天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室副主任姚春德

“2019中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達)國際論壇”于2019年8月30日～9月1日在天津濱海新區(qū)隆重舉行。本屆論壇的主題為“全面深化改革開放發(fā)展壯大新動能”。會上天津大學(xué)內(nèi)燃機燃燒學(xué)國家重點實驗室副主任姚春德發(fā)表演講。

內(nèi)容如下：

非常感謝泰達論壇給我們這樣一個交流的機會，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一下我們在這方面做的事。剛剛方總說了，能源問題非常大，不知道在座有沒有關(guān)注過一個問題，5月27日前中石化的老總傅成玉說了一個非常重要的事，中國有可能會面臨石油停供的危險。

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，對輸油管的腐蝕非常大，對煉油的裝備腐蝕性也很大。面臨這樣的問題，中國有可能會面臨石油停供的危險，我們現(xiàn)在70%多的油是從國外買的，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、貨運車、船、軍事機械。

我們現(xiàn)在的車不都是電動化了嗎?全部是電動化的，還要關(guān)注內(nèi)燃機車嗎?國家考慮大概要保留一定比例的內(nèi)燃機車，保證萬一我們的電網(wǎng)出了故障內(nèi)燃機車是可以頂上去的?；仡?018年的時候冰災(zāi)和2016年的時候廈門臺風(fēng)造成了高鐵線停運，停運的高鐵車全部是內(nèi)燃機車拖出來的，所以國家需要有這方面的保障。

壓燃式的發(fā)動機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，原因很簡單，柴油噴到空氣里面著火和燃燒，必然會有過濃的區(qū)間和過稀的區(qū)域，會有控制的難題。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，采用柴油機用可變氣門，在缸內(nèi)做的。

機外有一大堆的技術(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，雖然測試國六的排放標(biāo)準(zhǔn)只是一個非常小的關(guān)注區(qū)域，實際上我們在標(biāo)定的時候需要考慮到各種工況，非常復(fù)雜的工況成本就會增加很多。

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，國六發(fā)動機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)，就像一個人一樣，一個人的身體健康如何，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控制里面困難的最主要的問題，因為是由10-22個碳組成的，如果甲醇的話就不同了，只有1個碳組成的，淡藍色的火焰在日光下是看不到蹤影的。

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

甲醇作為燃料，甲醇是不是安全的?很多人會想到，我們曾經(jīng)發(fā)生過有人誤飲甲醇造成了對生命的威脅，如果我們把甲醇作為燃料看待的話，就像我們正常的對待汽油和柴油，就是很安全的，因為汽油和柴油，誰也不會拿柴油當(dāng)做植物油炒菜用，因為我們深入靈魂地知道柴油是不能吃的。

1991年的時候美國能源部做過一個比較，低濃度的甲醇毒性要比汽油柴油低，高濃度的時候人處在這樣的環(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蒸汽壓一半左右，柴油也是一樣的情況。壓燃式發(fā)動機的應(yīng)用帶來了一些問題，歸納為三個難點，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上是不可能的，我們作為國家重點研究實驗室做了一些機理的研究，包括著火機理，通過同步測試實驗臺檢測，當(dāng)活性的柴油噴到甲醇混合劑里面，兩個燃料怎么作用、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，不亮的原因是因為不容易著火，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理，反映了著火的途徑，已經(jīng)在公開的文獻進行發(fā)表了。同時在發(fā)動機臺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%。

為了把這樣一個燃燒的方式運用到車上去，檢查一下實際的運行效果，在卡車上得到了應(yīng)用，在道路實踐上不到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?因為柴油非常容易啟動，而甲醇不好啟動，直接把它壓燃，無法壓燃。所以就用柴油來先把發(fā)動機啟動起來，等到發(fā)動機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，因為是兩種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是動態(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，可以不用尿素達到國際化的智能排放，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個省2個市得到了應(yīng)用，最遠東邊達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)在運用。

在礦山、機車、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)時可以達到國四的車，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日比利時搞了一個雙燃料的車，在船用機的方面報告跟我們一樣，二氧化氮的排放量會增加，傳統(tǒng)的柴油機是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。

這是我們在船機上的應(yīng)用情況，發(fā)動機不需要做很大的改動，只需要在進氣系統(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[42號文]，2013年國辦頒發(fā)的《關(guān)于加強內(nèi)燃機工業(yè)節(jié)能減排的意見》，工信部等八部委今年下發(fā)的文件推動甲醇汽車的發(fā)展。

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

謝謝大家!