车用M85甲醇汽油动力性和经济性实验研究

史本伟，王文璇，郭忠庆，邱坤

(长安大学汽车学院，陕西西安 710064)



车用M85甲醇汽油动力性和经济性实验研究

史本伟，王文璇，郭忠庆，邱坤

(长安大学汽车学院，陕西西安 710064)

采用发动机外特性实验研究M85甲醇汽油的动力性和经济性。实验结果表明：车用M85甲醇汽油最大输出功率比RON93号汽油高0.2%～3.3%；车用M85甲醇汽油实测燃油消耗率比RON93号汽油高出38%～62%，M85甲醇汽油与国标汽油的替代比约1.5∶1.0；经过等热值燃油消耗率转化以后，车用M85甲醇汽油等热值燃油消耗率比RON93号汽油低9%～24%。所以RON93号汽油改为M85甲醇汽油后，动力性和经济性都得到一定提升，满足使用要求。

M85甲醇汽油;经济性;动力性;实验

0　引言

我国内燃机2012年产量为7 700万台，已经成为世界排名第一的内燃机生产大国，随之带来的是油品消费的大幅增长。2012年我国共消耗商品油2.7亿吨，其中汽油7 738万吨，柴油16 717万吨，我国石油的对外依存度达到57%，已经远远超过了能源安全警戒线。此外，大量的汽柴油燃烧也带来了环境污染等问题。

根据我国缺油少气相对富煤的能源国情，利用煤、煤层气、焦炉气，特别是利用焦炉气和含硫量高的劣质煤生产甲醇，不仅使资源得到了有效利用，又减少了劣质煤对环境的污染。通过利用甲醇燃料代替汽柴油是有效解决目前我国能源紧张局面的方法。

面对这种情况，我国政府非常重视清洁、新型代替能源的发展。2009年11月1日GB/T23510-2009《车用甲醇燃料》、2009年12月1日GB/T23799-2009《车用甲醇汽油(M85)》标准开始实施；2010年国家标准化委员会下达了“车用甲醇汽油添加剂”、“甲醇含量的测试方法”两项国家标准编制的任务书；2012年12月，国家工信部在陕西、山西和上海实施甲醇燃料试点运行。

1　甲醇与汽油的理化性质对比分析

甲醇是国际公认的环保新燃料，是一种轻质、无色、透明、可燃、易挥发的液体。内燃机燃烧所用的汽柴油燃料属于烃类物质，而甲醇是烃基与羟基组成的化合物，从化学性质上看甲醇完全可以替代内燃机的汽柴油燃料。

甲醇和汽油在辛烷值、热值、空燃比、饱和蒸汽压、燃烧特性、蒸发特性等方面有很多相似之处，也存在差异。如表1所示：甲醇的化学式CH3OH，含碳量为37.5%，含氢量为12.5%，含氧量为50%，汽油是由C6—C12的烃类组成的混合物；甲醇的热值为19.6 MJ/kg，汽油的热值为43.5 MJ/kg，约为甲醇的二倍；甲醇的RON辛烷值为114，汽油的RON辛烷值约为89～98；甲醇的蒸发潜热为1.088 kJ/kg，汽油的蒸发潜热只有0.31～0.34 kJ/kg，仅为甲醇的1/3；甲醇的理论空燃比为6.4，而汽油理论空燃比是甲醇的两倍多，约为14.2～15.1。

表1　各燃料理化特性

由上可知：甲醇的含氧量较高，且空燃比仅为汽油的一半，所以甲醇完全燃烧时需要的空气较少，可使甲醇燃烧更加充分，热效率得到提高，也弥补了甲醇热值低所造成的部分损失；甲醇的热值为汽油热值的一半，在做相同的功时，燃料的消耗量会增加；甲醇的辛烷值比汽油辛烷值高，所以甲醇汽油的抗爆性较好，燃烧条件得到优化，也会使热效率得到提高。综上所述，当甲醇与汽油制成混合燃料时，具有良好的抗爆性和燃烧性，能保证发动机平稳运转。

2　实验

2.1实验条件

(1)环境状况：大气压力95.8 kPa，干球温度28 ℃，球温度25 ℃。

(2)试验燃料： M85甲醇汽油，燃料密度：0.79 kg/L； 93号汽油，燃料密度：0.74 kg/L。

(3)试验仪器设备见表2。

表2　试验仪器

2.2试验项目

对M85甲醇汽油与RON93号汽油分别进行发动机外特性实验。

3　动力性分析

发动机最大输出功率是指发动机在全负荷状态下，仅带维持运转所必需的附件时所输出的功率，又称总功率。实验通过分别测定RON93号汽油和M85甲醇汽油的发动机最大输出功率，来分析它们的动力性。

分别对RON93号汽油和M85甲醇汽油在发动机台架上进行外特性实验，实验条件为节气门全开，测试不同转速下发动机的最大输出功率，其结果如图1、图2所示。

分析图1、图2可知：使用M85甲醇汽油的发动机在各转速下的最大输出功率，比使用RON93号汽油所产生的最大输出功率略高；在发动机转速2 000～3 400 r/min下，使用M85甲醇汽油所产生的最大输出功率会比使用RON93号汽油高约1.5%～3.5%；发动机转速在1 800 r/min以下及3 800 r/min以上时，最大输出功率提高0.5%左右。所以，将使用RON93号汽油的发动机改为使用M85甲醇汽油，其动力性在各个转速下不但没有下降反而有一定的提高，满足使用要求。

特别需要指出的是：此实验是在发动机参数没有做任何改变下得到的实验数据，如果将其参数做一定的调整，使其更加适应甲醇燃料的工作条件，动力性的提高会更加明显。

甲醇的低热值仅约为汽油低热值的一半，将RON93号汽油改为M85甲醇汽油动力性没有下降反而有一定提高的原因是：甲醇的化学式CH3OH，其含氧量达到50%，甲醇混合燃料的自供氧能力使其燃烧更加充分，提高了热效率，一定程度上弥补了甲醇热值低的损失；另一方面，甲醇的辛烷值比汽油的高，所以使用甲醇混合燃料时抗爆性更好，会使燃料的热效率得到提高，动力性得到加强。

4　经济性分析

发动机每发出1 kW有效功率，在1 h内所消耗的燃油质量(以g为单位)称为燃油消耗率，用ge表示,单位为g/(kW·h)。此实验通过分别测定RON93号汽油和M85甲醇汽油的燃油消耗率，来分析它们的经济性。

分别对RON93号汽油和M85甲醇汽油在发动机台架上进行外特性实验，实验条件为节气门全开，测试出不同转速下发动机的燃油消耗率，其结果如图3、图4所示。

从图3、图4可以看出，使用M85甲醇汽油的发动机在各转速下的实测燃油消耗率，比使用RON93号汽油的燃油消耗率高；在1 800～2 600 r/min之间时，使用M85甲醇汽油比使用RON93号汽油实测燃油消耗率增加50%～62%；在3 000～4 200 r/min之间时，使用M85甲醇汽油比使用RON93号汽油实测燃油消耗率增加35%～50%。原因是甲醇的低热值约为汽油低热值的一半，所以要获得相同的功率必须提高供油量，实测燃油消耗率必然增加。

为了更加科学地比较M85甲醇汽油与RON93号汽油的经济性，使用等热值燃油消耗率。以实测燃油消耗率为基准，按照等热值原理，根据燃料的密度和低热值，将实测燃油消耗率转化为等热值燃油消耗率。

式中：BSe为M85甲醇汽油等热值燃油消耗率；

BSa为M85甲醇汽油实测燃油消耗率；

Hm为M85甲醇汽油低热值，取19.6 MJ/kg；

ρm为M85甲醇汽油的密度，取0.79 g/cm3；

Hg为RON93号汽油的低热值，取43.5 MJ/kg；

ρg为RON93号汽油的密度，取0.74 g/cm3。

经过计算转换后，M85甲醇汽油等热值燃油消耗如图5、图6所示。

从图5、图6可以看出：M85甲醇汽油在各个转速下的等热值燃油消耗率比RON93号汽油的燃油消耗率低；在1 800～2 600 r/min时等热值燃油消耗率低10%～15%；在3 000～4 200 r/min时等热值燃油消耗率低17%～23%。这是因为甲醇混合燃料的反应速率得到提高，火焰传播速度更快，另外，甲醇的含氧量更高，抗爆性更好，使燃烧更加完全，因此M85甲醇汽油的经济性更好。

特别需要指出的是，此实验是在发动机参数没有做任何改变下得到的实验数据，如果将其参数做一定的调整，使其更加适应甲醇燃料的工作条件，经济性的提高会更加明显。

5　结论

(1)车用M85甲醇汽油最大输出功率比RON93号汽油高0.2%～3.3%，所以汽油机改用M85甲醇汽油时满足动力性要求。

(2)车用M85甲醇汽油实测燃油消耗率比RON93号汽油高出38%～62%，M85甲醇汽油与国标汽油的替代比约1.5∶1.0。

(3)经过等热值燃油消耗率转化以后，车用M85甲醇汽油等热值燃油消耗率比RON93号汽油低9%～24%，所以M85甲醇汽油燃烧更加完全，经济性更好。

【1】刘生全.车用甲醇燃料应用技术[M].北京：人民交通出版社，2013.

【2】商红岩.车用M85甲醇汽油燃料的动力性和排放特性试验研究[J].中国石油大学学报，2014(3)：164-168.

【3】曾东建.汽油机燃用甲醇汽油的动力性、经济性及非常规排放物试验研究[J].小型内燃机与摩托车，2009(3)：50-53.

Experiment Study on Economy and Power of M85 Methanol Gasoline

SHI Benwei,WANG Wenxuan,GUO Zhongqing,QIU Kun

(Chang’an University, Xi’an Shaanxi 710064,China)

The power and economy performance of M85 methanol gasoline were studied by engine external characteristic test. The experimental results show that:when using M85 methanol gasoline instead of RON 93 gasoline，the maximum output power is increased by 0.2%～3.3%; the measured fuel consumption rate is increased by 38%～62%, which is 1.5∶1.0 in average; after the heating value fuel consumption rate conversion, M85 methanol heating value fuel consumption rate is 9%～24% lower than that of RON93 gasoline.So power and economy have been raised after using M85 methanol gasoline and the use requirement is satisfied.

M85 methanol gasoline; Economy; Power; Experiment

2015-03-21

史本伟(1991—)，男，硕士研究生，研究方向为载运工具运用工程。E-mail:292398546@qq.com。