甲醇汽油甲醛排放及其对润滑油性能影响试验研究(一)

学术论文 2018-07-30 15:52:20
   0前言
   近年来我国汽车产业快速发展,2013年,汽车产销量均达到2200万辆,连续四年位于全球第一,机动车保有量达到2.5亿辆,这必然会导致汽车石油消耗量持续增大,加剧我国的石油资源短缺。与此同时,汽车保有量的持续增长使得汽车尾气排放造成的城市环境污染也越来越严重,因此开发和研究合适的新型清洁石油替代能源是缓解石油资源短缺、改善大气污染的有效手段。
   “富煤、贫油、少气”是我国目前的能源现状,煤炭资源丰富以及煤炭产业升级转型的政策导向为新型清洁石油替代能源的发展提供了基础和方向,将煤炭转化为甲醇,大力发展甲醇燃料,符合我国的能源资源现状,是解决我国石油资源短缺的重要途径。甲醇与汽油具有相似的理化性质,在汽车上使用低比例的甲醇汽油时不需要对发动机结构进行任何改动与调整,只有大比例掺烧甲醇时,需对发动机的供油控制系统进行改动,使用较为方便。但是汽车燃用甲醇燃料也存在非常规污染物甲醛排放以及对金属的腐蚀和橡胶的溶胀等问题,制约着甲醇汽油的推广。
   目前,国内外学者对甲醇汽油的排放以及腐蚀性进行了较多的研究,但是很少有对车辆长期燃用甲醇汽油后的甲醛排放和腐蚀性进行研究。本文对两辆燃用M15甲醇汽油的车辆进行长达8万公里的试验运行,运行期间定期测量车辆的甲醛排放,同时更换93#汽油进行对比试验,并且定期对车辆的润滑油进行更换,对更换润滑油的三个主要劣化指标粘度、酸度和水分进行试验,以评价M15甲醇汽油对发动机润滑油的影响。
   1试验装置和方法
   本试验选择市场上较为普遍的两款排量分别为1.6L朗逸和2.0T帕萨特的汽油车进行试验运行,试验车辆道路运行8万公里,其中:前1万公里运行时车辆燃料为93号汽油,完成试验车辆的磨合;从第一万公里开始,车辆燃用M15甲醇汽油运行,运行里程为7万公里,运行期间分别对车辆的甲醛排放和润滑油性能进行试验。
   1.1甲醛排放试验方法
   目前,国标中没有对汽车尾气中甲醛排放测试方法进行规定,只能以现有的《公共场所空气中甲醛测定方法》标准作为参考。国内外学者对汽车尾气中甲醛排放测试中应用较多的测试方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、酚试剂分光光度法等,色谱法存在仪器设备昂贵、使用成本高以及对试验操作人员要求也较高等缺点,因此本次试点中甲醛排放测试采用基于酚试剂分光光度法的快速甲醛测试仪,同时基于自行开发的尾气采样系统对两辆试验车辆的甲醛排放进行测量。道路运行中,车辆行驶里程数分别达到1万、4万和8万公里时,分别测试车辆燃烧93#汽油和M15甲醇汽油的甲醛排放。
   本试验中利用甲醛可以与水任意互溶的特性来收集汽车尾气中的甲醛,图1为汽车甲醛排放测试仪的系统原理图,汽车尾气通过采样泵进入到采样系统中进行冷却,再通过水分离器除去尾气中的水蒸汽,而后通过流量计进入到混合器中与一定流量的大气混合,然后通入甲醛吸收装置得到反应溶液,最后通过甲醇分析仪可以读出试验结果。测试仪器采用快速甲醛测试仪,仪器的甲醛浓度测量范围为0-1.00mg/m3,仪器的测量精度为0.01mg/m3。
   1.2润滑油性能检测试验方法
   发动机燃烧甲醇汽油时会对润滑油产生影响,而润滑油的三个主要性能劣化指标分别是运动粘度、酸度和水分,因此需要对更换的润滑油的三个主要指标进行检测。运行中车辆燃料为M15甲醇汽油,发动机润滑油型号为5W-40,未使用时其理化指标如表1所示,每隔5000公里对车辆进行检查和维护,保证其良好的行驶性能,同时更换润滑油、机油滤芯、汽油滤芯等,对更换后的润滑油进行取样,分析其理化指标。
   2甲醛排放结果分析
   由图中可以看出可知,在怠速(900r/min)以及高怠速(2500r/min)工况下,试验车辆上使用的M15甲醇汽油和使用93#汽油相比,甲醛排放量高于93号汽油的排放量。这是由于车辆燃烧甲醇汽油时,燃料中的甲醇不完全燃烧会产生甲醛排放;同时甲醛作为一种燃烧的中间产物普遍存在于碳氢化合物燃烧过程中,因此在车辆燃烧93号汽油时排气中也有甲醛的存在。并且怠速工况下甲醛排放高于高怠速工况,这是由于高怠速工况下缸内温度较高,高温不利于甲醛的生成,在较高温度下,HC和甲醛可能完全氧化生成CO2和H2O。

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