一種醇類替代燃料的綜合性能評定方法
【專利摘要】本發明公開了一種醇類替代燃料的綜合性能評定方法，屬于車用燃料性能試驗領域。步驟為：建立發動機臺架；發動機臺架運行試驗；發動機外特性評定；發動機排放性能評定；發動機清凈性評定；發動機沉積物評定；發動機磨損評定；計算待評定醇類燃料的綜合評定得分。本發明采用歸一化處理的方法，將發動機燃用國標燃油與醇類燃料的動力性指標變化率與排放物濃度指標的變化率、發動機清凈性指標變化率以及磨損量指標的變化率有效地結合起來，通過一個綜合的性能評定指標M來表征，可有效解決醇類燃料性能的綜合評價問題。
【專利說明】一種醇類替代燃料的綜合性能評定方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于車用燃料性能試驗領域，特別涉及一種于醇類替代燃料的綜合性能評價方法，為醇類替代燃料的研究、檢測提供評定方法。
[0002]背景介紹
隨著石油儲量的減少和環保要求的提高，開發和利用新型替代能源已經成為必然趨勢。甲醇、乙醇及其他生物質液體燃料與一定比例的汽油、柴油混合作為車用替代能源在國內外得到了較為廣泛的應用。甲醇的優點是可有效提高汽油的辛烷值，同時使汽/柴油燃燒更完全，燃燒效率增加，經濟性提高，大氣污染減少；缺點是甲醇的熱值較低，且十六烷值低，甲醇大量混入汽/柴油后，容易產生氣阻影響供油，改變組分油組成可以有效解決這一問題；甲醇與汽/柴油的極性相差較大，二者不易混合；甲醇汽化潛熱較大，特別是在低溫條件下的蒸發性能較差，因此對發動機特別是活塞環和氣缸壁、油泵等密封系統容易產生腐蝕和磨損等不良影響，針對這些問題，可以通過加入功能添加劑加以解決。
[0003]大量的實踐已證明甲醇、乙醇和生物柴油是近、中期內最有前途和現實意義的清潔性車用替代燃料。因此生產滿足車輛使用要求的、綜合性能優良的醇類燃料是十分必要的。為滿足研發試驗和推廣應用的需要，制定一套能快速、真實、準確反映醇類燃料綜合性能的評定方法是必要的。
[0004]目前，醇燃料行業中通常僅對醇燃料的理化性能、溶水性及抗低溫相分離性能進行測定。即便進行發動機臺架測試，也只是對發動機外特性、負荷特性以及排放性能進行單獨測試，基本不會涉及到發動機磨損量、沉積物質量等清凈性指標的評判，也很少涉及燃油使用過程中對潤滑油性能的影響測試。
[0005]本發明提供了一種快速、準確、全面、客觀評定醇類替代燃料綜合性能的方法，為醇類燃料的研發檢驗工作提供了一條新的捷徑，為產品質量的檢驗工作提供了有力保證。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種醇類替代燃料的綜合性能評定方法。
[0007]本發明是通過以下技術方案實現的:
一種醇類替代燃料的綜合性能評定方法，步驟為:
(1)建立發動機臺架:選取一臺多缸內燃機作為評定用發動機，發動機試驗臺架選用電渦流測功機及其控制系統，功能上要求可實現發動機的轉速、扭矩、油耗、功率、冷卻液溫度、機油溫度、排氣溫度等參數計算機數據采集和實時監控，另配置一臺排放分析儀，用于尾氣排放測量；
(2)第二步，發動機臺架運行試驗:分別燃用國標汽/柴油與待評定醇類燃料進行發動機100-400小時臺架試驗，實驗開始前發動機須磨合，并在Oh和實驗結束時，進行發動機外特性和雙怠速排放試驗，并分別記錄發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料在試驗開始前后的外特性在平均標準狀態下扭矩、功率與燃油消耗率數據與雙怠速工況的排放數據，在實驗進行期間間隔20-50小時，分別抽取少許潤滑油油樣，進行粘度、閃點、酸值和ICP檢測，試驗完成后，發動機拆機，測量主要磨損件的磨損量和沉積物質量，用于評定發動機清凈性；發動機試驗期間以全速全負荷運行，折合行駛里程約1-5萬公里；
(3)發動機外特性評定:分別記錄發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料在試驗開始前后的外特性平均標準狀態下扭矩、功率與燃油消耗率數據，按下式計算發動機外特性各指標的變化率:
O小時平均標準狀態扭矩變化率St6=(T2-T1)/T1 X 100%
100小時平均標準狀態扭矩變化率δ ' Te=(T2 ' -T1 z )/Ti'X 100%
O小時平均標準狀態功率變化率Spe= (P2-P1)ZiP1 X 100%
100小時平均標準狀態功率變化率δ ^ Pe= (P2 ^ -P1 ^ )/P^ X 100%
O小時平均標準狀態油耗率變化率See=(B2-B1)/B1 X 100%
100小時平均標準狀態油耗率變化率δ ' Be=(B2 ' -B1 ζ )/B廠X 100%
發動機外特性變化率 δ 1= ( δ Te+ δ z Te) /2+ ( δ Pe+ δ \e δ Be) /2- ( δ Be+ δ ' Be) /2，
上述式中！\、T2、P1, P2、B2分別為發動機分別燃用國標汽柴油與醇類燃料實驗開始前的扭矩、功率、燃油消耗率，T廠、T2 y、P/、P2 y、B廠、B2 y分別為發動機分別燃用國標汽柴油與醇類燃料實驗完成后的扭矩、功率、燃油消耗率；
外特性變化率為正值，表明醇類燃料發動機外特性優于國標汽柴油；外特性變化率為負值，則表明醇類燃料較國標汽柴油差；
(4)發動機排放性能評定:使用排放分析儀分別測試發動機燃用國標汽柴油、醇類燃料在高怠速、低怠速時的排放數據，并按下式計算各種排放物濃度變化率::3 CH-(Ο?α?1+ΟχΗ「Ο?α?2_Οχ:Η2) / ( Chch1+Clch1) X 100%，
上式中Cra1、Clchi, Chch2, Clch2依次為發動機燃用國標汽柴油時高、低怠速下的CH排放物濃度和燃用醇類燃料時高、低怠速下的CH濃度，單位:ppm ；δ co- (CHC01+CLCo1_CHCo2_CLCo2) / ( Chco1+Clco1) X 100%
上式中CHa)1、Clcoi, Chc02, Clc02依次為發動機燃用國標汽柴油時高、低怠速下的CO排放物濃度和燃用醇類燃料時高、低怠速下的CO濃度，單位:％ ；δ co2-(Chc021+Clc021_Chc022_Clc022) / ( Chc02I+Clc02I) x 100%
上式中CH_、Clc021, Chc022, Clc022依次為發動機燃用國標汽柴油時高、低怠速下的CO2排放物濃度和燃用醇類燃料時高、低怠速下的CO2濃度，單位:％ ；
3 NOX-(Chnc?1+Clnc1x1_C麗QX2_CLNC1X2) / ( Chn0XI+ClNOXi) X 100%
上式中C_X1、C_、C_X2、Clnox2依次為發動機燃用國標汽柴油時高、低怠速下的NOx排放物濃度和燃用醇類燃料時高、低怠速下的NOx濃度,單位:ppm ；
排放物濃度變化率δ 2= ( δ CH+ δ co+ δ co2+ δ Ν0Χ) /4
排放物濃度變化率為正值，表明醇類燃料發動機外特性優于國標汽柴油；排放物濃度變化率為負值，則表明醇類燃料較國標汽柴油差；
(5)發動機清凈性評定:發動機清凈性評分參照GB/T19230.6-2003第6部分《汽油清凈劑對汽油機進氣閥和燃燒室沉積物生成傾向影響的發動機臺架試驗方法(Mill法)》進行；
對發動機燃用國標汽柴油與燃用醇類燃料試驗后的各缸進行優點評分，并計算出各缸平均分，按下式計算發動機清凈性評分變化率δ 3 ( δ 3為正值表明醇類燃料清凈性差，δ 3為負值表明醇類燃料清凈性好):δ 3= (F1-F2) /Fl χ 100%
式中F1、F2分別為發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料后的清凈性評分均值；
(6)發動機沉積物評定:按下式計算沉積物變化率δ4 ( δ 4為正值表明醇類燃料可抑制沉積物的形成，δ 4值越高，則甲醇燃料的清凈性越好；δ 4為負值表明醇類燃料清凈性差，使用后會導致沉積物增加)
沉積物變化率(%) δ 4= (W1-W2) /W1 χ 100%
式中WpW2分別為發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料后生成的沉積物質量，單位:g ；
(7)發動機磨損評定:分別對發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料運行100-400小時后，對發動機的活塞、活塞環和缸套對應活塞側壓力最大點進行測量，同時在運行過程中，對潤滑油中磨損鐵元素濃度進行監測，來綜合分析發動機的磨損情況，并按下式計算發動機總磨損量變化率δ 5 ( δ 5為正值表明發動機燃用醇類燃料后磨損量較小，δ 5為負值表明發動機燃用醇類燃料后磨損量較大):
發動機活塞的合計磨損量變化率SP=(DP1-DP2)/ DPI χ 100%
發動機活塞環的合計磨損量變化率SR=(DR1-DR2)/ DRl χ 100%` 發動機氣缸套的合計磨損量變化率SL=(DL1-DL2)/ DLl χ 100%
潤滑油中磨損鐵元素濃度變化率SFe=(CFe2-DFel)/ CFel χ 100%
上式中DP1、DRU DLl分別為發動機燃用國標汽柴油時各缸活塞、活塞環、氣缸套的合計磨損量，單位μ m ;DP2、DR2、DL2分別為發動機燃用醇類燃料時各缸活塞、活塞環、氣缸套的合計磨損量，單位ym;CFel、CFe2分別為發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料后潤滑油中磨損鐵元素濃度變化量，單位mg/kg,
發動機總磨損變化率3 5= ( δ P+ δ R + δ L+ δ Fe) /4 ;
(8)計算待評定醇類燃料的綜合評定得分M=-( δ 1+ 5 2+ 5 3+ 5 4+ 5 5) χ 100，Μ分值越低，表明該種醇類燃料綜合性能越接近國標燃油…分值越高，表明該種醇類燃料綜合性能越差。
[0008]本發明采用歸一化處理的方法，將發動機燃用國標燃油與醇類燃料的動力性指標變化率與排放物濃度指標的變化率、發動機清凈性指標變化率以及磨損量指標的變化率有效地結合起來，通過一個綜合的性能評定指標M來表征，在醇類燃料的研發與檢測中，可以在面對替代燃料的動力性指標與排放指標、發動機清凈性指標以及磨損指標優劣不一致的情況下，有效解決醇類燃料性能的綜合評價問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明發動機試驗臺架的原理圖。
【具體實施方式】
[0010]以下結合附圖對本發明作進一步說明。
[0011]實施例1
一種醇類替代燃料的綜合性能評定方法，步驟為:
(I)選用465汽油機作為評定用發動機，發動機試驗臺架選用四川誠邦測功技術有限公司DW160電渦流測功機及ET2000發動機測試系統，發動機排放測量使用AVL Dicom 4000排放儀，其中發動機試驗臺架的原理圖如圖1所示；
(2)發動機分別燃用國標93#汽油與M15甲醇汽油進行100小時全速全負荷臺架運行試驗，并在Oh和IOOh時，進行發動機外特性和排放試驗，在節點0h、20h、40h、60h、80h、IOOh分別抽取少許潤滑油油樣，進行粘度、閃點、酸值和ICP檢測，試驗完成后，發動機拆機,測量主要磨損件的磨損量和沉積物質量,評定發動機清凈性；
(3)發動機外特性評定:
發動機外特性數據見表1，
表1
【權利要求】
1.一種醇類替代燃料的綜合性能評定方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立發動機臺架； (2)發動機臺架運行試驗； (3)發動機外特性評定:分別記錄發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料在試驗開始前后的外特性平均標準狀態下扭矩、功率與燃油消耗率數據，并計算發動機外特性各指標的變化率，求得發動機外特性變化率SI= (δκ+δ \e)/2+(5Pe+5 \e5Be)/2-( δ Be+ δ \e)/2 ; (4)發動機排放性能評定:使用排放分析儀分別測試發動機燃用國標汽柴油、醇類燃料在高怠速、低怠速時的排放數據，計算各種排放物濃度變化率，再求出排放物濃度變化率δ 2= ( δ CH+ δ co+ δ co2+ δ ΝΟχ) /4 ； (5)發動機清凈性評定:對發動機燃用國標汽柴油與燃用醇類燃料后的各缸進行優點評分，并計算出各缸平均分，計算發動機清凈性評分變化率S3 ; (6)發動機沉積物評定:根據發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料后生成的沉積物質量計算沉積物變化率S 4 ； (7)發動機磨損評定:發動機燃用國標汽柴油與醇類燃料運行100-400小時后，對發動機的活塞、活塞環和缸套對應活塞側壓力最大點進行測量，在運行過程中，對潤滑油中磨損鐵元素濃度進行監測,并計算發動機總磨損量變化率δ 5 ； (8)計算待評定醇類燃料的綜合評定得分M=-( δ 1+ δ 2+ δ 3+ δ 4+ δ 5) X 100。
【文檔編號】G01N33/22GK103675228SQ201310716831
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】魏毅, 常永龍, 吳躍曲, 邊建紅, 申志明, 石衛紅 申請人:山西華頓實業有限公司