M15甲醇汽油对发动机排放的影响

第30卷第3期2009年6月

内 燃 机 工 程

Chinese Internal Combustion Eng ine Eng ineering

Vo l.30No.3

Jun.2009

收稿日期:2008-05-28

作者简介:陈伟芳(1973-),男,工程师,主要研究方向为发动机试验,E -mail:chenweifang@s 。

文章编号:1000-0925(2009)03-0027-03

300046

M15甲醇汽油对发动机排放的影响

陈伟芳

(上海汽车集团股份有限公司技术中心,上海201804)

Effect of M15Methanol Gasoline on Engine Emissions

CHEN We-i fang

(Technolog y Center of SAIC M otor Corpo ration Lim ited,Shang hai 201804,China)

Abstract:Using the test platform of AFJ gasoline engine and Santana 3000vehicle produced by Shanghai

Volksw agen Factory,the emission characteristics of engine and vehicle were investigated w hen the eng ine was fuelled with M15methanol gasoline.Test results show that the M15methanol gasoline can remarkably reduce regulated e -missions such as H C and CO.Furthermore,different formulas of M15methanol gasoline also have a slightly differ -ence effect on emission.How ever,M15methanol gasoline will increase the aging degree of exhaust catalyst system.

摘要:以上海大众汽车厂生产的AFJ 型汽油机和桑塔纳3000型轿车为试验平台,通过发动机台架试验和整车道路耐久试验,研究了使用M15甲醇汽油燃料对发动机和整车排放特性的影响。试验结果表明:M15甲醇汽油可显著降低H C 、CO 排放量,而且不同配方的M15甲醇汽油对

排放的影响也略有差异;M15甲醇汽油会加剧尾气三元催化系统的老化程度。关键词:内燃机;发动机;汽车;甲醇汽油;排放

Key words:IC eng ine;engine;vehicle;methanol gasoline;emission

中图分类号:T K 464

文献标识码:A

0 概述

甲醇以天然气、煤炭和多种有机物作为原料制取,因而来源广泛。近年来,随着植物制取甲醇技术的发展,甲醇成为可再生能源之一。甲醇在标准状态下是无色澄清液体,有刺激性气味,可溶于水,也可混溶于醇、醚等多种有机溶剂。作为燃料使用具有辛烷值高、抗爆性好、含氧量高等特点,是良好的汽车替代燃料。甲醇的理化特性比较接近汽油(表1),可以作为点燃式发动机的替代燃料。由于甲醇分子中含有50%的氧,从理论上而言使燃烧更充分,具有比汽油更低的有害排放,但是甲醇燃料燃烧后会产生甲醛、乙醛等非常规有害排放物,特别是甲醛排放对人体危害较大,这也是甲醇燃料必须解决的重要问题。此外,甲醇或甲醇汽油的燃烧产物中含有未燃甲醇和甲酸,对尾气三元催化系统产生一

定的影响。本文研究立足于使用范围最广的M 15甲醇汽油,通过对比发动机台架试验和整车道路耐久试验过程中的常规排放物变化,系统分析M15甲醇汽油对发动机和整车排放的影响。

表1 几种车用燃料的理化特性

汽油

甲醇M 15甲醇汽油

化学组成C 5~C 14

CH 3OH )分子量)32)C/(质量)%84.937.577.79H /(质量)%15.112.514.71O/(质量)%050.07.5液态比重(20e )

/(kg #L -1)0.74~0.79

0.795)低热值/(M J #k g -1)42.5

19.7)沸点/e

20~26064.5)蒸发潜热/(kJ #k g -1

)

3141110435研究法辛烷值70~105106~108106理论空燃比

14.8

6.45

13.6

内 燃 机 工 程2009年第3期

1 试验方法

试验用M15甲醇汽油,经上海市石油化工产品质量监督检验站检验,符合山西省地方标准(DB14/T92)2002)的要求。试验采用上海大众汽车厂生产的AFJ 型四冲程、直列4缸、强制水冷火花点燃式发动机,其主要技术参数见表2。试验样车是上海大众汽车厂桑塔纳3000型轿车。发动机台架试验在上海内燃机研究所进行,整车道路耐久试验在上海大众汽车厂进行。整车道路试验过程中每间隔一定行驶里程进行整车排放检测。排放测试设备为ECDM -48L -2WD 转鼓试验台和M EXA -7500DEGR 排气分析系统。

表2 AFJ 型1.8L 汽油机主要参数

项目

参数缸径@行程/mm 86@82压缩比915排量/L 11781标定功率/kW 74(5200r/min)最大扭矩/(N #m)

155(3800r/m in)

试验发动机带空气滤清器、散热器、汽车排气连接管、消声器、三元催化器尾管。排气温度、K 仪的测点在排气总管法兰后、三元催化器前。试验中发动机进气恒温控制在(25?1)e 范围。发动机试验按照GB/T 18297)20015汽车发动机性能试验方法6进行,整车试验按照上海大众汽车厂的SWP 试验规范进行。

2 试验结果与分析

2.1 不同掺烧比例的甲醇汽油对发动机排放的影响图1为4种燃料在发动机外特性上的排放情况。由图1可看出,在90#汽油中掺混不同比例的甲醇,对排放的影响是明显不同的。相对汽油而言,几种燃料都能够降低CO 排放,其中M5的效果最好;M 15在降低H C 排放方面效果最好;除M 10的NO x 排放比较高以外,其他2种燃料的N O x 排放基本与汽油相当。这主要是由于甲醇是短链的含氧燃料,更易于燃烧完全,而且部分甲醇高温裂解生成CO 2和H 2,在一定程度上改善了燃烧室内的燃烧状况,减少了CO 、H C 和NO x 的生成。在转速高于5000r/min 时,发动机的热负荷增加,排气温度升高,NO x 排放增加。M 10在该区域产生的NO x 排放明显区别于M5和M 15大幅度升高。这是因为M 5

的空燃比略低于汽油,相对于汽油呈现一定的富氧

状态,造成NO x 排放相对汽油增加;M15虽然更加强化了这种趋势,但是由于甲醇含量的增加,燃料的汽化潜热也增加,在一定程度上降低了可燃混合气

的温度,改变了燃烧室内的高温、富氧状况,在另一方面抑制了NO x 的生成;而甲醇含量介于两者之间的M 10,强化高温、富氧的趋势明显,造成NO x 排放相对较高。基于上述情况,采用M15甲醇汽油较佳。

图1 3种甲醇汽油相对汽油的排放对比

2.2 不同配方M15甲醇汽油对发动机排放的影响图2为3种不同配方M 15甲醇汽油的相对排放对比。由图2可见,这3种甲醇汽油都能有效降低H C 、CO 和NO x 排放,从数据趋势综合评估可知,M 15-1#燃料的综合效果较好。这是由于几种配方中的添加剂种类和数量差异造成的,甲醇汽油中通常为解决分层问题而添加了低碳醇类物质,为抑制甲醇对金属件的腐蚀添加少量的腐蚀抑制剂,这两类物质均对发动机的常规排放产生一定的影响。通常低碳醇类物质含量越高,产生的H C 就越多,对发动机的润滑损害也越严重。因此,配制甲醇汽油时,在满足助溶要求的前提下,应尽量减小添加剂的比例。

图2 3种M 15甲醇汽油相对排放对比

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