本文中对安装了相同三效催化转化器的某型号
原稿收到日期为 2011 年 1 月 20 日，修改稿收到日期为 2011 年 2 月 19 日。
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汽车工程
2011 年（ 第 33 卷） 第 9 期
汽油发动 机 和 基 于 该 型 号 发 动 机 改 装 的 甲 醇 发 动 机，按照 GB14762—2008 规定的重型汽油机瞬态循 环进 行 排 放 试 验［10］，对 催 化 器 后 的 常 规 污 染 物 （ CO、THC、NOX ） 和 非 常 规 污 染 物 （ 甲 醛、乙 醛、甲 醇、乙醇以及 NH3 ） 进行了检测，对甲醇发动机和汽 油发动机的瞬态排放特性进行了全面的对比分析， 探明了甲醇发动机在排放方面相比于传统汽油机的 优缺点，以便为甲醇发动机的改进提供依据。
［Abstract］ An electronically-controlled multi-point injection gasoline engine is refitted into a methanol engine，and a study is conducted to compare the transient emission characteristics of two types of engine． Both conventional emissions （ CO、THC and NOx ） and unconventional emissions （ formaldehyde，aldehyde，methanol，ethanol and ammonia） of two types of engine after three-way catalytic convertor are measured respectively． The results show that，three conventional emissions of methanol engine are much lower than that of gasoline engine，whereas its formaldehyde and aldehyde emissions are higher than gasoline engine，and the use of three-way catalytic convertor results in high ammonia emission in both engines，in particular，the increase margin of the former is relatively higher．
的排放曲线。由图可见，甲醇发动机和汽油发动机 催 化器后的甲醇和乙醇排放都基本为0，原因如下：
图 5 瞬态循环试验 NOx 的比排放
3. 2 非常规排放 对甲醇发动机和汽油发动机各自 3 次瞬态试验
的结果取平均值，得到各种非常规污染物瞬态循环 试验的平均排放曲线。 3. 2. 1 醛类排放对比
图 6 和图 7 分别为瞬态循环试验时甲醛和乙醛 的排放曲线。由图可见： 从总体分布情况来看，甲醇 发动机的 甲 醛 和 乙 醛 排 放 水 平 都 要 高 于 汽 油 发 动 机，这是由于甲醇比汽油需要更大的蒸发热，在缸内
（ 1） 甲醇发动机在实现更高功率输出的情况 下，其瞬态试验的常规污染物 CO、THC 和 NOx 的排 放依然明显好于汽油发动机。
（ 2） 瞬态试验时，甲醇发动机非常规污染物甲 醛和乙醛排放量高于汽油发动机。
（ 3） 甲醇发动机和汽油发动机的甲醇和乙醇排 放量都基本为零，带有三效催化转化器的甲醇发动 机不存在未燃甲醇排放过高的问题。
图 8 瞬态循环试验甲醇排放曲线
图 6 瞬态循环试验甲醛排放曲线
图 9 瞬态循环试验乙醇排放曲线
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2011 年（ 第 33 卷） 第 9 期
醇类在催化器内氧化为 CO2 和水可以不经过醛类这 个阶段，而且这个阶段比经过醛类再氧化为 CO2 和 水进行的更彻底； 即使醇类先氧化为醛类，但是醛类 以自由基形式存在，其进一步氧化所需要的活化能 比稳态的醛类低［11］。可见，带有三效催化转化器的 甲醇发动机不存在未燃甲醇排放过高的问题。 3. 2. 3 NH3 排放对比
1 试验台架和仪器设备
1. 1 发动机试验台架 图 1 为发动机试验台架布置框图。为在汽油发
动机上燃用甲醇燃料，而又不降低发动机的动力性， 通过改进 燃 烧 室 结 构 提 高 了 原 汽 油 发 动 机 的 压 缩 比，并重新确定喷油策略。表 1 为改装的甲醇发动 机和原汽油发动机的相关技术参数。
3 试验结果分析
3. 1 常规排放对比 图 3、图 4 和图 5 分别为甲醇发动机和汽油发动
机 3 次瞬态循环试验时 CO、THC 和 NOx比排放对比 情况。由图可见： 两台发动机 3 次试验结果存在一 定波动，这是由于 3 次试验都对发动机的喷油策略 进行了适当的调整，以优化排放； 甲醇发动机 CO、
［摘要］ 将一台电控多点喷射式汽油发动机改造为燃用甲醇燃料的甲醇发动机，并对甲醇发动机与原汽油发 动机的瞬态排放特性进行了对比研究，分别检测了三效催化转化器后的常规污染物（ CO、THC、NOx ） 和非常规污染 物（ 甲醛、乙醛、甲醇、乙醇、氨） 的排放。结果表明，甲醇发动机 3 种常规污染物的排放都明显低于汽油发动机，但非 常规污染物甲醛和乙醛的排放高于汽油发动机； 装用三效催化转化器使二者的氨排放都增高，前者增高的幅度更大。
图 10 为瞬态循环试验时 NH3 的排放曲线。由 图可见，装有三效催化转化器的甲醇发动机和汽油 发动机大部分工况下 NH3 水平都较高： 一方面，这是 由于本试验进行的是瞬态循环，发动机工况的瞬态 变化可能导致进气和燃料混合变差，燃烧不完全，从 而给催化器带来缺氧环境，通常三效催化转化器缺 氧时，排 气 中 NOx 在 催 化 剂 的 作 用 下 会 转 化 为 NH3［8 － 9］； 另一方面，在高负荷时，为 了 满 足 转 矩 输 出的要求，发动机通常进入开环工作区域，此时混合 气加浓，空燃比减小，催化器缺氧，NOx 在催化剂的 作用下被还原为 NH3 。
（ 4） 装有三效催化转化器的甲醇发动机和汽油 发动机 NH3 排放量都很大，而且前者排放水平更高。
参考文献
［1］ 葛蕴珊，尤可为，等． 甲醇燃料汽车的排放特性研究［J］． 北京 理工大学学报，2008（ 4） ： 314 － 318．
［2］ 尉庆国，付海燕． 甲醇与汽油作内燃机燃料的比较［J］． 科技情 报开发与经济，2006（ 9） ： 171 － 172．
图 2 重型汽油机瞬态循环
图 1 发动机试验台架布置框图
表 1 试验发动机相关技术参数
项目 发动机型式 缸径 × 行程
压缩比 额定功率
转速
汽油发动机
甲醇发动机
直列 6 缸、自然吸气、水冷、电控多点喷射
101. 6mm × 114. 3mm
7. 4
10
115kW
120kW
3 000r·min － 1
1. 2 试验用燃油和催化器参数 试验用甲醇为燕山石化公司生产的高纯度工业
用甲醇，标称纯度为 99. 9% 。经检测，20℃ 时甲醇 密度为 0. 792g / cm3 ，低热值为 19. 9MJ / kg。试验用 汽油是市售的 93 #国Ⅳ标准油。经检测，20℃ 时汽 油密度为 0. 738g / cm3 ，低热值为 43. 5MJ / kg。甲醇 发动机和汽油发动机均采用了规格相同的三效催化 转化器。
当前，甲醇作为代用燃料的研究热点之一是其 排放特性。虽然国内还没有专门针对甲醇燃料制定
排放法规，但已有研究表明，甲醇发动机的常规排放 （ CO、THC、NOx ） 通常要低于汽油机［5 － 6］，但非常规 污染物未燃甲醇、甲醛、乙醇和乙醛等，其排放量通 常高于 汽 油 机，对 环 境 和 人 类 健 康 的 危 害 不 容 忽 视［7］。此外，为满足日趋严格的排放法规，点燃式发 动机通常安装了三效催化转化器，其对发动机常规 和非常规污染物都能起到减排作用，但在浓燃条件 下会导致 NH3 排放的增加［8］，大气中 NH3 浓度的增 加会导致河流中铵根离子的增多，从而带来水藻疯 长和鱼类死亡等危害［9］。因此，开展甲醇发动机醛 类、醇类和 NH3 等非常规排放的研究非常必要。
关键词： 甲醇发动机； 汽油发动机； 瞬态排放； 常规排放； 非常规排放
A Comparative Study on the Transient Emission Characteristics of Methanol Engine and Gasoline Engine
Yin Chao1 ，Gao Junhua2 ＆ Yao Mingfa1
1. 3 排放测试系统 采用 AVLi60 常规气体分析仪对排气中常规污
染物 CO、THC 和 NOx 进行检测，测量频率为 10Hz。 采用 Horiba FTIR 对非常规污染物甲醛、乙醛、甲醇、 乙醇以及 NH3 进行测量，测量频率为 1Hz。
2 试验方法
为考察试验结果的一致性，对甲醇发动机和汽 油发动机分别进行 3 次瞬态循环试验，对三效催化 转化器后的常规和非常规排放物进行采样分析。图 2 为重型汽油机瞬态循环［10］，该循环历时 1 830s，逐 秒变换工况。
图 3 瞬态循环试验 CO 的比排放
2011（ Vol． 33） No． 9
尹超，等： 甲醇发动机与汽油发动机瞬态排放特性的对比研究
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THC 和 NOx比排放都明显低于汽油发动机，这是由 于甲醇含氧量高，减少了尾气中 CO 和 THC 的排放， 同时甲醇的汽化潜热大，导致气缸内燃烧温度较低， 抑制了 NOx 的生成； 此外，催化转化器的存在也促进 了未燃碳氢化合物的进一步氧化。
燃烧过程中会有未燃甲醇残留，在缸内高温燃烧时 不适宜甲醛和乙醛的生成，当未燃甲醇进入排气系 统时，其在排气管中会氧化生成甲醛和乙醛； 但由于 催化器的存在，二者在整个试验过程中的排放水平 都控制在 4 × 10 － 6 以下。