M15甲醇汽油對整車性能的影響

杜慶慶，白 爍，劉清珺，楊 寅，陳 婷，鄧 奕

（北京市科學器材公司，北京100010）

進入2000年以來，我國經濟快速發(fā)展，石油需求量逐年遞增，每年需要大量進口石油彌補石油需求缺口。2011年我國石油進口依賴度達到了55.2%，超過了原油依賴度50%警戒線，石油安全形勢異常嚴峻。為了實現我國國民經濟長期可持續(xù)發(fā)展，石油替代就顯得極為重要［1］。研究表明，醇類燃料能夠很好地滿足發(fā)動機燃燒和排放要求，是一種新型的潛在替代燃料。而甲醇汽油由于含氧量高，燃燒充分、辛烷值高，抗爆性好，越來越受到研究人員的重視。

目前，國內對于甲醇汽油的性能研究主要集中在對發(fā)動機性能測試方面。劉瓊瓊等［2］進行了M15甲醇汽油在4G15S汽油機上的動力性、經濟性等試驗研究，實驗表明M15甲醇汽油的尾氣排放中CO、HC、NOx明顯降低；李曉粉等［3］在HH465Q－1E上進行了多種低比例甲醇汽油的發(fā)動機性能測試，研究結果顯示低比例的甲醇汽油其動力性能有所增強；司利增等［4］在汽油機上對中低比例（M50、M25）甲醇汽油與93＃汽油進行了研究，結果顯示中低比例的甲醇汽油動力性能與93＃汽油相當，并且尾氣排放中CO、HC、NOx明顯降低；魏衍舉等［5］針對非常規(guī)排放項目在汽油機上對甲醇汽油進行了排放性能的研究；張仲榮等［6］在火花點火式發(fā)動機上研究了高比例甲醇汽油的非常規(guī)排放；胡玉斌等［7］也研究了低比例M15甲醇汽油在臺架上的動力、經濟和排放應用試驗；曾東建等［8］在電控燃油噴射汽油機和化油器式汽油機上對M15甲醇汽油的非常規(guī)排放進行了試驗對比；譚建偉等［9］針對醛酮指標進行了甲醇燃料車的醛酮類污染物排放特性研究；祁東輝等［10］探討了甲醇和甲醛的排放特性和生成機理。但是對甲醇汽油，其在整車道路上的相關應用研究工作卻開展較少。同時研究也表明，摻入5%～15%甲醇的低比例甲醇含量的甲醇汽油M5－M15可以在現有汽油發(fā)動機不作改動的情況下使用，摻入85%～100%甲醇的較高比例甲醇含量的甲醇汽油M85－M100則需要在專用甲醇發(fā)動機上使用［11］。因此本文主要根據低比例M15甲醇汽油良好的動力性和排放性能，針對M15甲醇汽油進行整車道路試驗研究，考察M15甲醇汽油對整車性能的影響。

1 試驗方法與儀器

1.1 試驗樣品

M15甲醇汽油。本試驗使用樣品為體積分數為15%的甲醇汽油，其中含有2%的二甲醚和1%的添加劑；在室溫下，按一定順序添加，經過混合攪拌，靜置24 h后得到的甲醇汽油樣品，具體樣品規(guī)格信息如表1所示。

表1 樣品規(guī)格信息

市售93＃汽油 （京標92＃汽油）。所用汽油與配置M15甲醇汽油中的汽油為同批次。

1.2 試驗設備

使用的燃料載體為未經改動發(fā)動機的一汽大眾捷達汽車 （具體參數見表2），使用測試儀器如表3。

表2 一汽大眾捷達汽車主要參數

表3 試驗所用儀器及型號

1.3 試驗方法

試驗方法完全遵照GB／T 12544—1990《汽車最高車速試驗方法》、GB／T 12539—1990《汽車爬陡坡試驗方法》、GB／T 12543—2009《汽車加速性能試驗方法》、GB／T 14951—2007《汽車節(jié)油技術評定方法》，進行相應項目道路試驗。

2 試驗結果

2.1 燃用M15甲醇汽油對整車動力性影響

對于汽車的整車動力性主要從最高車速、最大爬坡度和加速性能3個指標進行考察，將M15甲醇汽油與93＃汽油進行性能對比。

2.1.1 最高車速

汽車的最高車速是發(fā)動機輸出的最大功率與汽車所受阻力功平衡的結果，是反應汽車動力性的重要參數。通常在無風條件下，在水平良好的瀝青或水泥路面上測試汽車所能達到的最大行駛速度。本次試驗車的最高車速結果如表4所示，使用M15甲醇汽油和93＃汽油的最高車速相差在2%以內，最高車速沒有明顯變化。

表4 最高車速試驗結果

2.1.2 最大爬坡度

汽車的最大爬坡度是汽車動力性能中爬坡能力的主要表征參數，是指汽車滿載時在良好路面上用第一檔克服的最大坡度。本次試驗車的最大爬坡度如表5所示，使用M15甲醇汽油后，汽車的最大爬坡度和使用93＃汽油時一致。

表5 最大爬坡度試驗結果

2.1.3 加速性能

加速性能包括直接檔 （次高檔）全油門加速和起步連續(xù)換擋加速試驗，其中起步連續(xù)換擋加速試驗是真實反映汽車動力性能最重要的參數，直接檔 （次高檔）全油門加速則能夠反應在行進過程中的超車加速能力。試驗結果如表6所示。加速性能曲線如圖1、圖2所示。加速性能試驗結果表明：在直接檔和起步連續(xù)換擋加速試驗中，使用M15甲醇汽油時加速性能都要優(yōu)于使用93＃汽油時的加速性能。而油品50%餾出溫度與加速性能有密切關系，根據餾程特性研究表明，M15甲醇汽油的50%餾出溫度比普通汽油要低，因而常溫下更加容易發(fā)生汽化蒸發(fā)，促使油氣混合更為均勻，燃燒更加充分，燃燒釋放熱量較大，發(fā)動機預熱到正常工作所用的時間更短，變速更容易，反應更靈敏［12］，尤其在0～100 km／h起步連續(xù)換擋加速試驗中，使用M15甲醇汽油后整車的加速時間比使用93＃汽油時縮短了接近0.9 s，體現出使用M15甲醇汽油時整車加速性能更優(yōu)異。

表6 加速性能試驗結果

圖1 0～100 km／h起步加速曲線

2.2 燃用M15甲醇汽油對整車燃油經濟性影響

試驗車最高檔 （Ⅴ檔）等速燃料消耗量對比試驗測試結果如表7。根據測試結果，參照GB／T 14951—2007《汽車節(jié)油技術評定方法》進行綜合評價，在3種運行模式下的綜合節(jié)油率如表8。測試結果表明，在等速燃料消耗量試驗中，使用M15甲醇汽油比93＃汽油時百公里油耗略有上升。這是由于甲醇的熱值只有汽油熱值的45%，在汽油中摻入甲醇后形成的甲醇汽油的熱值會比相應的汽油熱值低，因此會造成行駛相同距離時，使用M15甲醇汽油的車輛比使用汽油的車輛耗油量略有上升。測試結果與周華，張道文關于M15甲醇汽油燃油經濟性結果一致［12］。

圖2 60～100 km／h加速曲線

表7 等速燃料消耗量對比試驗測試結果

表8 綜合節(jié)油率

2.3 怠速排放污染物

試驗車使用M15甲醇汽油和93＃汽油的怠速條件下污染物排放如表9所示。在2500 r／min高怠速條件下，由于甲醇分子中富含氧原子，且甲醇分子中碳原子數較少，燃燒更加充分，因此使用M15甲醇汽油時試驗車的CO、HC排放都大大降低。

表9 怠速排放污染物試驗結果

3 結 論

本文對使用93＃汽油和M15甲醇汽油的實車進行了整車動力性、經濟性和排放特性的對比分析，得到如下結論。

（1）在整車動力性方面，甲醇的加入并未造成動力性能的明顯降低，僅在最高車速指標上略低于使用93＃汽油時的最高車速；使用兩種燃料的車輛爬坡性能一致；而在加速性能試驗中，使用M15甲醇汽油時，汽車的加速性能更優(yōu)，尤其在起步連續(xù)換擋實驗中，使用M15甲醇汽油時優(yōu)勢明顯，比使用93＃汽油時節(jié)約時間近0.9 s。

（2）在整車經濟性方面，由于甲醇本身的熱值只有汽油的45%，造成甲醇汽油的熱值低于汽油熱值，因此在等速燃料消耗量對比試驗中，使用甲醇汽油時油耗略有上升。

（3）在整車排放性能方面，甲醇分子豐富的氧含量，使M15甲醇汽油的燃燒更加充分，因而在高怠速條件下CO、HC的排放量明顯降低，環(huán)保性能優(yōu)異。

低比例的M15甲醇汽油整車性能優(yōu)異，可以不用改動發(fā)動機而直接使用，能夠大幅降低使用成本，減輕碳氫等污染物排放，有利于保護環(huán)境。同時我國是一個富煤貧油的國家，煤制甲醇技術先進，發(fā)展煤制甲醇替代燃料能夠實現能源多樣化戰(zhàn)略轉移，提高我國煤炭整體利用率。

［1］ 周龍保.內燃機學 ［M］.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2005.

［2］劉瓊瓊，薛麗麗，谷占勛，等.M15甲醇汽油在4G15S汽油機上的試驗研究［J］.內燃機，2011（1）：44－48.

［3］ 李小粉，王鐵，王大書，等.低比例的甲醇汽油在HH465Q－1E上的應用研究［J］.小型內燃機與摩托，2010，39（1）：60－63.

［4］ 司利增，劉生全，馬志義，等.電控汽油機燃用中低比例甲醇汽油的試驗研究［J］.小型內燃機與摩托，2007，36（4）：40－43.

［5］ 魏衍舉，劉圣華，劉方杰，等.甲醇汽油發(fā)動機醇醛排放特性及其影響因素研究［J］.西安交通大學學報，2011，45（1）：1－4.

［6］ 張仲榮，范國梁，宋崇林，等.火花點火式電控甲醇發(fā)動機非常規(guī)污染物的排放特性［J］.燃燒科學與技術，2006，12（1）：86－89.

［7］ 胡玉斌，王明清.燃用甲醇汽油的發(fā)動機性能及排放特性研究［J］.廣州化工，2011，39（3）：103－105.

［8］ 曾東建，黃海波，姚英，等.汽油機燃用甲醇汽油的動力性、經濟性及非常規(guī)排放物試驗研究 ［J］.小型內燃機與摩托車，2009，38（3）：50－53.

［9］ 譚建偉，葛蘊珊，王軍方，等.甲醇燃料車醛酮類污染物排放特性研究［J］.環(huán)境科學，2009，30（8）：2199－2203.

［10］ 祁東輝，劉圣華，李暉，呂勝春.電噴汽油機燃用甲醇－汽油混合燃料的性能［J］.交通運輸工程學報，2006，6（2）：43－46.

［11］ 石磊.煤制甲醇清潔汽車燃料發(fā)展前景淺析 ［J］.機械管理開發(fā)，2003（8）：33－34.

［12］ 周華，張道文.M15甲醇汽油汽車性能試驗研究 ［J］.西華大學學報：自然科學版，2010，29（4）：64－67.