汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究

第29卷第1期盐城工学院学报(自然科学版)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汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究陈勇(安徽省交通集团滁州汽运有限公司,安徽滁州239000摘要:为了研究汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能,在一台4G5S汽油机上对甲醇及不冋体积比例甲醇汽油的动力性、经济性和排放特性进行了对比试验。结果表明:与燃用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与CO排放随甲醇体积比例增加而降低;而甲醛排放随甲醇体积比例增加而明显增加,关键词:甲醇;甲酹汽油;功率;比油耗;甲醛中图分类号:TK41文献标识码:A文章编号:1671-5322(2016)01-0006-04车用燃料是石油最主要的应用领域,占全球物成分。石油总消耗量的70%以上。随着汽车工业的发展,我国石油资源日益短缺,同时汽车排放成为城试验条件市环境污染的主要来源,开发与研究车用清洁替1.1仪器与燃料代燃料十分紧迫。发动机主要参数与主要测试仪器见表1。甲醇汽油是一种汽油车的替代燃料。通过添车用甲醇汽油配制比例(V/V)为:汽油加剂将甲醇与汽油互溶实现对原油的部分替代,85%,甲醇14%,添加剂1%(M5);汽油15%,甲比如M5甲醇汽油(15%体积比例甲醇),可以在摩80%,添加剂5%(M5);甲醇94%;添加剂不改动发动机结构的前提下,代替成品汽油使用6%(M00。添加剂的主要成份包括:稳定剂与的车用燃料,其动力性与经济性良好,同时具有常助溶剂。规排放低的特点3。推广甲醇汽油,可以缓解2结果与分析石油日益短缺的局面,同时具有较高的环保效益2.1发动机动力性对国家可持续发展、社会进步都具有十分重要的图1为外特性下发动机燃用不同燃料的功意义。甲醇汽油已经在我国一些煤炭资源丰富的率。可以看出:外特性下,M15、M5及M0在整地区推广使用个转速范围内功率均高于93#汽油。与燃用93#目前对甲醇汽油的常规研究较多,主要集中汽油相比,当发动机转速为4200r/mn时,M15在:1)低体积比例甲醇汽油的燃烧特性、动力性功率增大1.7kW(增加2.85%),M85功率增大经济性与常规排放特性;2)高体积比例甲醇汽油1.8kW(增加3.02%),M100功率增大1.5kW的互溶性;3)甲醇汽油非常规污染物甲醛排放。(增加2.5%)。这是由于甲醇汽油及纯甲醇的热本文通过灵活的自制燃料控制器,将过量空气系值低于93#汽油,而灵活的自制燃料控制器将过数调整至1±0.03,增加喷油脉宽,直接燃用高比例甲醇汽油或直接燃用甲醇,研究:1)纯甲醇与加中国煤化了3,提高了喷油脉宽,增CNMHG动机功率。M85的动力性、经济性与常规排放特性;2)纯甲2.2及机空醇与M85的甲醛排放;3)甲醇汽油的非常规污染图2为外特性下有效燃油消耗率。外特性收稿日期:2015-11-0作者简介:陈勇(1971-—),男,安徽风阳人,助理工程师,主要硏究方向为运输管理、汽车排放污染物控制第1期陈勇:汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究表1发动机主要参数及主要测试仪器Table 1 Main parameters of test engine and instruments名称型号参数数值排量/最大功率/kW/转速/(rmn-)78/6000最高转速/(r·min)7000最大扭矩/(N·m)转速/(r·min)134/4500测功机(CW100)4G15S灵活燃料控制器(自制)径x行程/(76×82升功率(k比功率/(kW·kg)0684压缩比发动机净质量/k114车甲醛测定仪CDM-01(自制)仪器废气分析仪AVLa000l下,Ml5、M85及M00在整个转速范围内有效燃料消耗率均高于93#汽油(M5、M85、M00分别M15比93#汽油高4.43%、47.42%、57.52%),这是由于节气门开度100%时燃用甲醇汽油或纯甲醇时M100喷油脉宽升高所导致在负荷特性下,与燃用93#汽油相比,发动机在2400r/mn、2600r/min、3000m/min、3400m/min时,M15有效燃料消耗率分别上升445%0平均上升10001700240031008004500分别上升45.34%45.87%、4646%、48.44%转速/(rmin-)平均上升46.53;M100分别上升58.73%、图1外特性下发动机功率56.24%55.45%、58.62%,平均上升57.26%。Fig 1 Engine power at full load负荷特性下甲醇汽油及纯甲醇有效燃料消耗率高于93#汽油是由于甲醇热值低,达到相同工况需要消耗更多的燃料2.3发动机排放特性2.31HC与CO怠速排放表为怠速工况下发动机燃用不同燃料HC和CO的排放比较。可以看出:与燃用93#汽油相M1585比,M15在低怠速(900r/min)工况下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工况下,CO排放量由060%下降到0.59%,HC排放量由7910001500200025003003500400045004y10M85在低怠速(900r转速/(rmin-1)中国煤化工.57%下降到0.45%,图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正况下,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)工况下CO排放量由0.57%下降到0.42%,HC排放量由94盐城工学院学报(自然科学版)第29卷l0ˉ下降到58×10-°;高怠速(200r/min)工况甲醇的HC与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排放燃烧更加完全所致。量由79×10°下降到49×10°。甲醇汽油及纯表2怠速工况下CO与HC排放比较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甲醛排放排放情况。由表3可以看出:(1)93#汽油与M15(1)甲醛采样与测试在低怠速与高怠速下甲醛的排放浓度相同,而甲醛的收集是利用甲醛与水任意互溶的特M85与M100在高怠速时甲醛排放明显降低;(2)性,让发动机废气通过吸收装置和混合装置来采对于M15、M85、M100而言,随着甲醇体积比例的集排气中的甲醛。外接一套管路(部分流采样系增加,甲醛排放明显増加。试验还发现,当气温降统,不会引起排放阻力的增加)以稀释排气中的至-10℃时,转速对甲醛排放没有影响且所有甲醇,这样尾气进入甲醛分析仪时不致超出其量燃料的甲醛排放浓度均很低。程范围。新鲜空气流量与发动机废气流量的稀释表3怠速工况下甲醛排放(2℃)比例为5:1。Table 3 F ormaldehyde emission in idle甲醛的测试分为化学法和仪器法。化学法包conditionmg/m括分光光度法、催化动力学光度法以及荧光光度怠速/法;仪器法包括气相色谱法、高效液相色谱法、极93#汽油M15M85M1OO谱法以及电化学法等。在分光光度法中,变色酸0.0590.0400.1020.228法与乙酰丙酮法的灵敏度相同,且均需在沸水浴20000.0590.0400.0780.165中加热显色,乙酰丙酮比色法加热时间为3min变色酸法加热时间较长。酚试剂比色法(属于分图3为各种燃料甲醛排放的负荷特性。由图光光度法)在常温下显色,因而被广泛应用于空3可以看出:随着甲醇比例的增加,在整个负荷特气中甲醛快速检测。本文基于国家标准酚试剂法性范围内,甲醛排放明显增加;与燃用93#汽油相的便携式快速甲醛测定仪,与长安大学自行研制比,M15、M85及M00的甲醛排放平均增加的采样系统,对各种燃料进行了甲醛排放测试73%、314%及414%。显然高比例甲醇汽油与纯(2)甲醛浓度计算不同温度不同压力下排放气体中甲醛浓度计M15M100算如下0.25x-27310P0.15式中C:排放气体中甲醛浓度,mg/m3;Cn:甲醛测0.0定仪显示值,mg/L;V:标准状态(0℃,一个大气H中国煤化工压)下的采样体积,L;10:测定时比色瓶中溶液体CNMHG20253035积,mL;V:采样体积,为采样流量(流量校正后的Ne/kw实测值)与采样时间乘积,L;t:采样点的气温,℃;图32400r/min负荷特性甲醛排放P:采样点的大气压,kPaFig 3 Formaldehyde emission at 2 400 r/m表3为2℃时各种燃料在怠速工况下甲醛的第1期陈勇:汽油机燃用甲醇及甲醇汽油的性能研究甲醇的甲醛排放与93#汽油不在一个数量级上,3结论这是由于:一方面随着甲醇比例增加,缸内不完全燃烧的中间产物甲醛含量增加;另一方面排气管通过灵活的自制燃料控制器将过量空气系数温度低,未燃甲醇在排气管中容易生成甲醛。调整至1±0.03,可以提高汽油机燃用甲醇汽油2.3.3非常规污染物成分及甲醇的动力性但由于甲醇热值低导致甲醇汽93#汽油、Ml5以及M85三种燃料排放中共油及甲醇燃料的经济性变差;燃用甲醇汽油及甲有的物质有:水蒸气、二氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醇可以降低HC与CO排放,但是甲醛排放明显增醛、甲醇、乙醇、丙酮、氨、异戊二烯、苯、甲苯、乙加,同时污染物组分更加复杂。因此,燃用甲醇汽醚、丁烯、乙烯、HS、DMS(二甲硫,二硫醚)、Me-油及纯甲醇可能会导致PM.5、PMO上升,从而Phenol(间乙基苯酚)、戊酸、环已酮、1,4苯醌、2-引起空气质量的恶化,影响身体健康,但总体来苯基乙醇、NO、NO2。M15与M85排放中共有的说,汽油机不仅可以掺烧低比例甲醇汽油,也完全物质有: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与纯甲醇。烷。M85排放中有丁酸。参考文献[1]刘生全,李佳,王琪,等.甲醇燃料汽车ⅤOC排放实验研究[J.北方环境,2011,23(5):184-18[2]刘生全,马志义,刘丹丹,等.含醇类燃料非常规排放污染物甲醛的实验研究[J].汽车工程,2008,30(9):775-778[3]边耀璋汽车新能源技术[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中国煤化工CNMHG(责任编辑:李华云)