甲醇燃料汽車(chē)排放特性研究

第3期(總第90期)機械管理開(kāi)發(fā)2006年6月No.3 SUM No 90)MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTJun.2006甲醇燃料汽車(chē)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(chē)示范車(chē)隊道路運行情況進(jìn)行了長(cháng)期跟蹤研究。結果表明:甲醇汽車(chē)動(dòng)力性良好;運行經(jīng)濟性能優(yōu)于汽油車(chē)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)尾氣催化轉化器后大部分消除【關(guān)鍵詞】甲醇燃料甲醇汽車(chē)道路試驗排放測試【中圖分類(lèi)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(gè)富煤、貧油、少氣的國家。自1993年我國成為石油進(jìn)口國之后,進(jìn)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(jìn)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(gè)石油消費市場(chǎng)中汽油0.7343.9293-841148車(chē)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(dòng)機的動(dòng)力性勢,據汽車(chē)行業(yè)部門(mén)預測,到2020年我國汽車(chē)保有量為為了保證甲醇燃料發(fā)動(dòng)機的功率、轉矩與原汽油機6000萬(wàn)輛,在現有基礎上翻兩番車(chē)用汽柴油消耗將相同,要求供油系統所供給的甲醇燃料的總熱值與原汽超過(guò)億噸大關(guān)。隨著(zhù)社會(huì )汽車(chē)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(chē)尾氣排放總量也呈上升之勢。據國家環(huán)?？偩诸A果甲醇的質(zhì)量分數為M%,則混合燃料的計算如下。測,今年我國機動(dòng)車(chē)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(chē)尾氣有害排放角度考慮,煤制甲醇是解決國內車(chē)用燃料嚴重不足,有效降低汽車(chē)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(dòng)機動(dòng)力時(shí),混合燃料的供給量與燃用料的研究開(kāi)發(fā)。山西省“國家甲醇燃料汽車(chē)示范工程純汽油時(shí)供給量的關(guān)系:K=HH。即在發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性項目已通過(guò)專(zhuān)家組驗收,在大同和晉中示范區內現有相同時(shí),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(chē)的基礎上,充分考慮運力和運量的平倍。實(shí)際運行中示范車(chē)隊的甲醇燃料與汽油的燃料替衡和項目啟動(dòng)時(shí)的更新數量,新增55輛高比例(M85代體積比要求不高于17,其中晉中示范區是1.66,大同1005種車(chē)型的甲醇燃料示范車(chē)。單車(chē)累計行駛里程最示范區是154。按總熱值相同計算得的K值換算成替代多的已達35萬(wàn)km以下,最少的也在5萬(wàn)km以上。體積比,要比示范區實(shí)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(guò)提高發(fā)動(dòng)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(diǎn)火時(shí)間后,稍少的甲醇燃料也可以保證動(dòng)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(shí)驗證明,若替代比稍超范圍(18-1.9,甲醇燃料供油量應該比汽油大,這樣才能保證甲醇發(fā)動(dòng)機的動(dòng)發(fā)動(dòng)機的動(dòng)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(shí),甲醇燃料發(fā)動(dòng)機的空燃比必須要隨著(zhù)甲醇汽化時(shí)的溫降較大,有利于提高發(fā)動(dòng)機的充量和動(dòng)力比例的變化而變化。根據化學(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(dòng)困難和lo=344lx(g/3+8n-g/8),暖機時(shí)間長(cháng)。甲醇和辛烷值高在汽油機上使用時(shí),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(dòng)機的動(dòng)力性能和經(jīng)濟分數CNMHG醇的混合燃料,其性能。甲醇和汽油物化特性比較見(jiàn)表1。g=37.5%×M%+85.5%×(100-M%作者簡(jiǎn)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(jià)格下降的幅度及其可能性都不會(huì )太g=50%×M%大。因此甲醇汽車(chē)的運營(yíng)經(jīng)濟性要低于汽油車(chē)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(dòng)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常規排放動(dòng)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對排放的檢測以下是大同云崗汽車(chē)集團有限公司492發(fā)動(dòng)機在結果。由表34可以看出,甲醇汽車(chē)尾氣中的CO和HC分別燃用9汽油和M100甲醇燃料時(shí)的性能對比圖?；衔锏呐欧帕勘韧推?chē)分別降低4536%和由圖1可以看出,發(fā)動(dòng)機在燃用M100甲醇燃料和7585,而且也低一相應標準中規定的限值。表56分90汽油時(shí),功率略低,而甲醇發(fā)動(dòng)機最大扭矩所對應別是一汽多點(diǎn)噴射CA6GH-M全甲醇發(fā)動(dòng)機和山西榆的轉速要比汽油機低。次新天地發(fā)動(dòng)機制造有限公司生產(chǎn)的電控多點(diǎn)噴射HLA95JQ甲醇發(fā)動(dòng)機M85)的排放檢測結果。表3甲醇燃料汽車(chē)示范車(chē)隊尾氣匯總對比表排放物檢測次數陽(yáng)泉138晉太175汽溶(90)0.5255甲醇(M100)同型汽車(chē)量§翼表4甲醇燃料汽車(chē)示范車(chē)隊尾氣匯總對比表轉速(rm)轉速(mpm)圖1不同燃料對發(fā)動(dòng)機功率和扭矩的影響排放物CO(%)HC(ppm)3甲醇發(fā)動(dòng)機的經(jīng)濟性抽檢車(chē)號晉B-晉B-晉B-晉B-晉B-978273829896971978273829896971表2是晉中和大同示范區運行車(chē)輛燃料消耗率標準值(GB18285-2000100100100200200200的對比。其中大同示范區車(chē)隊所用發(fā)動(dòng)機型號為(DBl】040-1999)495M100甲醇燃燒裝置,晉中——太原和陽(yáng)泉示范區M100急速)860.790851571191車(chē)隊所用發(fā)動(dòng)機型號為CA6102B多點(diǎn)電噴發(fā)動(dòng)機;90°表5CA6GH-M機型的九工況排放指標汽油和甲醇的價(jià)格分別按36元幾和18元。晉中(榆檢驗結果次)—一太原城際公交站點(diǎn)多,起動(dòng)頻繁,怠速時(shí)間長(cháng),檢驗項目標準要求經(jīng)常超員,故油耗高于陽(yáng)泉公交示范車(chē)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(diǎn)替代比汽油車(chē)M0甲醇車(chē)燃用甲醇比汽油節約數表6HLA495J]Q甲醇發(fā)動(dòng)機排放檢測結果標準要求檢驗結果陽(yáng)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(chē)集團有限公司492發(fā)動(dòng)機在分息怠速c0(%)≤10010010別燃用90"汽油和MI0O甲醇燃料時(shí)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(dòng)機的燃油消耗率總體甲醇(M100)≤200465上比汽油機要高,考4.2非常規排放慮到甲醇的價(jià)格比汽汽油(90樣)甲醇燃料汽車(chē)非常規排放物——甲醛及未完全燃油要低得多,并且隨套享燒的甲醇國內外試驗較少,采用基于氣相色譜法的非著(zhù)甲醇生產(chǎn)能力的提常規中國煤化工3為單氣相色譜儀的轉速(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(dòng)機甲醇的價(jià)格還會(huì )進(jìn)一燃油消耗率的影響減壓閥、凈化器、流量計(壓力表)穩壓閥(針形閥)、氣第3期(總第90期)機械管理開(kāi)發(fā)2006年6月化室到達色譜柱頭。在柱頭的氣化室有一進(jìn)樣口,樣活性物質(zhì)組合。示范車(chē)隊中使用的催化反應器對M85品有此注入。液體樣品在氣化室迅速氣化。載氣攜帶和M1O0常規排放物的實(shí)際催化效果如表78所示,對試樣,在載氣壓力梯度的驅動(dòng)下,通過(guò)色譜柱,混合物M85的非常規碳氫排放物的實(shí)際催化效果如表9所示。被分離。單一組分由柱尾一個(gè)個(gè)地流出,進(jìn)入檢測器表7M85九工況常規排放催化效果中,組分的物質(zhì)信號轉變成電信號,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(xiàn)(色譜圖)。圖4為催化器前25.071045催化前后HL495J1Q甲醇發(fā)動(dòng)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(xiàn)圖。催化轉換率(%表8M100九工況常規排放催化效果排放指標co(gkWh)THC(g/kW.h)化器后0.59嚴化轉換率(%4表9M85非常規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(jìn)樣管8-色譜柱;9檢測器;10記錄儀催化轉換率(%)73.3100.0圖3氣相色譜流程圖5結論催化前通過(guò)對甲醇汽車(chē)和示范車(chē)隊的跟蹤觀(guān)察與研究得出如下結論:(1)通過(guò)提高壓縮比,增大供油量以及優(yōu)化點(diǎn)火時(shí)刻與空燃比,甲醇汽車(chē)的動(dòng)力性良好;(2甲醇汽車(chē)的燃油消耗率要比同型號汽油車(chē)大,但是運營(yíng)經(jīng)濟性要低于汽油車(chē);(3)常規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(xiàn)圖油機低,CO降低45.36%,HC降低75.85;(4非常規排放從圖中可以看出,發(fā)動(dòng)機負荷為0、10%、25%、物甲醛和未燃甲醇均高于汽油機,經(jīng)催化轉換器后大55%、90%的各工況點(diǎn),催化轉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(zhù)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(chē)示范工程研究報告山西汽車(chē)200590%時(shí),凈化率明顯下降。催化轉換器對甲醇的凈化(21榆次新天地發(fā)動(dòng)機制造有限公司Ms5點(diǎn)燃式甲醇燃料輕型汽車(chē)的率非常高,接近100%研究開(kāi)發(fā)山西汽車(chē)2005(2-3)43甲醇發(fā)動(dòng)機催化反應器3]喬安平495M85甲醇發(fā)動(dòng)機的研究小兵工學(xué)報20002甲醇發(fā)動(dòng)機的催化反應器要根據其排放特點(diǎn)調4周龍保內燃機學(xué)M北京:機械工業(yè)出版社,9906整反應器的催化活性物質(zhì)的組份,最終篩選出適當的(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