郭昌伦;金先扬;宋金环
【摘 要】Principle of carbon balance method is introduced briefly in the article, and mathematical model of methanol consumption is obtained based on this method. According to calculation of consumption of methanol and that of gasoline with equivalent carbon emission, it is known that the equivalence ratio between methanol and gasoline is 2.17. Since carbon emission during burning of methanol for methanol vehicle is lower than burning of gasoline, the ratio of methanol consumption and gasoline consumption of the same M100 methanol-powered vehicle is lower than 2.17, which means that the substitution ratio is less than and close to the equivalence ratio. It is concluded from vehicle test that the substitution ratio of methanol and gasoline for M100 methanol-powered vehicle is 1.9~2.0, 1.95 is preferably.%简述了碳平衡法原理,并给出了根据碳平衡法得到的甲醇燃料消耗量数学模型.根据甲醇燃料消耗量与相同碳排放的汽油燃料消耗量的计算,得出甲醇与汽油的当量比为2.17.因甲醇汽车燃烧甲醇时的排放低于燃烧汽油,同一台
M100甲醇汽车甲醇燃料消耗量与汽油燃料消耗量的比值要低于2.17,即替代比小于且接近于当量比.通过实车检测得出,M100甲醇汽车的甲醇与汽油的替代比在1.9～2.0之间,取1.95较为合适.
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2011(000)011
【总页数】3页(P31-33)
京沪高铁开通【关键词】甲醇汽车;燃料消耗量;当量比;替代比
【作 者】郭昌伦;金先扬;宋金环
【作者单位】上海华普汽车有限公司;上海华普汽车有限公司;上海华普汽车有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】U464.173
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1 前言
目前汽车的燃料既可以是汽油、柴油、甲醇、乙醇、生物柴油等液体燃料，也可以是二甲醚、液化石油气、压缩天然气、液化天然气、氢等气体燃料。由于甲醇常温下是液体，储运等方式与汽油、柴油相近，热效率高，理化特性可满足汽车发动机使用，所以目前甲醇是重要的车用替代燃料之一。M100甲醇、M85甲醇汽油混合燃料以及低比例M15、M5等甲醇汽油混合燃料均可在车辆上使用。
工业和信息化部2010年12月份组织召开甲醇汽车试点工作座谈会，就推广高比例甲醇汽油（M85、M100）等事宜进行讨论和部署，决定2011年～2013年在上海、陕西、山西开展高比例甲醇汽油车试点运行工作。这是国家层面首次主导开展甲醇汽油推广试点工作，标志着甲醇汽油推广应用被正式纳入国家战略，甲醇汽油推广工作将因此提速。
目前使用汽油和柴油燃料的轻型汽车均通过汽车排放检测而得出汽车燃料消耗量，并在汽车出厂时标识汽车燃料消耗量。我国已发布非醇类燃料《乘用车燃料消耗量限值》标准。甲醇汽车也应该有燃料消耗量及甲醇与汽油的当量比、替代比来衡量燃料经济性。
2 碳平衡法原理及数学模型
碳平衡法的基本原理是基于物质守恒定律。甲醇是以C、H、O化合物为主要成分的混合物，燃烧生成CO、CO2、HC、H2O等，其燃烧产物中的C元素均来自甲醇，只要测出单位里程内汽车尾气中的CO、CO2、HC中的碳量，再与单位体积甲醇中的碳量相比较，即可得到燃料消耗量。
甲醇的分子式CH4O，分子量32.042，密度0.792 kg/L[1]。
碳平衡法的甲醇汽车燃料消耗量计算：
发现3式中，FE为燃料消耗量；d为甲醇燃料的密度；HC为测得的碳氢排放量；CO为测得的一氧化碳排放量；CO2为测得的二氧化碳排放量。
3 相同碳排放的汽油燃料消耗量
《轻型汽车燃料消耗量试验方法》中汽油燃料消耗量为：
式中，F C 为汽油消耗量；D为汽油密度，计算时取D=0.742 kg/L（标准状态 20℃，100 kPa）[2]。
4 甲醇与汽油的当量比
目前依据国家标准GB 18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》检测汽车排放，而直接换算出来的燃料消耗量是汽油燃料消耗量。为方便转化成甲醇燃料消耗量，引入汽油当量概念，即M100甲醇燃料汽车产生一定量的尾气碳排放所需要汽油燃料燃烧的数量为汽油当量。
M100甲醇燃料与汽油当量的体积比 （简称甲醇与汽油的当量比）为：
即汽车燃烧2.17 L的M100甲醇所排放出的总碳量相当于燃烧1 L汽油的总碳量。
5 甲醇与汽油的替代比
甲醇的分子式CH4O，分子中含有氧原子，相对于汽油来说燃烧更充分，即燃烧甲醇时的排放低于燃烧汽油。同一台M100甲醇汽车甲醇燃料消耗量与汽油燃料消耗量的比值要低于2.17，即真正的替代比小于且接近于当量比，替代比的具体数值由试验确定。
5.1 道路测试结果
利用同一台甲醇汽车（表1），使用2套燃料供给系统及专用的发动机控制系统，分别燃烧M100甲醇和93号汽油。
汽车在平坦道路上进行了90 km/h等速行驶后，采用称重法所测得燃料消耗量见表2所列。从表2可以看出，甲醇与汽油的平均替代比为1.95。
表1 试验用汽车技术参数?
表2 道路测试结果?
5.2 底盘测功机等速行驶测试结果
在检测中心排放试验室，分别用93号汽油、M100甲醇2种燃料，进行了90 km/h等速行驶后，利用碳平衡原理测得燃料消耗量，试验条件见表3所列，结果见表4所列。从表4可以看出，甲醇与汽油的替代比为1.99。
表3 试验条件?
表4 等速行驶碳平衡原理测试结果车速 汽油/L·（100 km）-1甲醇/L·（100 km）-1 替代
比90 km/h 5.91 11.74 1.99
5.3 综合工况测试结果
按照《轻型汽车燃料消耗量试验方法》进行汽车综合工况试验，采用碳平衡法测得燃料消耗量，测试结果见表5所列。从表5可以看出，甲醇与汽油的替代比为1.99。
小鹏汽车价格>纯电大型suv表5 综合燃料消耗量测试结果?
5.4 甲醇汽车匹配时的测试结果
从30台试制样车中分别抽取SMA7158MF和SMA7188MF各一台新车，经过3 000 km磨合行驶后，在排放实验室进行了标定匹配。按照《轻型汽车燃料消耗量试验方法》进行汽车综合工况运行后，采用碳平衡原理法计算出汽车燃料消耗量。试验汽车的技术参数见表6所列；SMA7158MF的试验结果见表7所列；SMA7188MF的试验结果见表8所列。
表6 标定匹配用汽车技术参数SMA7158MF SMA7188MF外形尺寸/mm×mm×mm 4682×1725×1485燃料种类 汽油/甲醇排放标准 GB18352.3—2005国Ⅳ整备质量/kg 124
5 1248总质量/kg 1655 1658额定座位数 5轮胎规格 205/55 R16汽油 93号成品汽油车用燃料甲醇 上海焦化有限公司提供燃用汽油时发动机功率/kW 69 80燃用甲醇时发动机功率/kW 75 86发动机ECU型号 FDF-1发动机型式 直列四缸水冷电控多点喷射发动机排量/mL 1498 1762车辆型号
表8 SMA7188MF综合燃料消耗量测试结果参数 排放 平均值93号汽油测试次数1 2 M100甲醇THC 0.034 0.067 －CO 0.701 0.939 －CO2 192.1 188.0 －燃料消耗量/L·（100 km）-1 8.21 8.05 8.13 THC 0.041 0.034 －CO 0.54 0.478 －CO2 176.6 168.6 －燃料消耗量/L·（100 km）-1 16.35 15.59 15.97
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