一种醇类替代燃料的综合性能评定方法
【专利摘要】本发明公开了一种醇类替代燃料的综合性能评定方法，属于车用燃料性能试验领域。步骤为：建立发动机台架；发动机台架运行试验；发动机外特性评定；发动机排放性能评定；发动机清净性评定；发动机沉积物评定；发动机磨损评定；计算待评定醇类燃料的综合评定得分。本发明采用归一化处理的方法，将发动机燃用国标燃油与醇类燃料的动力性指标变化率与排放物浓度指标的变化率、发动机清净性指标变化率以及磨损量指标的变化率有效地结合起来，通过一个综合的性能评定指标M来表征，可有效解决醇类燃料性能的综合评价问题。
【专利说明】一种醇类替代燃料的综合性能评定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于车用燃料性能试验领域，特别涉及一种于醇类替代燃料的综合性能评价方法，为醇类替代燃料的研究、检测提供评定方法。
[0002]背景介绍
随着石油储量的减少和环保要求的提高，开发和利用新型替代能源已经成为必然趋势。甲醇、乙醇及其他生物质液体燃料与一定比例的汽油、柴油混合作为车用替代能源在国内外得到了较为广泛的应用。甲醇的优点是可有效提高汽油的辛烷值，同时使汽/柴油燃烧更完全，燃烧效率增加，经济性提高，大气污染减少；缺点是甲醇的热值较低，且十六烷值低，甲醇大量混入汽/柴油后，容易产生气阻影响供油，改变组分油组成可以有效解决这一问题；甲醇与汽/柴油的极性相差较大，二者不易混合；甲醇汽化潜热较大，特别是在低温条件下的蒸发性能较差，因此对发动机特别是活塞环和气缸壁、油泵等密封系统容易产生腐蚀和磨损等不良影响，针对这些问题，可以通过加入功能添加剂加以解决。
[0003]大量的实践已证明甲醇、乙醇和生物柴油是近、中期内最有前途和现实意义的清洁性车用替代燃料。因此生产满足车辆使用要求的、综合性能优良的醇类燃料是十分必要的。为满足研发试验和推广应用的需要，制定一套能快速、真实、准确反映醇类燃料综合性能的评定方法是必要的。
[0004]目前，醇燃料行业中通常仅对醇燃料的理化性能、溶水性及抗低温相分离性能进行测定。即便进行发动机台架测试，也只是对发动机外特性、负荷特性以及排放性能进行单独测试，基本不会涉及到发动机磨损量、沉积物质量等清净性指标的评判，也很少涉及燃油使用过程中对润滑油性能的影响测试。
[0005]本发明提供了一种快速、准确、全面、客观评定醇类替代燃料综合性能的方法，为醇类燃料的研发检验工作提供了一条新的捷径，为产品质量的检验工作提供了有力保证。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种醇类替代燃料的综合性能评定方法。
[0007]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种醇类替代燃料的综合性能评定方法，步骤为:
(1)建立发动机台架:选取一台多缸内燃机作为评定用发动机，发动机试验台架选用电涡流测功机及其控制系统，功能上要求可实现发动机的转速、扭矩、油耗、功率、冷却液温度、机油温度、排气温度等参数计算机数据采集和实时监控，另配置一台排放分析仪，用于尾气排放测量；
(2)第二步，发动机台架运行试验:分别燃用国标汽/柴油与待评定醇类燃料进行发动机100-400小时台架试验，实验开始前发动机须磨合，并在Oh和实验结束时，进行发动机外特性和双怠速排放试验，并分别记录发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料在试验开始前后的外特性在平均标准状态下扭矩、功率与燃油消耗率数据与双怠速工况的排放数据，在实验进行期间间隔20-50小时，分别抽取少许润滑油油样，进行粘度、闪点、酸值和ICP检测，试验完成后，发动机拆机，测量主要磨损件的磨损量和沉积物质量，用于评定发动机清净性；发动机试验期间以全速全负荷运行，折合行驶里程约1-5万公里；
(3)发动机外特性评定:分别记录发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料在试验开始前后的外特性平均标准状态下扭矩、功率与燃油消耗率数据，按下式计算发动机外特性各指标的变化率:
O小时平均标准状态扭矩变化率St6=(T2-T1)/T1 X 100%
100小时平均标准状态扭矩变化率δ ' Te=(T2 ' -T1 z )/Ti'X 100%
O小时平均标准状态功率变化率Spe= (P2-P1)ZiP1 X 100%
100小时平均标准状态功率变化率δ ^ Pe= (P2 ^ -P1 ^ )/P^ X 100%
O小时平均标准状态油耗率变化率See=(B2-B1)/B1 X 100%
100小时平均标准状态油耗率变化率δ ' Be=(B2 ' -B1 ζ )/B厂X 100%
发动机外特性变化率 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分别为发动机分别燃用国标汽柴油与醇类燃料实验开始前的扭矩、功率、燃油消耗率，T厂、T2 y、P/、P2 y、B厂、B2 y分别为发动机分别燃用国标汽柴油与醇类燃料实验完成后的扭矩、功率、燃油消耗率；
外特性变化率为正值，表明醇类燃料发动机外特性优于国标汽柴油；外特性变化率为负值，则表明醇类燃料较国标汽柴油差；
(4)发动机排放性能评定:使用排放分析仪分别测试发动机燃用国标汽柴油、醇类燃料在高怠速、低怠速时的排放数据，并按下式计算各种排放物浓度变化率::3 CH-(Ο?α?1+ΟχΗ「Ο?α?2_Οχ:Η2) / ( Chch1+Clch1) X 100%，
上式中Cra1、Clchi, Chch2, Clch2依次为发动机燃用国标汽柴油时高、低怠速下的CH排放物浓度和燃用醇类燃料时高、低怠速下的CH浓度，单位:ppm ；δ co- (CHC01+CLCo1_CHCo2_CLCo2) / ( Chco1+Clco1) X 100%
上式中CHa)1、Clcoi, Chc02, Clc02依次为发动机燃用国标汽柴油时高、低怠速下的CO排放物浓度和燃用醇类燃料时高、低怠速下的CO浓度，单位:％ ；δ co2-(Chc021+Clc021_Chc022_Clc022) / ( Chc02I+Clc02I) x 100%
上式中CH_、Clc021, Chc022, Clc022依次为发动机燃用国标汽柴油时高、低怠速下的CO2排放物浓度和燃用醇类燃料时高、低怠速下的CO2浓度，单位:％ ；
3 NOX-(Chnc?1+Clnc1x1_C丽QX2_CLNC1X2) / ( Chn0XI+ClNOXi) X 100%
上式中C_X1、C_、C_X2、Clnox2依次为发动机燃用国标汽柴油时高、低怠速下的NOx排放物浓度和燃用醇类燃料时高、低怠速下的NOx浓度,单位:ppm ；
排放物浓度变化率δ 2= ( δ CH+ δ co+ δ co2+ δ Ν0Χ) /4
排放物浓度变化率为正值，表明醇类燃料发动机外特性优于国标汽柴油；排放物浓度变化率为负值，则表明醇类燃料较国标汽柴油差；
(5)发动机清净性评定:发动机清净性评分参照GB/T19230.6-2003第6部分《汽油清净剂对汽油机进气阀和燃烧室沉积物生成倾向影响的发动机台架试验方法(Mill法)》进行；
对发动机燃用国标汽柴油与燃用醇类燃料试验后的各缸进行优点评分，并计算出各缸平均分，按下式计算发动机清净性评分变化率δ 3 ( δ 3为正值表明醇类燃料清净性差，δ 3为负值表明醇类燃料清净性好):δ 3= (F1-F2) /Fl χ 100%
式中F1、F2分别为发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料后的清净性评分均值；
(6)发动机沉积物评定:按下式计算沉积物变化率δ4 ( δ 4为正值表明醇类燃料可抑制沉积物的形成，δ 4值越高，则甲醇燃料的清净性越好；δ 4为负值表明醇类燃料清净性差，使用后会导致沉积物增加)
沉积物变化率(%) δ 4= (W1-W2) /W1 χ 100%
式中WpW2分别为发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料后生成的沉积物质量，单位:g ；
(7)发动机磨损评定:分别对发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料运行100-400小时后，对发动机的活塞、活塞环和缸套对应活塞侧压力最大点进行测量，同时在运行过程中，对润滑油中磨损铁元素浓度进行监测，来综合分析发动机的磨损情况，并按下式计算发动机总磨损量变化率δ 5 ( δ 5为正值表明发动机燃用醇类燃料后磨损量较小，δ 5为负值表明发动机燃用醇类燃料后磨损量较大):
发动机活塞的合计磨损量变化率SP=(DP1-DP2)/ DPI χ 100%
发动机活塞环的合计磨损量变化率SR=(DR1-DR2)/ DRl χ 100%` 发动机气缸套的合计磨损量变化率SL=(DL1-DL2)/ DLl χ 100%
润滑油中磨损铁元素浓度变化率SFe=(CFe2-DFel)/ CFel χ 100%
上式中DP1、DRU DLl分别为发动机燃用国标汽柴油时各缸活塞、活塞环、气缸套的合计磨损量，单位μ m ;DP2、DR2、DL2分别为发动机燃用醇类燃料时各缸活塞、活塞环、气缸套的合计磨损量，单位ym;CFel、CFe2分别为发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料后润滑油中磨损铁元素浓度变化量，单位mg/kg,
发动机总磨损变化率3 5= ( δ P+ δ R + δ L+ δ Fe) /4 ;
(8)计算待评定醇类燃料的综合评定得分M=-( δ 1+ 5 2+ 5 3+ 5 4+ 5 5) χ 100，Μ分值越低，表明该种醇类燃料综合性能越接近国标燃油…分值越高，表明该种醇类燃料综合性能越差。
[0008]本发明采用归一化处理的方法，将发动机燃用国标燃油与醇类燃料的动力性指标变化率与排放物浓度指标的变化率、发动机清净性指标变化率以及磨损量指标的变化率有效地结合起来，通过一个综合的性能评定指标M来表征，在醇类燃料的研发与检测中，可以在面对替代燃料的动力性指标与排放指标、发动机清净性指标以及磨损指标优劣不一致的情况下，有效解决醇类燃料性能的综合评价问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明发动机试验台架的原理图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0011]实施例1
一种醇类替代燃料的综合性能评定方法，步骤为:
(I)选用465汽油机作为评定用发动机，发动机试验台架选用四川诚邦测功技术有限公司DW160电涡流测功机及ET2000发动机测试系统，发动机排放测量使用AVL Dicom 4000排放仪，其中发动机试验台架的原理图如图1所示；
(2)发动机分别燃用国标93#汽油与M15甲醇汽油进行100小时全速全负荷台架运行试验，并在Oh和IOOh时，进行发动机外特性和排放试验，在节点0h、20h、40h、60h、80h、IOOh分别抽取少许润滑油油样，进行粘度、闪点、酸值和ICP检测，试验完成后，发动机拆机,测量主要磨损件的磨损量和沉积物质量,评定发动机清净性；
(3)发动机外特性评定:
发动机外特性数据见表1，
表1
【权利要求】
1.一种醇类替代燃料的综合性能评定方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)建立发动机台架； (2)发动机台架运行试验； (3)发动机外特性评定:分别记录发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料在试验开始前后的外特性平均标准状态下扭矩、功率与燃油消耗率数据，并计算发动机外特性各指标的变化率，求得发动机外特性变化率SI= (δκ+δ \e)/2+(5Pe+5 \e5Be)/2-( δ Be+ δ \e)/2 ; (4)发动机排放性能评定:使用排放分析仪分别测试发动机燃用国标汽柴油、醇类燃料在高怠速、低怠速时的排放数据，计算各种排放物浓度变化率，再求出排放物浓度变化率δ 2= ( δ CH+ δ co+ δ co2+ δ ΝΟχ) /4 ； (5)发动机清净性评定:对发动机燃用国标汽柴油与燃用醇类燃料后的各缸进行优点评分，并计算出各缸平均分，计算发动机清净性评分变化率S3 ; (6)发动机沉积物评定:根据发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料后生成的沉积物质量计算沉积物变化率S 4 ； (7)发动机磨损评定:发动机燃用国标汽柴油与醇类燃料运行100-400小时后，对发动机的活塞、活塞环和缸套对应活塞侧压力最大点进行测量，在运行过程中，对润滑油中磨损铁元素浓度进行监测,并计算发动机总磨损量变化率δ 5 ； (8)计算待评定醇类燃料的综合评定得分M=-( δ 1+ δ 2+ δ 3+ δ 4+ δ 5) X 100。
【文档编号】G01N33/22GK103675228SQ201310716831
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】魏毅, 常永龙, 吴跃曲, 边建红, 申志明, 石卫红 申请人:山西华顿实业有限公司