陈 龙

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

2012年，工业和信息化部下发了工信部节〔2012〕42号“关于开展甲醇汽车试点工作的通知”，确定山西等3个省市为甲醇汽车的试点省份，积极稳妥开展甲醇汽车试点工作。2013年2月国务院下发国办发〔2013〕12号《国务院办公厅关于加强内燃机工业节能减排的意见》文件中明确提出：替代燃料内燃机产品研发。鼓励替代燃料发动机与现有发动机制造体系兼容。开展汽油/甲醇双燃料点燃式内燃机、柴油/甲醇双燃料压燃式内燃机的应用试点工作。到2015年，通过推广应用甲醇燃料内燃机，实现替代商品燃油500万t。

1 甲醇燃料及甲醇汽车概况

甲醇分子式为CH3OH，是一种无色、透明、易挥发的易燃液体，相对密度为0.792 g/ml。甲醇的辛烷值比汽油的高，马达法辛烷值（MON）106，研究法辛烷值（RON）112，因此使用甲醇作为汽车燃料，无需提高辛烷值便符合使用要求；但甲醇的热值为19.6 MJ/kg，汽油热值为43.5 MJ/kg，故甲醇作燃料时，燃料消耗量较大。

车用甲醇燃料按甲醇在混合燃料中的比例区分，如 M15、M30、M85、M100 等。现阶段使用的甲醇燃料主要是车用燃料甲醇、添加剂。例如M15是指15%的变性燃料甲醇（车用燃料甲醇和添加剂按一定比例调配而成）与85%的93号国标汽油按体积比调配而成。使用M15及以下的低比例甲醇燃料，车辆无需做任何改动。使用高比例的甲醇燃料，如M30、M85、M100，需要在车辆上加装甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）。

对于装有点燃式发动机的车辆要改装成甲醇汽车，需要在喷油嘴和原车电脑之间安装“甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）”，把甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）串联在整个系统中，起到改变喷油脉宽、调节喷油量的作用，这样就能改变原车电脑控制单元（ECU）的控制参数，使汽油发动机能够燃烧甲醇燃料。

2 试验情况

在安装“甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）”的桑塔纳轿车上分别使用93号国标汽油及M100甲醇燃料进行汽车整车动力性、燃料经济性、环保性及道路可靠性试验。

试验车辆上安装有“甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）”，该装置设置有醇、汽转换开关，当开关转至汽油挡时，该装置不工作，车辆属于原车工作状态，而转入甲醇挡时，该装置开始工作。试验过程中，使用汽油燃料时，将开关转至汽油挡；使用M100甲醇燃料时，将开关转至M100甲醇挡。

2.1 台架试验

2.1.1 底盘输出功率及扭力对比试验结果

使用HPA-117型底盘测功机，按照GB/T18276—2000《动力性台架试验方法和评价指标》分别设定50～100 km/h 6个车速，测取试验样车在这6个车速下的底盘输出功率及扭力。试验表明：用M100甲醇燃料与93号汽油比较，扭力及底盘输出功率均下降2.7%，见图1、见图2。

图1 底盘输出扭力曲线

图2 底盘输出功率曲线

2.1.2 最高挡40～80 km/h加速性能对比试验结果（见表1）

表1 加速距离及时间试验结果

2.1.3 等速燃料消耗量对比试验（见图3）

试验样车分别以 40 km/h、50 km/h、60 km/h、70 km/h、80 km/h、90 km/h、100 km/h 7 个车速在HPA-117型底盘测功机上行驶，使用DF313型油耗计分别测取车辆行驶500 m左右，使用的燃料量，再计算出百公里燃料消耗量。用M100甲醇燃料与93号汽油比较，在台架等速燃料消耗量试验中M100甲醇燃料百公里消耗量平均上升65.4%。

图3 等速燃料消耗量曲线

2.1.4 汽车稳态工况法排气污染物对比测试结果（见表2）

表2 排气污染物试验结果

2.2 道路试验

2.2.1 最低稳定车速对比试验结果（见表3）

表3 最低稳定车速试验结果

2.2.2最高挡40～100 km/h加速性能对比试验结果（见表4）

表4 加速距离及时间试验结果

2.2.3 起步连续换挡0～100 km/h加速性能对比试验结果（见表5）

表5 加速距离及时间试验结果

2.2.4 最高车速对比试验结果（见表6）

表6 最高车速试验结果

2.2.5 爬陡坡对比试验结果（见表7）

表7 爬坡度试验结果

2.2.6 限定条件下的平均使用燃料消耗量对比试验结果（见表8）

表8 燃料消耗量试验结果

经对以上试验项目数据的分析知：用M100甲醇燃料与93号汽油比较，其动力性略有下降。因为，甲醇的热值不到汽油的一半，若汽车结构不做任何改变，甲醇燃料汽车的动力性就会下降。

用M100甲醇燃料与93号汽油比较，在台架等速燃料消耗量试验中M100甲醇燃料百公里消耗量平均上升65.4%；在限定条件道路试验中M100甲醇燃料百公里消耗量上升68.5%。以上数据说明该甲醇汽车使用M100甲醇燃料与汽油的替代比为1.68∶1。目前，93号汽油的现价每升在7.1元左右，而甲醇燃料每升3.4元左右，M100甲醇燃料与汽油的替代比为1.68∶1，桑塔纳轿车使用93号汽油的油耗约为8.0 L/100 km左右，行驶100 km的费用为56.8元，使用甲醇燃料时燃料消耗量为13.4 L/100 km，其行驶100 km的费用为45.6元。每百公里节省11.2元。

采用简易稳态工况排气污染物测试，用M100甲醇燃料与93号汽油比较，排气污染物CO相当，HC平均下降23.3%，NO平均上升28.2%。

甲醇燃料在发动机内是否完全燃烧，是影响排放的关键，如果发动机空燃比不正确，发动机尾气中不仅有甲醇、甲醛，而且CO、HC、NO也会超标，也伴随着发动机燃耗高。针对该桑塔纳轿车使用M100甲醇燃料时NO比使用汽油高的情况，我们对该车辆的“甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）”进行了调整，改变了其喷油脉宽，从而调整了该车辆的空燃比，再次试验该车辆使用甲醇燃料时CO、HC、NO的排放量都有明显下降。由此说明，“甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）”对燃料供应量的合理调整，是甲醇汽车各项性能好坏的关键。

2.2.7 道路可靠性试验

除了对甲醇燃料汽车整车的动力性、燃料经济性及环保性进行了各项试验外，笔者对该试验样车行驶过程中各种故障进行了跟踪调研，做了仔细记录，发现其使用过程中最大的问题就是油泵容易损坏。对损坏的油泵进行了解体，发现油泵电极插片腐蚀严重，负极碳刷表面有大量金属沉积物，油泵内部橡胶件有溶胀现象等，分析故障原因主要有两点。

2.2.7.1 金属零件的电化学腐蚀

甲醇是极性溶剂，通电后会对金属零件产生严重的电化学腐蚀，在油泵运转时，通电的电极插片，容易与甲醇发生电化学反应，从而腐蚀电极插片。油泵工作时，其碳刷负极极易吸附游离的金属离子并使其沉积于碳刷表面，随着沉积物的积累，碳刷和换向器之间接触不良，导致电枢转速急剧下降，甚至断路，使油泵无法工作[1]。

为了避免上述电化学腐蚀的发生，减少燃料中金属离子的含量，必须加强系统中金属零件的防腐处理。负极碳刷沉积物中主要金属离子成份是铜和锌，所以防腐的重点在于减少整个油路系统中材料为铜和锌的零件，或者避免出现裸露的铜和锌。笔者认为应通过优化结构设计，使铜基体也完全密封在了换向器塑料基体中，从而使得插片和燃油完全隔离开来达到防腐的目的。

2.2.7.2 非金属材料的溶胀

甲醇是一种有机溶剂，分子质量小，分子结构简单，比汽油更易渗透到塑料、橡胶等非金属零件中[1]，对油泵电枢叠片间用于绝缘的树脂类材料，插片和支撑罩之间密封的胶水等，有溶涨和龟裂作用。所以需要改变油泵使用的非金属材料或者优化设计以避免溶涨。

3 结语

由于甲醇燃料热值低，使用大比例甲醇燃料时必须在喷油嘴和原车电脑之间安装“甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）”，来改变喷油脉宽，增加燃料供应量。如果甲醇ECU调节的燃料供应量过大，甲醇的动力性会较好，但燃料的替代比较高，影响甲醇燃料的经济性；同时甲醇燃料在发动机内是否完全燃烧，也影响发动机的排放。所以影响甲醇燃料汽车性能的关键是“甲醇/汽油燃料灵活转换装置（甲醇ECU）”，如果甲醇燃料的供应量调到最佳状态，甲醇燃料汽车的动力性、经济性及环保性会有较佳表现，能满足车辆使用要求。

另外，甲醇燃料汽车使用过程中最大的问题是汽油泵容易损坏，针对甲醇燃料对金属零件的电化学腐蚀和非金属材料的溶胀这两大缺陷，油泵生产厂家应优化结构设计，避免电化学腐蚀的发生，同时尽量采取抗溶胀性较好的材料，来降低汽油泵的故障率。