不同摻混比例甲醇汽油車的經濟性試驗研究

2019-05-24 14:21:16 無線互聯科技2019年2期

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宋金環

摘 要:試驗車輛分別燃用汽油、M5、M15、M85和M100五種燃料,在120 km/h等速行駛工況下,進行燃料消耗量試驗。結果表明,與燃用汽油相比,汽車燃用M100甲醇燃料的等熱值燃料消耗量最低,M15稍低,M5略低,而M85最高。隨著汽油中摻入甲醇量的增加,燃料費用反而降低,燃用M100甲醇燃料費用最低。

關鍵詞:甲醇汽油;甲醇燃料;經濟性;燃料消耗量

甲醇作為汽車、發動機的替代燃料,在性能上具有一定優勢,但是不同摻混比例的甲醇汽油混合燃料具有不同的燃燒特性,在汽車、發動機不同的工作條件下,性能表現也不同[1]。本文分別使用汽油、M5、M15、M85和M100五種燃料,在汽車120 km/h等速行駛的條件下,進行燃料消耗量試驗。同時,通過與汽油等熱值的轉化和燃料使用費用的計算,對5種不同比例甲醇汽油燃料的經濟性進行對比分析。

1 試驗對象與試驗方案

1.1 試驗用燃料

試驗用汽油為93#標準汽油,試驗用甲醇滿足標準《車用燃料甲醇》GBT 23510-2009,試驗用M5甲醇汽油燃料由5%甲醇和95%標準汽油調合而成(注:甲醇和汽油根據體積比調配,下同),M15甲醇汽油燃料由15%甲醇、3%SJ-1型添加劑和82%標準汽油調合而成,M85甲醇汽油燃料由83%甲醇、15%標準汽油和2%SJ-2型添加劑調和而成,M100甲醇燃料由標準甲醇和0.03%SJ-3型添加劑調和而成[2-3]。

1.2 試驗車輛

試驗用車輛為甲醇/汽油兩用燃料汽車,具有甲醇和汽油兩套獨立的燃料供給系統,可以分別單獨使用任意一種燃料。試驗樣車為4×2前輪驅動,長寬高分別為4 435 mm、1 710 mm和1 430 mm,整車整備質量1 130 kg,總質量1 510 kg,最高車速160 km/h。發動機為直列、四缸、水冷、電子控制多點噴射,1.5 L排量,最大功率為75 kW。

1.3 試驗方案

在試驗樣車的汽油系統上,分別使用汽油、M5和M15三種燃料,開展120 km/h等速行駛工況下的燃料消耗量試驗;在試驗樣車的甲醇系統上,分別使用M85和M100兩種燃料,開展120 km/h等速行駛工況下的燃料消耗量試驗。最后從等熱值燃料消耗量和燃料使用費用兩方面評價5種燃料的經濟性。

2 試驗結果與分析

2.1 實測燃料消耗對比

試驗樣車在120 km/h等速行駛條件下,分別燃用汽油、M5、M15、M85和M100五種燃料的實測百公里燃料消耗量如圖1所示。隨著甲醇含量的增加,實測燃料消耗量也隨之升高。試驗樣車燃用M100甲醇燃料的百公里燃料消耗量最高,是燃用汽油的2.09倍;燃用M85燃料的消耗量次之,較燃用汽油提高約85.21%;燃用M15燃料的消耗量較汽油提高約4.93%,燃用M5燃料較汽油提高約2.82%。

2.2 等熱值燃料消耗對比

甲醇為低熱值燃料,低位熱值約為19.6 MJ/kg,而汽油的低位熱值約為42.75 MJ/kg,2.2個單位的甲醇與1個單位的汽油貢獻等值熱量。試驗車輛在燃用含有甲醇的燃料以及M100全甲醇燃料時,實際的燃料消耗必然高于燃用汽油燃料。因此,本文從與汽油等熱值的角度比較5種燃料的百公里燃料消耗量?;?20 km/h等速行駛條件下,汽油,M5,M15,M85和M100 5種燃料的實測百公里燃料消耗量,根據5種燃料中甲醇和汽油的體積配比關系,通過計算轉化為與汽油等熱值燃料消耗量,對比結果如圖2所示。

由于甲醇自含氧、汽化潛熱高的特性,可以使混合氣燃燒更加充分,一定程度使得燃料的能量消耗率降低,經濟性提高[4]。圖2的結果也表明,試驗樣車燃用M100甲醇燃料的百公里等熱值燃料消耗量最低,較燃用汽油降低5.09%。燃用M15甲醇汽油燃料的百公里等熱值燃料消耗量較燃用汽油降低2.51%,分析認為,除M15混合燃料中小部分含氧甲醇的影響外,同時也與汽油噴油器流量限制,無法進一步加大噴油量,一定程度的稀燃有關。燃用M5甲醇汽油燃料較汽油百公里等熱值燃料消耗量略低,約0.21%。而燃用M85甲醇汽油燃料較燃用的百公里等熱值燃料消耗量略高約0.35%;同時,燃用M85燃料與燃用M100甲醇燃料比較,等熱值燃料消耗量提高約5.73%,主要原因是M85燃料中甲醇含量高達83%,而甲醇的汽化潛熱大,最終壓縮溫度和燃燒溫度降低[4],不利于占據混合燃料15%的汽油燃燒的燃燒,因而導致M85燃料熱效率表現略低于汽油,遠低于M100甲醇燃料,從而燃料消耗量較高的現象。

2.3 百公里燃料使用費用對比

本文同時從燃料使用費用的角度,評價汽油、M5、M15、M85和M100五種燃料的經濟性。計算依據為甲醇價格2 800元/t,汽油價格9 247元/t。在120 km/h等速行駛條件下,5種燃料的百公里燃料使用費用計算結果如圖3所示。

隨著燃用燃料中甲醇含量的升高,試驗車輛的百公里燃料費用相應降低。其中,燃用M100甲醇燃料的百公里燃料費用最低,較燃用汽油低36.77%;燃用M85甲醇汽油燃料的百公里燃料費用次之,較燃用汽油低23.27%;燃用M15甲醇汽油燃料的百公里燃料費用稍低于汽油,較燃用汽油低4.59%;燃用M5甲醇汽油燃料的百公里燃料費用略低于汽油,較燃用汽油低1.05%。由此可見,使用含有甲醇的甲醇汽油燃料或全甲醇M100燃料,消費者來講,燃料費用低于汽油車。

3 結語

(1)甲醇具有低熱值特性,隨著汽油中甲醇摻入量的增加,實測燃料消耗量也隨之升高。試驗車輛燃用M100甲醇的實測燃料消耗量最高,燃用M85甲醇汽油的實測燃料消耗量次之。

(2)從等熱值燃料消耗的角度考量,M5和M85甲醇汽油燃料消耗量略高于汽油,燃料熱效率與汽油相當,而M15燃料較汽油有一定優勢,M100甲醇燃料的等熱值燃料消耗量最低,側面說明其熱效率最高。

(3)因為甲醇價格較汽油便宜,隨著汽油中摻入甲醇量的增加,燃料費用呈下降趨勢,燃用M100甲醇燃料的費用最低。

(4)總體來看,試驗車輛燃用M100甲醇的等熱值燃料消耗量和燃料費用均最低,經濟性優勢最為突出。

[參考文獻]

[1]竇晨元,倪計民,計維斌,等.基于經濟性和排放性的靈活燃料汽車匹配研究[J].車用發動機,2009(1):41-45.

[2]全國汽車標準化技術委員會.GB/T 12544-1990《汽車最高車速試驗方法》[S/OL].北京:中國標準出版社,1990[2019-01-04].http://www.csres.com/detail/51684.html.

[3]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 12545.1-2008《汽車燃料消耗量試驗方法第1部分:乘用車燃料消耗量試驗方法》[S/OL].北京:中國標準出版社,2008[2019-01-04].http://www.csres.com/detail/197277.html.

[4]李紅松,吳剛,張勇.甲醇-汽油混合燃料電噴汽油機性能的試驗研究[J].小型內燃機與摩托車,2007(6):71-74.

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