M30甲醇汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架的性能測試研究

李梁　馬成功　張凡

摘 要：本文采用M30甲醇汽油與在售的京標(biāo)92#、95#汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行外特性試驗(yàn)和負(fù)荷特性試驗(yàn)，對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放特性分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在未對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)作任何改動(dòng)前提下，M30甲醇汽油較92#、95#汽油動(dòng)力性均有2%-4%的提高，在經(jīng)濟(jì)性上，燃油消耗率比92#、95#汽油提高15%；在排放方面，M30甲醇汽油在測試的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷區(qū)域的常規(guī)污染物排放量均有所減低。

關(guān)鍵詞：M30甲醇汽油 動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性 排放

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，我國汽車的保有量也在不斷增加，而汽車尾氣排放對(duì)大氣的污染越來越嚴(yán)重；同時(shí)由于石油是不可再生能源，汽車保有量的增加也加劇了能源的危機(jī)。因此，為了緩解環(huán)境和能源的壓力，開發(fā)、推廣清潔型的替代能源迫在眉睫[1]。

甲醇汽油作為替代石油燃料的優(yōu)勢燃料，具有辛烷值高、抗爆性好、動(dòng)力性強(qiáng)、含氧量高、排放效果好等特點(diǎn)。甲醇的理化特性較接近汽油，在發(fā)動(dòng)機(jī)不作改動(dòng)的條件下， 可以低比例與汽油摻燒。但由于甲醇具有較高的汽化潛熱和較低的蒸汽壓，會(huì)存在混合氣形成速度緩慢及啟動(dòng)等困難，因此，較少在汽油機(jī)上單獨(dú)使用。而甲醇與汽油低比例（5%～30%）混合燃料，燃燒性能良好、高效清潔環(huán)保、商用技術(shù)成熟、效益良好、易于推廣[2][3]。然而，前期對(duì)于M30甲醇汽油的研究重點(diǎn)主要是在解決M30低溫分層、高溫氣阻、腐蝕性等甲醇汽油添加劑的問題，對(duì)于其動(dòng)力性、排放性能的研究較少[4]。

本文通過對(duì)M30甲醇汽油和在售

92#、95#汽油在國內(nèi)某款帶增壓的缸內(nèi)直噴2.0T汽油機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能等進(jìn)行對(duì)比分析，為甲醇汽油這一清潔型燃料的可行性提供一定的參考依據(jù)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)方法

選用國內(nèi)某款2.0TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行凈功率和負(fù)荷特性檢驗(yàn)，對(duì)外特性下性能和油耗，負(fù)荷特性下排放和油耗結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。整個(gè)試驗(yàn)過程中未對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行任何更改，同時(shí)未加任何后處理裝置測量原始排放。

2.2 試驗(yàn)測試系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)

試驗(yàn)選用AVL測試系統(tǒng)，測試系統(tǒng)基本參數(shù)見表1。

選用國內(nèi)某款2.0T缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)見表2。

2.3 試驗(yàn)用油情況

本次試驗(yàn)采用在售的京標(biāo)92#、95#汽油和M30甲醇汽油三種油品。M30甲醇汽油是通過在92#標(biāo)準(zhǔn)汽油中按質(zhì)量比（甲醇30%，92#汽油70%）加入含添加劑的甲醇進(jìn)行調(diào)和而成，油品參數(shù)如表3所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 外特性結(jié)果對(duì)比

在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上首先進(jìn)行外特性試驗(yàn)，提取外特性下發(fā)動(dòng)機(jī)的最大缸壓、功率、扭矩及燃油消耗率，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖1和圖2所示。

由圖1和圖2可見，相比于比92#、95#汽油M30的動(dòng)力性有所提高，比油耗也隨之增大，對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下：

（1）從圖2可見，M30在外特性下多數(shù)轉(zhuǎn)速的最大缸壓對(duì)比得出高于92#、95#汽油，因此在功率方面，M30比92#高1.9-5.8%，；比95#高1.3-5.2%，在扭矩上，M30比92#高2.3-7.5%，比95#高0.7-4.8%，2000r/min以上均在2%以內(nèi)，這是因?yàn)镸30汽油餾程溫度相對(duì)較低，因此，M30汽油可以有效提升缸內(nèi)可燃混合氣數(shù)量，導(dǎo)致的動(dòng)力性有所提高，同時(shí)對(duì)M30進(jìn)行油品分析，其辛烷值（RON）大于100，抗爆性指數(shù)大于98，整個(gè)試驗(yàn)過程中未出現(xiàn)爆震現(xiàn)象。

（2）從圖1中的燃油消耗率值對(duì)比可以看出：M30比92#高10.1-16.9%，比95#高8.4-15.4%，M30的油耗偏高，但92#和95#油的燃油消耗率差別不大。

綜合分析三種油品外特性數(shù)據(jù)可以看出：M30汽油的動(dòng)力性有所提高、燃燒性較好、油耗偏高。

3.2 負(fù)荷特性對(duì)比結(jié)果

負(fù)荷特性采用平均有效壓力（BMEP）作為基準(zhǔn)，對(duì)三種汽油在1500-4000r/min下的不同的BMEP進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3-7所示。

以上五組圖是對(duì)三種汽油在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行的負(fù)荷特性試驗(yàn)，對(duì)其油耗和排放進(jìn)行對(duì)比分析：

（1）從油耗看，在同轉(zhuǎn)速部分負(fù)荷下，M30的燃油消耗率比92#高12.3-19.4%，比95#高12.5-18.5%，而92#和95#汽油的燃油消耗率幾乎相同，因此可以得出M30的油耗偏高；

（2）從常規(guī)排放物測量結(jié)果來看，因?yàn)镸30汽油的氧含量較高、燃燒性能較好，M30的CO的排放量相對(duì)于92#、95#汽油在高負(fù)荷時(shí)偏低在20%左右，而在中、低負(fù)荷基本一樣。M30的NOx排放量在中、低負(fù)荷時(shí)基本較之92#和95#偏低，下降在5%-10%范圍內(nèi)，但在高負(fù)荷時(shí)偏高，因?yàn)樵谥小⒌拓?fù)荷時(shí)M30汽油熱值較低，導(dǎo)致燃燒溫度偏低，但在高負(fù)荷時(shí)混合氣加濃，燃燒溫度得到提升，缸內(nèi)溫度較高，由于M3O中的氧含量偏高，因此造成其在高負(fù)荷時(shí)NOx偏高，約高出其他兩類燃油10-20%。由于在常規(guī)駕駛時(shí)高負(fù)荷區(qū)域停滯時(shí)間短，因此M30汽油的NOx排放偏低[5]。M30的HC排放在低轉(zhuǎn)速時(shí)略低于92#和95#汽油，而在4000r/min時(shí)基本一致。綜合分析可以得出M30甲醇汽油的排放量有所降低。因此，M30甲醇汽油能在一定程度上減低常規(guī)污染物的排放。

4 結(jié)論

通過對(duì)M30甲醇汽油、92#汽油、95#汽油進(jìn)行外特性試驗(yàn)和負(fù)荷特性試驗(yàn)，對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）M30甲醇汽油在動(dòng)力性上較之92#、95#汽油有所提高，高出2%-4%。

（2）M30甲醇汽油的燃油消耗率比92#、95#汽油油高出15%左右。

（3）通過對(duì)三種油品的常規(guī)排放物結(jié)果分析，M30甲醇汽油較之92#、95#汽油的CO排放量在中、低負(fù)荷基本一樣，在高負(fù)荷減低20%以內(nèi)。M30在中、低負(fù)荷時(shí)NOx較之偏低5%-10%。M30的HC排放量降低了20%左右。

參考文獻(xiàn)：

[1]于樹峰.我國車用甲醇燃料的市場開發(fā)與應(yīng)用前景[J].化學(xué)工業(yè)，2009（2）：11-15.

[2]張軍山.M30甲醇汽油的車用性能測試研究［J］.山東化工，2014，43（6）：103-105.

[3]任繼文，吳建全，李建新等.發(fā)展我國車用甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)踐與思考[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2003，145（3）： 1-5.

[4]郭莘.中國汽油質(zhì)量升級(jí)現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議［J］.石油商技2013，（3）：4-11.

[5]周龍保．內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2005．