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(jīng)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(xiàn)我國國民經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(xiàn)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(jù)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。
M15甲醇汽油。本試驗使用樣品為體積分數(shù)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(jīng)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。
使用的燃料載體為未經(jīng)改動發(fā)動機的一汽大眾捷達汽車 (具體參數(shù)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(shù)
表3 試驗所用儀器及型號
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。
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(shù)。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(shù),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(shù),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(jù)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(xiàn)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
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(jù)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(jīng)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
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(shù)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
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(jīng)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(jīng)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(xiàn)能源多樣化戰(zhàn)略轉移,提高我國煤炭整體利用率。
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