天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任姚春德

“2019中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達(dá))國(guó)際論壇”于2019年8月30日～9月1日在天津?yàn)I海新區(qū)隆重舉行。本屆論壇的主題為“全面深化改革開放發(fā)展壯大新動(dòng)能”。會(huì)上天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任姚春德發(fā)表演講。

內(nèi)容如下：

非常感謝泰達(dá)論壇給我們這樣一個(gè)交流的機(jī)會(huì)，剛剛方總已經(jīng)給大家做介紹了，甲醇在近年來得到了比較重要的關(guān)注，特別是2012年工信部開展了甲醇汽車試點(diǎn)之后，甲醇已經(jīng)作為在部分地方推廣應(yīng)用的替代燃料。

今天我想跟在座的各位專家匯報(bào)一下我們?cè)谶@方面做的事。剛剛方總說了，能源問題非常大，不知道在座有沒有關(guān)注過一個(gè)問題，5月27日前中石化的老總傅成玉說了一個(gè)非常重要的事，中國(guó)有可能會(huì)面臨石油停供的危險(xiǎn)。

依據(jù)是什么呢?一是伊朗的事，二是俄羅斯的油里面混了很多的氯化物，對(duì)輸油管的腐蝕非常大，對(duì)煉油的裝備腐蝕性也很大。面臨這樣的問題，中國(guó)有可能會(huì)面臨石油停供的危險(xiǎn)，我們現(xiàn)在70%多的油是從國(guó)外買的，壓力非常大。我們這次的主題是節(jié)能減排，這是我們天津之眼，現(xiàn)在是秋天，這些年經(jīng)過治理我們的空氣質(zhì)量得到了非常大的改觀，可我們還是需要來改進(jìn)我們的工作，主要的工作就是下面的這些車輛，包括柴油車、軍車、貨運(yùn)車、船、軍事機(jī)械。

我們現(xiàn)在的車不都是電動(dòng)化了嗎?全部是電動(dòng)化的，還要關(guān)注內(nèi)燃機(jī)車嗎?國(guó)家考慮大概要保留一定比例的內(nèi)燃機(jī)車，保證萬一我們的電網(wǎng)出了故障內(nèi)燃機(jī)車是可以頂上去的。回顧2018年的時(shí)候冰災(zāi)和2016年的時(shí)候廈門臺(tái)風(fēng)造成了高鐵線停運(yùn)，停運(yùn)的高鐵車全部是內(nèi)燃機(jī)車拖出來的，所以國(guó)家需要有這方面的保障。

壓燃式的發(fā)動(dòng)機(jī)1898年發(fā)明了出來，氮氧化物和顆粒物的排放是非常難兼顧的事，原因很簡(jiǎn)單，柴油噴到空氣里面著火和燃燒，必然會(huì)有過濃的區(qū)間和過稀的區(qū)域，會(huì)有控制的難題。玉柴在未來商用車方面采用的措施，歸納在這里，超高噴射壓力250Mpa，采用柴油機(jī)用可變氣門，在缸內(nèi)做的。

機(jī)外有一大堆的技術(shù)，包括SCR系統(tǒng)，HCCI，高壓和低壓的排放，車用工況非常復(fù)雜，林博士剛剛也說了，雖然測(cè)試國(guó)六的排放標(biāo)準(zhǔn)只是一個(gè)非常小的關(guān)注區(qū)域，實(shí)際上我們?cè)跇?biāo)定的時(shí)候需要考慮到各種工況，非常復(fù)雜的工況成本就會(huì)增加很多。

面臨著非常復(fù)雜的挑戰(zhàn)，違規(guī)是大家非常熟悉的，在淘寶上抨擊過的節(jié)油利器SCR，違規(guī)使用的停用SCR裝置。根據(jù)環(huán)保部門的檢測(cè)，國(guó)六發(fā)動(dòng)機(jī)如果不噴尿素的話氮氧化物超過40倍，如果帶EGR氮氧化物就超過13倍。

我們能否找到一種新的辦法呢?我們認(rèn)為應(yīng)該從燃料方面出發(fā)，就像一個(gè)人一樣，一個(gè)人的身體健康如何，除了鍛煉之外很重要的一方面就是飲食健康，我們認(rèn)為柴油是造成今天柴油機(jī)控制里面困難的最主要的問題，因?yàn)槭怯?0-22個(gè)碳組成的，如果甲醇的話就不同了，只有1個(gè)碳組成的，淡藍(lán)色的火焰在日光下是看不到蹤影的。

甲醇對(duì)于我們來說是一個(gè)非常巨大的化工產(chǎn)品，產(chǎn)能在2018年的時(shí)候達(dá)到9千萬噸，產(chǎn)量接近7千萬噸，有非常大的產(chǎn)量富裕，作為燃料我們?cè)?018年作為汽油的整個(gè)消耗量是2.21億噸左右。

甲醇作為燃料，甲醇是不是安全的?很多人會(huì)想到，我們?cè)?jīng)發(fā)生過有人誤飲甲醇造成了對(duì)生命的威脅，如果我們把甲醇作為燃料看待的話，就像我們正常的對(duì)待汽油和柴油，就是很安全的，因?yàn)槠秃筒裼?，誰也不會(huì)拿柴油當(dāng)做植物油炒菜用，因?yàn)槲覀兩钊腱`魂地知道柴油是不能吃的。

1991年的時(shí)候美國(guó)能源部做過一個(gè)比較，低濃度的甲醇毒性要比汽油柴油低，高濃度的時(shí)候人處在這樣的環(huán)境中與汽油的毒性差不多。甲醇的蒸汽壓0.037，大約只有汽油的雷達(dá)蒸汽壓一半左右，柴油也是一樣的情況。壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用帶來了一些問題，歸納為三個(gè)難點(diǎn)，甲醇和柴油不互溶，十六焥值非常低，一般是在46以上，甲醇只有3。蒸汽壓很低，很容易蒸發(fā)就飽和了，存在一定的腐蝕性，對(duì)某些橡膠和金屬是有一定的腐蝕性。

直接把甲醇用在壓燃機(jī)上是不可能的，我們作為國(guó)家重點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn)室做了一些機(jī)理的研究，包括著火機(jī)理，通過同步測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)，當(dāng)活性的柴油噴到甲醇混合劑里面，兩個(gè)燃料怎么作用、怎么燃燒，我們做了這方面深入的研究，得到了一系列的結(jié)論，包括著火現(xiàn)象、包括火焰，發(fā)現(xiàn)甲醇的混合劑對(duì)柴油有一定的遲滯作用，比噴到空氣中的柴油難著火，這邊是非常亮，那邊不亮，不亮的原因是因?yàn)椴蝗菀字?，不容易著火促成了柴油以均值的混合劑的形式出現(xiàn)在汽缸里面。追求高效的燃燒方式均值壓燃，把碳煙減輕下來了。

我們闡明了著火的機(jī)理，反映了著火的途徑，已經(jīng)在公開的文獻(xiàn)進(jìn)行發(fā)表了。同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上做了大量的研究，純柴油和雙燃料(柴油和甲醇)，紅色的是甲醇和柴油一起燃燒，黑色的是純柴油，雙燃料燃燒時(shí)間晚，爆發(fā)壓力比較高。熱效率得到一定的改善，大概提升了2%。

為了把這樣一個(gè)燃燒的方式運(yùn)用到車上去，檢查一下實(shí)際的運(yùn)行效果，在卡車上得到了應(yīng)用，在道路實(shí)踐上不到1.5L的甲醇可以換得1L的柴油，柴油的熱值是42.5，甲醇的熱值是19.7，即46%的熱值是甲醇和柴油之間的比較。對(duì)于直接替換的部分來說，效率大概提升了30%以上。

我們做了非常多的這方面學(xué)術(shù)上的工作，為了把它實(shí)用，提出了柴油和甲醇的組合燃燒技術(shù)，為什么提出這樣一種東西呢?因?yàn)椴裼头浅Ｈ菀讍?dòng)，而甲醇不好啟動(dòng)，直接把它壓燃，無法壓燃。所以就用柴油來先把發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)起來，等到發(fā)動(dòng)機(jī)全熱了之后即暖車之后，再向柴油里面噴入甲醇形成混合劑，組合燃燒，因?yàn)槭莾煞N不同的模式燃燒起來的。英文是DMCC。

這種燃燒方式最大的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)地精準(zhǔn)匹配柴油和甲醇兩種燃料的燃燒，完全智能化的。使用甲醇和柴油的智能化的燃燒，可以不用尿素達(dá)到國(guó)際化的智能排放，不用SCR就可以解決的難題。

這是基礎(chǔ)的一些開發(fā)，按道理說這些工作不應(yīng)該是我們教授來做，應(yīng)該是企業(yè)來做，但是甲醇在初期的應(yīng)用中還是有很多的企業(yè)對(duì)它并不認(rèn)知，所以由我們先來做這方面的工作，可以把它做起來。已經(jīng)在12個(gè)省2個(gè)市得到了應(yīng)用，最遠(yuǎn)東邊達(dá)到了黑龍江省佳木斯的同江市，西邊是新疆阿克蘇，北邊是到內(nèi)蒙古自治區(qū)的錫林郭勒，最南邊有云南已經(jīng)在運(yùn)用。

在礦山、機(jī)車、輪船上都得到了一定程度的應(yīng)用，來緩解目前顆粒物排放遇到的一些問題。

2013年我們和重汽合作當(dāng)時(shí)可以達(dá)到國(guó)四的車，2018年斯堪尼亞提出來的雙燃料的車，我剛剛得到消息，5月28日比利時(shí)搞了一個(gè)雙燃料的車，在船用機(jī)的方面報(bào)告跟我們一樣，二氧化氮的排放量會(huì)增加，傳統(tǒng)的柴油機(jī)是90%-95%是一氧化碳，而柴油和甲醇在一起燃燒之后的結(jié)果是跟我們一樣，我們的工作開始于2012年，我們的模式得到了他們的認(rèn)可。

這是我們?cè)诖瑱C(jī)上的應(yīng)用情況，發(fā)動(dòng)機(jī)不需要做很大的改動(dòng)，只需要在進(jìn)氣系統(tǒng)方面加入了甲醇噴射系統(tǒng)，這是我們開發(fā)的滿足雙燃料的燃燒方式。

工信部在2012年開展了甲醇汽車的試點(diǎn)[42號(hào)文]，2013年國(guó)辦頒發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)節(jié)能減排的意見》，工信部等八部委今年下發(fā)的文件推動(dòng)甲醇汽車的發(fā)展。

這是今年4月份我們到美國(guó)和美國(guó)能源部、環(huán)保部跟他們探討交流甲醇作為一種燃料運(yùn)用到重型車的情況，那位女士是美國(guó)能源部的，旁邊的這位男士是美國(guó)環(huán)保部的，這是美國(guó)的一個(gè)最大的甲醇生產(chǎn)商希望能跟我們合作相關(guān)的工作。

謝謝大家!