汽油机燃用中比例甲醇汽油的性能试验与分析

应用于汽车的替代燃料[1-4]。在E10乙醇汽油得到广泛应用的影响下，M5、M10、M15等低比例甲醇汽油已成为国内外研究的热点问题[5-7]，本文针对中比例甲醇汽油混合燃料M30和M40对发动机动力性和经济性的影响进行发动机台架试验[8-9]与数据分析。

1发动机性能对比试验

试验用发动机信息见表1，发动机性能试验项目为发动机负荷特性试验和速度特性试验。在发动机速度特性试验中，试验台信息见表2。试验用燃料分别为M30甲醇汽油、M40甲醇汽油和93#车用汽油，发动机转速分别设定为：1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000、4 500和5 000 r/min。在相应的转速条件下采集发动机的输出功率、扭矩、小时耗油量和燃油消耗率；在发动机转速为2 000 r/min负荷特性试验中，发动机的负荷分别设定为10、20、30、40、50、60、70和80N·m，采集数据为燃油消耗率和燃油消耗量；在发动机转速为3 000 r/min的负荷特性试验中，发动机的负荷分别设定为15、30、45、60、75、90和105N·m，进行燃油消耗率和燃油消耗量的测定。

表1试验用发动机

Tab.1 The experiment engine

型式总排量压缩比直列、水冷、四缸、

电子控制燃油喷射1.510表2试验用仪器

Tab.2 The experiment instrument

序号名称规格型号制造厂1

2

3 电涡流测功机

发动机自动测控系统

智能油耗仪CW160

FC2000

FC2210长沙湘仪动力

测试设备厂

2动力性试验结果及分析

三种燃料的发动机速度特性对比试验结果如图1所示。图1可见，M40甲醇汽油的转矩比93#汽油转矩增大4.5%，M30甲醇汽油的最大转矩与93#汽油的最大转矩相近。发动机转速小于4 000 r/min时，M30和M40的转矩高于93#汽油，随着转速的增加，三种燃料的转矩差异减小，趋于相同。在发动机转速大于4 000 r/min时，M30和93#汽油的转矩相近，随着转速增加，在达到最大转矩后相差很小，而M40的转矩却随着转速增加而继续增加。

第1期李少岩等：汽油机燃用中比例甲醇汽油的性能试验与分析

森林工程第31卷

图1发动机全负荷速度特性对比曲线

Fig.1 Contrast curve of speed characteristics

in the state of the engine full load

当发动机转速大于4 000 r/min时，M40的功率增加明显，当发动机转速达到5 000 r/min时M40的功率比M30及90号汽油的功率升高4.6%。

原因分析：甲醇中氧原子约占50%，使甲醇汽油的氧含量升高，故而燃料燃烧的更加充分。同时，由于甲醇燃料本身具有碳氢比小的特点，在火花塞附近均布一定数量的甲醇燃料分子，可以形成比较稳定的小火花源，显著改善点火条件，滞燃期明显缩短[10]。甲醇的火焰传播速度比汽油快，缩短了燃烧时间[11]，使发动机定容燃烧部分增加，提高了燃烧热效率。在电喷发动机全负荷工况下，以上因素综合作用，基本抵消了甲醇热值较低的弱点[12]，因此动力性无明显下降，甚至在高转速下，甲醇汽油火焰传播速度快这一优势更好地适应了发动机燃烧功的绝对时间短的特点，使得高速动力性有所提高。M40的动力性能上明显满足上述的原因分析，M30在发动机高转速是动力性能和93#汽油相当，是因为在动力方面M30这一比例的混合燃料使甲醇本身的优越性刚好抵消了甲醇热值较低的弱点。

3经济性试验结果及分析

由于电喷汽油机的燃油喷射系统的电控单元按存储于速度特性工况下的预设脉谱图确定喷油量，所以燃油消耗量相差不大。由图1可见，当发动机转速小于3 000 r/min时，M30和M40的油耗量几乎相同，并都小于93#汽油的油耗量；当发动机转速大于3 000 r/min时，M30的油耗量增幅明显，超过的M40的增幅；当发动机的转速超过4 000 r/min时，M30的油耗量高于93#汽油。M40的油耗量始终低于93#汽油的油耗量。

图2发动机负荷特性对比分析（2 000 r/min）

Fig.2 Comparative analysis of the engine

load characteristics（2 000 r/min）

3种燃料的发动机负荷特性对比试验结果如图2和图3所示。当发动机转速为2 000 r/min时（如图2所示），转矩小于65N·m时，M30和M40的燃油消耗量和消耗率都比93#汽油大。当转矩大于65N·m时93号汽油消耗量和消耗率开始大于M30和M40两种甲醇汽油。当发动机转矩大于60N·m时，93#汽油的油耗量大于M30甲醇汽油；当发动机转矩大于90N·m时，93号汽油的油耗量大于M40甲醇汽油，M40的油耗量始终大于M30。当发动机转速为3 000 r/min时（如图3所示），转矩小于50N·m时，93号汽油的燃油消耗量和消耗率均低于M30和M40。当发动机转矩大于50N·m时，随着转矩的增加，M30的油耗率比M40和93#汽油的油耗率有显著降低。

对负荷特性曲线分析得出，低转速下，93#汽油经济性好，中等转速下M30经济性好。导致这种情况的原因是，部分负荷工况下为了保证发动机获得适当动力性，电喷汽油机采用了闭环控制的方法来满足这一目的。在较低转速下，甲醇汽油的燃烧速度快的特性未能完全抵消热值较低带来的影响，必须增加供油量才能达到相应的动力，故油耗率有一定增加；在较高转速下，甲醇汽油的燃烧速度快的特性得到了充分发挥，满足了高转速的要求，抵消了热值较低的影响，增加了发动机的动力性，故燃油消耗率有所降低。

图3发动机负荷特性对比曲线（3 000 r/min）

Fig.3 Comparative analysis of the engine

load characteristics（3 000 r/min）4结论

发动机性能试验结果表明，对使用不同比例的甲醇汽油混合燃料的动力性及经济性分析如下：

发动机转速在4 000 r/min以下时，M30和M40的动力性与93#汽油相当；当发动机的转速大于4 000 r/min时，M30与93#汽油动力性能相当，M40的动力性增加。

当发动机处于低转速（2 000 r/min）时93#汽油的经济性优于M30和M40，M30略优于M40；当发动机处于中等转速（3 000 r/min）时，且转矩小于50N·m时，93#汽油的经济性优于M30和M40，当转矩大于50N·m时，M30的经济性优于93#汽油和M40。

对中比例甲醇汽油的试验研究响应了国家“十二五”规划节能减排的号召，并为推广使用甲醇汽油汽车提供了数据支持，其研究意义可观。

【参考文献】

[1]王芸志.车用甲醇汽油的理化性研究[D].西安：长安大学，2006.

[2]郑宗明，余平.大力推广甲醇汽油是促进低碳经济发展的战略举措[J].能源与环境，2010，（4）：22-24.

[3]Qi D，Liu S.Properties，performance and emissions of methanolgasoline blends in a spark ignition engine.[A].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D Journal of Automobile Engineering[C]，2005；219（3）：405-412.

[4]李文乐.甲醇汽油在国内外应用情况及分析[J].化工进展，2010，29（3）：457-464.

[5]冯星，王铁，王大书，等.低比例甲醇汽油对电喷汽油机排放影响的实验研究[J].内燃机，2010，（3）：45-48.

[6]高昱，王铁，刘道东，等.不同比例甲醇汽油对整车性能影响的试验研究[J].小型内燃机与摩托车，2011，40（1）：72-74.

[7]王真.不同比例甲醇汽油发动机的燃烧与排放特性试验研究[D].北京：清华大学，2010.

[8]张辉.甲醇汽油燃烧过程及排放特性的研究[D].长春：吉林大学，2006.

[9]Hu T，Wei Y，Liu S，et al.Improvement of sparkignition （SI）engine combustion and emission during cold start，fueled with methanol gasoline blends[J].Energy Fuels，2007，21（1）：171-175.

[10]王伟林，陈志红.车用甲醇汽油（M30）的制备和应用[J].中国石油和化工，2010（10）：51-52.

[11]黄海波，林开云，曾东建.甲醇汽油火焰传播速度模拟分析研究[C].中国吉林长春：中国汽车工程学会代用燃料汽车分会，2004：174-178.

[12]薛丽丽，刘琼琼，李冬会，等.甲醇汽油热值研究[J].内燃机，2011（5）：33-36.

[责任编辑：肖生苓]

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