汽油機燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究

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 Yancheng Institute of Technology( Natural Science EditionMar.2016doi:10.16018/j.cnki.cn32-1650/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4G5S汽油機上對甲醇及不冋體積比例甲醇汽油的動(dòng)力性、經(jīng)濟性和排放特性進(jìn)行了對比試驗。結果表明:與燃用93#汽油相比,M15、M85及MI00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%、MIO0平均上升57.26%;M15、M85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;甲酹汽油;功率;比油耗;甲醛中圖分類(lèi)號:TK41文獻標識碼:A文章編號:1671-5322(2016)01-0006-04車(chē)用燃料是石油最主要的應用領(lǐng)域,占全球物成分。石油總消耗量的70%以上。隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展,我國石油資源日益短缺,同時(shí)汽車(chē)排放成為城試驗條件市環(huán)境污染的主要來(lái)源,開(kāi)發(fā)與研究車(chē)用清潔替1.1儀器與燃料代燃料十分緊迫。發(fā)動(dòng)機主要參數與主要測試儀器見(jiàn)表1。甲醇汽油是一種汽油車(chē)的替代燃料。通過(guò)添車(chē)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(shí)現對原油的部分替代,85%,甲醇14%,添加劑1%(M5);汽油15%,甲比如M5甲醇汽油(15%體積比例甲醇),可以在摩80%,添加劑5%(M5);甲醇94%;添加劑不改動(dòng)發(fā)動(dòng)機結構的前提下,代替成品汽油使用6%(M00。添加劑的主要成份包括:穩定劑與的車(chē)用燃料,其動(dòng)力性與經(jīng)濟性良好,同時(shí)具有常助溶劑。規排放低的特點(diǎn)3。推廣甲醇汽油,可以緩解2結果與分析石油日益短缺的局面,同時(shí)具有較高的環(huán)保效益2.1發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性對國家可持續發(fā)展、社會(huì )進(jìn)步都具有十分重要的圖1為外特性下發(fā)動(dòng)機燃用不同燃料的功意義。甲醇汽油已經(jīng)在我國一些煤炭資源豐富的率?？梢钥闯?外特性下,M15、M5及M0在整地區推廣使用個(gè)轉速范圍內功率均高于93#汽油。與燃用93#目前對甲醇汽油的常規研究較多,主要集中汽油相比,當發(fā)動(dòng)機轉速為4200r/mn時(shí),M15在:1)低體積比例甲醇汽油的燃燒特性、動(dòng)力性功率增大1.7kW(增加2.85%),M85功率增大經(jīng)濟性與常規排放特性;2)高體積比例甲醇汽油1.8kW(增加3.02%),M100功率增大1.5kW的互溶性;3)甲醇汽油非常規污染物甲醛排放。(增加2.5%)。這是由于甲醇汽油及純甲醇的熱本文通過(guò)靈活的自制燃料控制器,將過(guò)量空氣系值低于93#汽油,而靈活的自制燃料控制器將過(guò)數調整至1±0.03,增加噴油脈寬,直接燃用高比例甲醇汽油或直接燃用甲醇,研究:1)純甲醇與加中國煤化了3,提高了噴油脈寬,增CNMHG動(dòng)機功率。M85的動(dòng)力性、經(jīng)濟性與常規排放特性;2)純甲2.2及機空醇與M85的甲醛排放;3)甲醇汽油的非常規污染圖2為外特性下有效燃油消耗率。外特性收稿日期:2015-11-0作者簡(jiǎn)介:陳勇(1971-—),男,安徽風(fēng)陽(yáng)人,助理工程師,主要硏究方向為運輸管理、汽車(chē)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(dòng)機主要參數及主要測試儀器Table 1 Main parameters of test engine and instruments名稱(chēng)型號參數數值排量/最大功率/kW/轉速/(rmn-)78/6000最高轉速/(r·min)7000最大扭矩/(N·m)轉速/(r·min)134/4500測功機(CW100)4G15S靈活燃料控制器(自制)徑x行程/(76×82升功率(k比功率/(kW·kg)0684壓縮比發(fā)動(dòng)機凈質(zhì)量/k114車(chē)甲醛測定儀CDM-01(自制)儀器廢氣分析儀AVLa000l下,Ml5、M85及M00在整個(gè)轉速范圍內有效燃料消耗率均高于93#汽油(M5、M85、M00分別M15比93#汽油高4.43%、47.42%、57.52%),這是由于節氣門(mén)開(kāi)度100%時(shí)燃用甲醇汽油或純甲醇時(shí)M100噴油脈寬升高所導致在負荷特性下,與燃用93#汽油相比,發(fā)動(dòng)機在2400r/mn、2600r/min、3000m/min、3400m/min時(shí),M15有效燃料消耗率分別上升445%0平均上升10001700240031008004500分別上升45.34%45.87%、4646%、48.44%轉速/(rmin-)平均上升46.53;M100分別上升58.73%、圖1外特性下發(fā)動(dòng)機功率56.24%55.45%、58.62%,平均上升57.26%。Fig 1 Engine power at full load負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,達到相同工況需要消耗更多的燃料2.3發(fā)動(dòng)機排放特性2.31HC與CO怠速排放表為怠速工況下發(fā)動(dòng)機燃用不同燃料HC和CO的排放比較?？梢钥闯?與燃用93#汽油相M1585比,M15在低怠速(900r/min)工況下CO排放由0.57%下降到0.46%,HC排放量由94×10°下降到88×10°;高怠速000r/mini工況下,CO排放量由060%下降到0.59%,HC排放量由7910001500200025003003500400045004y10M85在低怠速(900r轉速/(rmin-1)中國煤化工.57%下降到0.45%,圖2外特性下有效燃油消耗率CNMH(到6×106;高怠速ig 2 Specific fuel a nsumption at full load(2000r/min正況下,CO排放量由0.60下降到0.41%,HC排放量由79×10下降到53×10°。M100在低怠速(900r/min)工況下CO排放量由0.57%下降到0.42%,HC排放量由94鹽城工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)第29卷l0ˉ下降到58×10-°;高怠速(200r/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79×10°下降到49×10°。甲醇汽油及純表2怠速工況下CO與HC排放比較Tb le 2 co and hc emission in idle condition怠速CO/%0HC/10(r·min3)93#汽油M5M85M10093#汽油M15M1OO0.570.460.427620000.600.422.3.2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怠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(shí)甲醛排放明顯降低;(2)性,讓發(fā)動(dòng)機廢氣通過(guò)吸收裝置和混合裝置來(lái)采對于M15、M85、M100而言,隨著(zhù)甲醇體積比例的集排氣中的甲醛。外接一套管路(部分流采樣系增加,甲醛排放明顯増加。試驗還發(fā)現,當氣溫降統,不會(huì )引起排放阻力的增加)以稀釋排氣中的至-10℃時(shí),轉速對甲醛排放沒(méi)有影響且所有甲醇,這樣尾氣進(jìn)入甲醛分析儀時(shí)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(dòng)機廢氣流量的稀釋表3怠速工況下甲醛排放(2℃)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c(diǎn)onditionmg/m括分光光度法、催化動(dòng)力學(xué)光度法以及熒光光度怠速/法;儀器法包括氣相色譜法、高效液相色譜法、極93#汽油M15M85M1OO譜法以及電化學(xué)法等。在分光光度法中,變色酸0.0590.0400.1020.228法與乙酰丙酮法的靈敏度相同,且均需在沸水浴20000.0590.0400.0780.165中加熱顯色,乙酰丙酮比色法加熱時(shí)間為3min變色酸法加熱時(shí)間較長(cháng)。酚試劑比色法(屬于分圖3為各種燃料甲醛排放的負荷特性。由圖光光度法)在常溫下顯色,因而被廣泛應用于空3可以看出:隨著(zhù)甲醇比例的增加,在整個(gè)負荷特氣中甲醛快速檢測。本文基于國家標準酚試劑法性范圍內,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(cháng)安大學(xué)自行研制比,M15、M85及M00的甲醛排放平均增加的采樣系統,對各種燃料進(jìn)行了甲醛排放測試73%、314%及414%。顯然高比例甲醇汽油與純(2)甲醛濃度計算不同溫度不同壓力下排放氣體中甲醛濃度計M15M100算如下0.25x-27310P0.15式中C:排放氣體中甲醛濃度,mg/m3;Cn:甲醛測0.0定儀顯示值,mg/L;V:標準狀態(tài)(0℃,一個(gè)大氣H中國煤化工壓)下的采樣體積,L;10:測定時(shí)比色瓶中溶液體CNMHG20253035積,mL;V:采樣體積,為采樣流量(流量校正后的Ne/kw實(shí)測值)與采樣時(shí)間乘積,L;t:采樣點(diǎn)的氣溫,℃;圖32400r/min負荷特性甲醛排放P:采樣點(diǎn)的大氣壓,kPaFig 3 Formaldehyde emission at 2 400 r/m表3為2℃時(shí)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(gè)數量級上,3結論這是由于:一方面隨著(zhù)甲醇比例增加,缸內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(guò)靈活的自制燃料控制器將過(guò)量空氣系數溫度低,未燃甲醇在排氣管中容易生成甲醛。調整至1±0.03,可以提高汽油機燃用甲醇汽油2.3.3非常規污染物成分及甲醇的動(dòng)力性但由于甲醇熱值低導致甲醇汽93#汽油、Ml5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(shí)污染物組分更加復雜。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(huì )導致PM.5、PMO上升,從而Phenol(間乙基苯酚)、戊酸、環(huán)已酮、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(lái)苯基乙醇、NO、NO2。M15與M85排放中共有的說(shuō),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[1]劉生全,李佳,王琪,等.甲醇燃料汽車(chē)ⅤOC排放實(shí)驗研究[J.北方環(huán)境,2011,23(5):184-18[2]劉生全,馬志義,劉丹丹,等.含醇類(lèi)燃料非常規排放污染物甲醛的實(shí)驗研究[J].汽車(chē)工程,2008,30(9):775-778[3]邊耀璋汽車(chē)新能源技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2003[4] LIANG Y, WU DS, GOU X J, et al. Design of sampling system for methanol -fueled tail gases and its composition analysis[J. Journal of Sichuan University( Engineering Science Edition ) 2005, 37(3): 52-55[5 WANG Y H, ZHENGG Z. Research on application of methanol fuel to vehicle engines [J]. Chinese Internal CombustionEngine Engineering, 2005, 26(2): 22[6 KIM K W, LEE B H, KIM S. Reduction of VOC emission from natural flours filled biodegradable bio -composites for automobile interior[J. Journal of Hazardous Materials, 2011, 187(1-3): 37-43Research on Performanceso f Gasdl ne egr e Fueled withMethanol and Methanol solineCHEN YongAnhui Transportation Group Chuzhou Automotive Co. Ltd. Chuzhou Anhui 239000, China)Results show that: compared with the burning 93# gasoline power of M15, M85 and M100 increased consumption of M15 efficient 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 formaldehydeKeywords: methanol; methanol gasoline; power; specific fuel constYH中國煤化工CNMHG(責任編輯:李華云)