甲醇燃料汽车排放特性研究

第3期(总第90期)机械管理开发2006年6月No.3 SUM No 90)MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENTJun.2006甲醇燃料汽车排放特性研究向晋华刘刚(1太原理工大学山西太原03004:2山西醇汽办山西太原03000)【摘要】对国家甲醇燃料汽车示范车队道路运行情况进行了长期跟踪研究。结果表明:甲醇汽车动力性良好;运行经济性能优于汽油车辆;HC排放平均降低4536%,C0排放平均降低7585%;甲醇燃料的非常规擤放物甲醛及未燃甲醇含量均高于汽油,但经尾气催化转化器后大部分消除【关键词】甲醇燃料甲醇汽车道路试验排放测试【中图分类号】U469.79【文献标识码】B【文章编号】1003-73x(20030042-03引言表1甲醇和汽油的主要物化特性比较我国是一个富煤、贫油、少气的国家。自1993年我国成为石油进口国之后,进口石油的比重不断加大性能指标液态密度低热值汽化潜热理论空燃|研究法gcm)(Mng)(Jkg)|比(kgkg)辛烷值200年进口原油12275,占到了总需求的40%,严重甲聊645威胁到国家的能源安全。在我国整个石油消费市场中汽油0.7343.9293-841148车用燃料占到总消费量的35%以上并呈急剧上升趋2甲醇发动机的动力性势,据汽车行业部门预测,到2020年我国汽车保有量为为了保证甲醇燃料发动机的功率、转矩与原汽油机6000万辆,在现有基础上翻两番车用汽柴油消耗将相同,要求供油系统所供给的甲醇燃料的总热值与原汽超过亿吨大关。随着社会汽车保有量的逐年大幅增加,油燃料的总热值相同。在甲醇与汽油的混合燃料中,如汽车尾气排放总量也呈上升之势。据国家环保总局预果甲醇的质量分数为M%,则混合燃料的计算如下。测,今年我国机动车尾气排放在城市大气污染中的分()混合燃料的低热值计算:H.=H×M%+Hx担率将达到79%左右。从国家石化能源资源状况和减(1-M%)。(HH,和H分别为混合燃料、甲醇和汽油的低少汽车尾气有害排放角度考虑,煤制甲醇是解决国内车用燃料严重不足,有效降低汽车尾气污染的重要途热值)。径之一。山西省作为煤碳大省,一直高度重视煤基醇燃(2)保持发动机动力时,混合燃料的供给量与燃用料的研究开发。山西省“国家甲醇燃料汽车示范工程纯汽油时供给量的关系:K=HH。即在发动机动力性项目已通过专家组验收,在大同和晋中示范区内现有相同时,要求混合燃料的供给量是原汽油供给量的K78辆中巴示范车的基础上,充分考虑运力和运量的平倍。实际运行中示范车队的甲醇燃料与汽油的燃料替衡和项目启动时的更新数量,新增55辆高比例(M85代体积比要求不高于17,其中晋中示范区是1.66,大同1005种车型的甲醇燃料示范车。单车累计行驶里程最示范区是154。按总热值相同计算得的K值换算成替代多的已达35万km以下,最少的也在5万km以上。体积比,要比示范区实际使用的稍大。这是因为甲醇的1甲醇燃料的物化特性燃烧速度要比汽油快,通过提高发动机的压缩比和优甲醇作为一种液体燃料,其物理、化学性质与汽油化点火时间后,稍少的甲醇燃料也可以保证动力性不极为相近。甲醇的低热值比汽油低453%所需的循环变。实验证明,若替代比稍超范围(18-1.9,甲醇燃料供油量应该比汽油大,这样才能保证甲醇发动机的动发动机的动力性要优于同型号的汽油机。力性。甲醇的汽化潜热比汽油大得多,从而使混合气在同时,甲醇燃料发动机的空燃比必须要随着甲醇汽化时的温降较大,有利于提高发动机的充量和动力比例的变化而变化。根据化学计量空燃比的公式性,但不利于燃料在低温下的蒸发,造成冷启动困难和lo=344lx(g/3+8n-g/8),暖机时间长。甲醇和辛烷值高在汽油机上使用时,可其中山中国煤化工10三种元素的质量以提高压缩比,有利于提高发动机的动力性能和经济分数CNMHG醇的混合燃料,其性能。甲醇和汽油物化特性比较见表1。g=37.5%×M%+85.5%×(100-M%作者简介:向音华,男,1979年生,太原理工大学在读硕士研究生第3期(总第90机械管理2006年6月g=125%×M%+14.5%×(100-M%。步的下降,而汽油价格下降的幅度及其可能性都不会太g=50%×M%大。因此甲醇汽车的运营经济性要低于汽油车辆。由此可计算出不同比例的甲醇和汽油混合燃料的4甲醇发动机的排放特性理论空燃比。对于广泛使用的M15、M85以及纯甲醇发4.1常规排放动机,其空燃比分别为1354、77、645。表3和表4分别是晋中和大同示范区对排放的检测以下是大同云岗汽车集团有限公司492发动机在结果。由表34可以看出,甲醇汽车尾气中的CO和HC分别燃用9汽油和M100甲醇燃料时的性能对比图。化合物的排放量比同型汽车分别降低4536%和由图1可以看出,发动机在燃用M100甲醇燃料和7585,而且也低一相应标准中规定的限值。表56分90汽油时,功率略低,而甲醇发动机最大扭矩所对应别是一汽多点喷射CA6GH-M全甲醇发动机和山西榆的转速要比汽油机低。次新天地发动机制造有限公司生产的电控多点喷射HLA95JQ甲醇发动机M85)的排放检测结果。表3甲醇燃料汽车示范车队尾气汇总对比表排放物检测次数阳泉138晋太175汽溶(90)0.5255甲醇(M100)同型汽车量§翼表4甲醇燃料汽车示范车队尾气汇总对比表转速(rm)转速(mpm)图1不同燃料对发动机功率和扭矩的影响排放物CO(%)HC(ppm)3甲醇发动机的经济性抽检车号晋B-晉B-晋B-晋B-晋B-978273829896971978273829896971表2是晋中和大同示范区运行车辆燃料消耗率标准值(GB18285-2000100100100200200200的对比。其中大同示范区车队所用发动机型号为(DBl】040-1999)495M100甲醇燃烧装置,晋中——太原和阳泉示范区M100急速)860.790851571191车队所用发动机型号为CA6102B多点电喷发动机;90°表5CA6GH-M机型的九工况排放指标汽油和甲醇的价格分别按36元几和18元。晋中(榆检验结果次)—一太原城际公交站点多,起动频繁,怠速时间长,检验项目标准要求经常超员,故油耗高于阳泉公交示范车队。排气污染C≤174590586605表2醇油经济性比较物(gkWh)HC+NOx≤56示范点替代比汽油车M0甲醇车燃用甲醇比汽油节约数表6HLA495J]Q甲醇发动机排放检测结果标准要求检验结果阳泉检验项目GB14762京DHJB2-DBl晋中-太原18039637146-20021999044999大同1541624.613排气污染物CO≤97≤2042.272252.29(gkWh)|HC+NOx≤4』≤84038040035图2是大同云岗汽车集团有限公司492发动机在分息怠速c0(%)≤10010010别燃用90"汽油和MI0O甲醇燃料时的油耗对比图。由图2染高息速[CO(%)≤0.70001001001可以看出,甲醇发动机的燃油消耗率总体甲醇(M100)≤200465上比汽油机要高,考4.2非常规排放虑到甲醇的价格比汽汽油(90样)甲醇燃料汽车非常规排放物——甲醛及未完全燃油要低得多,并且随套享烧的甲醇国内外试验较少,采用基于气相色谱法的非着甲醇生产能力的提常规中国煤化工3为单气相色谱仪的转速(rpm)高以及产量的加大分析CNMHG载气由钢瓶提供,经图2不同燃料对发动机甲醇的价格还会进一燃油消耗率的影响减压阀、净化器、流量计(压力表)稳压阀(针形阀)、气第3期(总第90期)机械管理开发2006年6月化室到达色谱柱头。在柱头的气化室有一进样口,样活性物质组合。示范车队中使用的催化反应器对M85品有此注入。液体样品在气化室迅速气化。载气携带和M1O0常规排放物的实际催化效果如表78所示,对试样,在载气压力梯度的驱动下,通过色谱柱,混合物M85的非常规碳氢排放物的实际催化效果如表9所示。被分离。单一组分由柱尾一个个地流出,进入检测器表7M85九工况常规排放催化效果中,组分的物质信号转变成电信号,经放大反馈给记排放指标CO(gkwh) NOxg/kW.h)| THC(g/kW.h)录仪在记录仪上得到色谱流出曲线(色谱图)。图4为催化器前25.071045催化前后HL495J1Q甲醇发动机(M85)在2000rmin甲催化器后0.12醛和未完全燃烧的甲醇排放随负荷变化曲线图。催化转换率(%表8M100九工况常规排放催化效果排放指标co(gkWh)THC(g/kW.h)化器后0.59严化转换率(%4表9M85非常规碳氢九工况排放催化效果排放指标甲醛(gkWh)甲醇(g/kWh)1-高压钢瓶;2-减压阀;3-载气净化干燥管;4-针形阀:5-流量催化器后计;6-压力表;7-进样管8-色谱柱;9检测器;10记录仪催化转换率(%)73.3100.0图3气相色谱流程图5结论催化前通过对甲醇汽车和示范车队的跟踪观察与研究得出如下结论:(1)通过提高压缩比,增大供油量以及优化点火时刻与空燃比,甲醇汽车的动力性良好;(2甲醇汽车的燃油消耗率要比同型号汽油车大,但是运营经济性要低于汽油车;(3)常规排放物比同型号的汽图42000r/min甲醛和甲醇排放随负荷变化曲线图油机低,CO降低45.36%,HC降低75.85;(4非常规排放从图中可以看出,发动机负荷为0、10%、25%、物甲醛和未燃甲醇均高于汽油机,经催化转换器后大55%、90%的各工况点,催化转换器对甲醛的净化率分部分消除。别为91.6%、80.4%、78.0%、76.9%和39.8%,随着负荷参考文献上升,对甲醛的净化率逐渐降低,特别是到高负荷[山西省醇汽办甲醇燃料汽车示范工程研究报告山西汽车200590%时,净化率明显下降。催化转换器对甲醇的净化(21榆次新天地发动机制造有限公司Ms5点燃式甲醇燃料轻型汽车的率非常高,接近100%研究开发山西汽车2005(2-3)43甲醇发动机催化反应器3]乔安平495M85甲醇发动机的研究小兵工学报20002甲醇发动机的催化反应器要根据其排放特点调4周龙保内燃机学M北京:机械工业出版社,9906整反应器的催化活性物质的组份,最终筛选出适当的(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中国煤化工 than gasoling'swhich could be reduced by exhaust catalysis converterCNMHG[Key words] Methanol fuel Methanol fuel automobile Road tesExhaust emission te