汽油機(jī)燃用中比例甲醇汽油的性能試驗(yàn)與分析

李少巖　李心月　韓寧

摘要：在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不作改動(dòng)的情況下，進(jìn)行燃用中比例甲醇汽油M30和M40與93#汽油的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比試驗(yàn)分析。其結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)在中低轉(zhuǎn)速條件下，燃用M30的動(dòng)力性與燃用93#汽油的動(dòng)力性幾乎相當(dāng)；而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速條件下，燃用M40的動(dòng)力性較燃用93#汽油的動(dòng)力性有所提高。在經(jīng)濟(jì)性方面，低轉(zhuǎn)速（2 000 r/min）下，93#汽油的油耗量及油耗率低于M30、M40；在中等轉(zhuǎn)速（3 000 r/min）下，且扭矩小于50N·m時(shí)，93#汽油經(jīng)濟(jì)性最好，扭矩大于50 N·m時(shí)，M30的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于93#汽油及M40甲醇汽油。

關(guān)鍵詞：甲醇汽油；93#汽油；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)：S 776.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-005X（2015）01-0132-03

Performance Test and Analysis of Gasoline Engine Based

on Burning Proportion of Methanol Gasoline

Li Shaoyan，Li Xinyue，Han Ning

（Traffic College，Northeast Forestry University，Harbin 150040）

Abstract：Without any changes of the engine structure，the power performance and economy of methanol gasoline of M30，M40 and 93 # gasoline were analyzed.The results showed that under the condition of low speed，the power performance of burning M30 and 93 # gasoline was almost equal，and under the condition of high speed，the power performance of burning M40 was better than burning 93 # gasoline.Besides，in the aspect of economy，under the condition of low speed of 2000r/min，fuel consumption and fuel consumption rate of 93 # gasoline were lower than M30 and M40，and under the condition of medium speed of 3000r/min and the torque less than 50N·m the economy of 93 # gasoline was the best and with the torque more than 50N·m the economy of M30 was better than M40 and 93 # gasoline.

Keywords： methanol gasoline；93 # gasoline；power performance；economy

收稿日期：2014-08-04

基金項(xiàng)目：黑龍江省交通運(yùn)輸廳重點(diǎn)科技項(xiàng)目（黑龍江省道路運(yùn)輸業(yè)節(jié)能減排評(píng)價(jià)方法研究）

第一作者簡(jiǎn)介：李少巖，碩士，工程師。研究方向：發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究。Email：shaoyan999@126.com

引文格式：李少巖，李心月，韓寧.汽油機(jī)燃用中比例甲醇汽油的性能試驗(yàn)與分析[J].森林工程，2015，31（1）：132-134.甲醇作為一種有機(jī)可燃物，可由天然氣、煤炭及多種有機(jī)物中獲得，來源豐富且可與汽油任意比例混合，近年來被廣泛應(yīng)用于汽車的替代燃料[1-4]。在E10乙醇汽油得到廣泛應(yīng)用的影響下，M5、M10、M15等低比例甲醇汽油已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題[5-7]，本文針對(duì)中比例甲醇汽油混合燃料M30和M40對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)[8-9]與數(shù)據(jù)分析。

1發(fā)動(dòng)機(jī)性能對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)信息見表1，發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)項(xiàng)目為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性試驗(yàn)和速度特性試驗(yàn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性試驗(yàn)中，試驗(yàn)臺(tái)信息見表2。試驗(yàn)用燃料分別為M30甲醇汽油、M40甲醇汽油和93#車用汽油，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分別設(shè)定為：1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 000、4 500和5 000 r/min。在相應(yīng)的轉(zhuǎn)速條件下采集發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率、扭矩、小時(shí)耗油量和燃油消耗率；在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min負(fù)荷特性試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷分別設(shè)定為10、20、30、40、50、60、70和80N·m，采集數(shù)據(jù)為燃油消耗率和燃油消耗量；在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min的負(fù)荷特性試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷分別設(shè)定為15、30、45、60、75、90和105N·m，進(jìn)行燃油消耗率和燃油消耗量的測(cè)定。

表1試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)

Tab.1 The experiment engine

型式總排量壓縮比直列、水冷、四缸、

電子控制燃油噴射1.510表2試驗(yàn)用儀器

Tab.2 The experiment instrument

序號(hào)名稱規(guī)格型號(hào)制造廠1

2

3 電渦流測(cè)功機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)

智能油耗儀CW160

FC2000

FC2210長(zhǎng)沙湘儀動(dòng)力

測(cè)試設(shè)備廠

2動(dòng)力性試驗(yàn)結(jié)果及分析

三種燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖1可見，M40甲醇汽油的轉(zhuǎn)矩比93#汽油轉(zhuǎn)矩增大4.5%，M30甲醇汽油的最大轉(zhuǎn)矩與93#汽油的最大轉(zhuǎn)矩相近。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于4 000 r/min時(shí)，M30和M40的轉(zhuǎn)矩高于93#汽油，隨著轉(zhuǎn)速的增加，三種燃料的轉(zhuǎn)矩差異減小，趨于相同。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于4 000 r/min時(shí)，M30和93#汽油的轉(zhuǎn)矩相近，隨著轉(zhuǎn)速增加，在達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩后相差很小，而M40的轉(zhuǎn)矩卻隨著轉(zhuǎn)速增加而繼續(xù)增加。

第1期李少巖等：汽油機(jī)燃用中比例甲醇汽油的性能試驗(yàn)與分析

森林工程第31卷

圖1發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷速度特性對(duì)比曲線

Fig.1 Contrast curve of speed characteristics

in the state of the engine full load

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于4 000 r/min時(shí)，M40的功率增加明顯，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到5 000 r/min時(shí)M40的功率比M30及90號(hào)汽油的功率升高4.6%。

原因分析：甲醇中氧原子約占50%，使甲醇汽油的氧含量升高，故而燃料燃燒的更加充分。同時(shí)，由于甲醇燃料本身具有碳?xì)浔刃〉奶攸c(diǎn)，在火花塞附近均布一定數(shù)量的甲醇燃料分子，可以形成比較穩(wěn)定的小火花源，顯著改善點(diǎn)火條件，滯燃期明顯縮短[10]。甲醇的火焰?zhèn)鞑ニ俣缺绕涂?，縮短了燃燒時(shí)間[11]，使發(fā)動(dòng)機(jī)定容燃燒部分增加，提高了燃燒熱效率。在電噴發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況下，以上因素綜合作用，基本抵消了甲醇熱值較低的弱點(diǎn)[12]，因此動(dòng)力性無明顯下降，甚至在高轉(zhuǎn)速下，甲醇汽油火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤爝@一優(yōu)勢(shì)更好地適應(yīng)了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒功的絕對(duì)時(shí)間短的特點(diǎn)，使得高速動(dòng)力性有所提高。M40的動(dòng)力性能上明顯滿足上述的原因分析，M30在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速是動(dòng)力性能和93#汽油相當(dāng)，是因?yàn)樵趧?dòng)力方面M30這一比例的混合燃料使甲醇本身的優(yōu)越性剛好抵消了甲醇熱值較低的弱點(diǎn)。

3經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)結(jié)果及分析

由于電噴汽油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)的電控單元按存儲(chǔ)于速度特性工況下的預(yù)設(shè)脈譜圖確定噴油量，所以燃油消耗量相差不大。由圖1可見，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于3 000 r/min時(shí)，M30和M40的油耗量幾乎相同，并都小于93#汽油的油耗量；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于3 000 r/min時(shí)，M30的油耗量增幅明顯，超過的M40的增幅；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過4 000 r/min時(shí)，M30的油耗量高于93#汽油。M40的油耗量始終低于93#汽油的油耗量。

圖2發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性對(duì)比分析（2 000 r/min）

Fig.2 Comparative analysis of the engine

load characteristics（2 000 r/min）

3種燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)（如圖2所示），轉(zhuǎn)矩小于65N·m時(shí)，M30和M40的燃油消耗量和消耗率都比93#汽油大。當(dāng)轉(zhuǎn)矩大于65N·m時(shí)93號(hào)汽油消耗量和消耗率開始大于M30和M40兩種甲醇汽油。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于60N·m時(shí)，93#汽油的油耗量大于M30甲醇汽油；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于90N·m時(shí)，93號(hào)汽油的油耗量大于M40甲醇汽油，M40的油耗量始終大于M30。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)（如圖3所示），轉(zhuǎn)矩小于50N·m時(shí)，93號(hào)汽油的燃油消耗量和消耗率均低于M30和M40。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大于50N·m時(shí)，隨著轉(zhuǎn)矩的增加，M30的油耗率比M40和93#汽油的油耗率有顯著降低。

對(duì)負(fù)荷特性曲線分析得出，低轉(zhuǎn)速下，93#汽油經(jīng)濟(jì)性好，中等轉(zhuǎn)速下M30經(jīng)濟(jì)性好。導(dǎo)致這種情況的原因是，部分負(fù)荷工況下為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)獲得適當(dāng)動(dòng)力性，電噴汽油機(jī)采用了閉環(huán)控制的方法來滿足這一目的。在較低轉(zhuǎn)速下，甲醇汽油的燃燒速度快的特性未能完全抵消熱值較低帶來的影響，必須增加供油量才能達(dá)到相應(yīng)的動(dòng)力，故油耗率有一定增加；在較高轉(zhuǎn)速下，甲醇汽油的燃燒速度快的特性得到了充分發(fā)揮，滿足了高轉(zhuǎn)速的要求，抵消了熱值較低的影響，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，故燃油消耗率有所降低。

圖3發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性對(duì)比曲線（3 000 r/min）

Fig.3 Comparative analysis of the engine

load characteristics（3 000 r/min）4結(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)使用不同比例的甲醇汽油混合燃料的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性分析如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在4 000 r/min以下時(shí)，M30和M40的動(dòng)力性與93#汽油相當(dāng)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于4 000 r/min時(shí)，M30與93#汽油動(dòng)力性能相當(dāng)，M40的動(dòng)力性增加。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低轉(zhuǎn)速（2 000 r/min）時(shí)93#汽油的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于M30和M40，M30略優(yōu)于M40；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于中等轉(zhuǎn)速（3 000 r/min）時(shí)，且轉(zhuǎn)矩小于50N·m時(shí)，93#汽油的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于M30和M40，當(dāng)轉(zhuǎn)矩大于50N·m時(shí)，M30的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于93#汽油和M40。

對(duì)中比例甲醇汽油的試驗(yàn)研究響應(yīng)了國(guó)家“十二五”規(guī)劃節(jié)能減排的號(hào)召，并為推廣使用甲醇汽油汽車提供了數(shù)據(jù)支持，其研究意義可觀。

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