格分別按36元幾和18元。晉中(榆檢驗結(jié)果次)—一太原城際公交站點多,起動頻繁,怠速時間長,檢驗項目標準要求經(jīng)常超員,故油耗高于陽泉公交示范車隊。排氣污染C≤174590586605表2醇油經(jīng)濟性比較物(gkWh)HC+NOx≤56示范點替代比汽油車M0甲醇車燃用甲醇比汽油節(jié)約數(shù)表6HLA495J]Q甲醇發(fā)動機排放檢測結(jié)果標準要求檢驗結(jié)果陽泉檢驗項目GB14762京DHJB2-DBl晉中-太原18039637146-20021999044999大同1541624.613排氣污染物CO≤97≤2042.272252.29(gkWh)|HC+NOx≤4』≤84038040035圖2是大同云崗汽車集團有限公司492發(fā)動機在分息怠速c0(%)≤10010010別燃用90"汽油和MI0O甲醇燃料時的油耗對比圖。由圖2染高息速[CO(%)≤0.70001001001可以看出,甲醇發(fā)動機的燃油消耗率總體甲醇(M100)≤200465上比汽油機要高,考4.2非常規(guī)排放慮到甲醇的價格比汽汽油(90樣)甲醇燃料汽車非常規(guī)排放物——甲醛及未完全燃油要低得多,并且隨套享燒的甲醇國內(nèi)外試驗較少,采用基于氣相色譜法的非著甲醇生產(chǎn)能力的提常規(guī)中國煤化工3為單氣相色譜儀的轉(zhuǎn)速(rpm)高以及產(chǎn)量的加大分析CNMHG載氣由鋼瓶提供,經(jīng)圖2不同燃料對發(fā)動機甲醇的價格還會進一燃油消耗率的影響減壓閥、凈化器、流量計(壓力表)穩(wěn)壓閥(針形閥)、氣第3期(總第90期)機械管理開發(fā)2006年6月化室到達色譜柱頭。在柱頭的氣化室有一進樣口,樣活性物質(zhì)組合。示范車隊中使用的催化反應(yīng)器對M85品有此注入。液體樣品在氣化室迅速氣化。載氣攜帶和M1O0常規(guī)排放物的實際催化效果如表78所示,對試樣,在載氣壓力梯度的驅(qū)動下,通過色譜柱,混合物M85的非常規(guī)碳氫排放物的實際催化效果如表9所示。被分離。單一組分由柱尾一個個地流出,進入檢測器表7M85九工況常規(guī)排放催化效果中,組分的物質(zhì)信號轉(zhuǎn)變成電信號,經(jīng)放大反饋給記排放指標CO(gkwh) NOxg/kW.h)| THC(g/kW.h)錄儀在記錄儀上得到色譜流出曲線(色譜圖)。圖4為催化器前25.071045催化前后HL495J1Q甲醇發(fā)動機(M85)在2000rmin甲催化器后0.12醛和未完全燃燒的甲醇排放隨負荷變化曲線圖。催化轉(zhuǎn)換率(%表8M100九工況常規(guī)排放催化效果排放指標co(gkWh)THC(g/kW.h)化器后0.59嚴化轉(zhuǎn)換率(%4表9M85非常規(guī)碳氫九工況排放催化效果排放指標甲醛(gkWh)甲醇(g/kWh)1-高壓鋼瓶;2-減壓閥;3-載氣凈化干燥管;4-針形閥:5-流量催化器后計;6-壓力表;7-進樣管8-色譜柱;9檢測器;10記錄儀催化轉(zhuǎn)換率(%)73.3100.0圖3氣相色譜流程圖5結(jié)論催化前通過對甲醇汽車和示范車隊的跟蹤觀察與研究得出如下結(jié)論:(1)通過提高壓縮比,增大供油量以及優(yōu)化點火時刻與空燃比,甲醇汽車的動力性良好;(2甲醇汽車的燃油消耗率要比同型號汽油車大,但是運營經(jīng)濟性要低于汽油車;(3)常規(guī)排放物比同型號的汽圖42000r/min甲醛和甲醇排放隨負荷變化曲線圖油機低,CO降低45.36%,HC降低75.85;(4非常規(guī)排放從圖中可以看出,發(fā)動機負荷為0、10%、25%、物甲醛和未燃甲醇均高于汽油機,經(jīng)催化轉(zhuǎn)換器后大55%、90%的各工況點,催化轉(zhuǎn)換器對甲醛的凈化率分部分消除。別為91.6%、80.4%、78.0%、76.9%和39.8%,隨著負荷參考文獻上升,對甲醛的凈化率逐漸降低,特別是到高負荷[山西省醇汽辦甲醇燃料汽車示范工程研究報告山西汽車200590%時,凈化率明顯下降。催化轉(zhuǎn)換器對甲醇的凈化(21榆次新天地發(fā)動機制造有限公司Ms5點燃式甲醇燃料輕型汽車的率非常高,接近100%研究開發(fā)山西汽車2005(2-3)43甲醇發(fā)動機催化反應(yīng)器3]喬安平495M85甲醇發(fā)動機的研究小兵工學(xué)報20002甲醇發(fā)動機的催化反應(yīng)器要根據(jù)其排放特點調(diào)4周龍保內(nèi)燃機學(xué)M北京:機械工業(yè)出版社,9906整反應(yīng)器的催化活性物質(zhì)的組份,最終篩選出適當(dāng)?shù)?收稿日期:2005-12-28)Research on emission characteristics of methanol Fuel automobileXiang Jinhua Liu Gang[Abstract] Road running situation of state methanol fuel demonstrative vehicles has been studied for a long time. Theresult shows that the power performance of methanol automobile is good, the running economical performance is better thanhat of gasoline automobile, the exhause emission of HC and CO85% respectivelyHowever the abnormal exhaust emission of formaldehyde and non中國煤化工 than gasoling'swhich could be reduced by exhaust catalysis converterCNMHG[Key words] Methanol fuel Methanol fuel automobile Road tesExhaust emission te