CN102445247B - 一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料消耗测量方法，尤其涉及一种对于甲醇汽车混合燃料消耗量的测量方法。一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法，对车辆进行预处理后，模拟综合工况进行检测，收集尾气后利用物质守恒定律，直接检测混合燃料的消耗量，检测工艺简单，检测过程不受温度和体积变化的影响，测量数值精确。解决了现有技术中存在的不能有效检测甲醇汽车混合燃料的燃料消耗量的技术问题。

Description

一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法

技术领域

本发明涉及一种燃料消耗测量方法，尤其涉及一种对于甲醇汽车混合燃料消耗量的测量方法。

背景技术

随着工业技术的发展，汽车成为人们重要的代步工具。目前汽车的燃料有汽油、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。甲醇作为车用燃料，在车辆上的使用有多种，包括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的使用。

传统的燃料消耗的检测是将油耗仪串联接入汽车的油路中，通过容积的多少而测得，其油温和油压的变化、包括汽油比重的不同以及环境条件的变化等因素对测量精度产生很大影响，测量精度低。在现有的专利文件中公开了：“一种机动车排放污染物总量的测量装置及其方法(CN1588086)”，利用测量机动车排气的CO₂浓度与经稀释后的机动车排气的CO₂浓度相对比结合来测量机动车排放污染物总量。包括一个收集尾气和空气的稀释收集软管、风机、稀释尾气流量测量装置、一个测量原始尾气的第一气体分析模块，一个测量稀释气体的浓度的第二气体分析模块，通过两个分析模块的浓度计算得到稀释尾气的稀释比，并计算得到原始尾气的流量，从而得到尾气的质量流量。但是这种测量方法的抽取流量是固定的，对于不同排量的机动车，稀释比变化很大，因此对于不同排量计算出来的误差就会很大。

我国已发布非醇类燃料《乘用车燃料消耗量限值》标准，并在汽车出厂时标识汽车燃料消耗量，而甲醇汽车还没有燃料消耗量测量方法，对甲醇汽车的经济性无法评价。其甲醇汽车燃料消耗量是多少，与常规汽油汽车的汽油当量比是多少，采用什么方法来检测，至今还没有这方面的结论。

发明内容

本发明提供了能有效检测甲醇汽车混合燃料的消耗量和混合燃料当量比，通过排放的重量计算，测量精度高，适合汽车产品研发及对汽车在同工况下对燃料消耗量做出要求的规范性比对检测的甲醇汽车燃料消耗量的测量方法；解决了现有技术中存在的不能有效检测甲醇汽车混合燃料的的燃料消耗量的技术问题。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法，其特征在于：

第一步，对试验车辆进行测量准备，加注符合车用燃料甲醇标准的M100甲醇燃料或甲醇汽油混合燃料；

第二步，车辆测量前进行预处理，将车辆放入实验室内，模拟行驶工况运行后将车辆停置在实验室内，等发动机的润滑油和冷却液充分冷却；

第三步，工况试验阶段，车辆进入排放实验室，驱动轮放置底盘测功机的转鼓上，转鼓施加车辆的行驶阻力，先模拟市区工况进行运行，在运转循环过程中将汽车尾气收集起来，并使用空气对收集的尾气进行连续稀释并混合，从运行开始到运行结束用一个采集袋收集混合均匀的气体，同时用另一个采集袋收集在市区工况下稀释前的空气样气；然后模拟市郊工况进行运行，从运行开始到运行结束用一个采集袋收集汽车在整个运行过程中排放的经稀释后的混合气体，同时用另一个采集袋收集在市郊工况下稀释前的空气样气；

第四步，将第三步内收集的气体按照轻型汽车污染物测量方法校正计算汽车排放物HC、CO、CO₂的含量；

第五步，燃料消耗量计算，根据物质守恒定律，甲醇是以C、H、O化合物为主要成分的混合物，甲醇燃烧产物中的C元素均来自甲醇，测出单位里程内汽车尾气中CO、CO₂、HC的碳量，再与单位体积内甲醇、汽油中的碳量之和相比较，即可得到燃料消耗量；

第六步，计算甲醇混合燃料的当量比，甲醇汽车产生一定量的尾气排放所需要汽油燃料燃烧的汽油数量为汽油当量，甲醇混合燃料与汽油当量的体积比为甲醇混合燃料的当量比。

根据测量尾气排放的重量，利用物质守恒定律进行测量，使得测量不受油温和油压的变化影响，工艺步骤简单，可行性更强，同时是模拟综合工况进行的测量，测量精度更高。而且本发明的测量方法利用物质守恒定律，计算燃料的消耗量可以避免油耗仪器的缺陷，因为甲醇对传统容积法的油耗仪管路及系统有腐蚀作用，而且不容易使用。

作为优选，第五步内的汽车尾气中的碳含量是依据甲醇的分子式CH₄O，分子量32.042，密度为0.791～0.793kg/L进行计算，

式中H/C——尾气排放中碳氢化合物的氢碳比。由于HC排放量仅为CO₂排放量的0.01％～0.1％，在计算燃料消耗量中影响甚微，可以忽略因为氢碳比的变化引起的HC中碳量变化对计算结果的影响。取H/C＝1.85；

HC——测得的碳氢排放量，g/km；

CO——测得的一氧化碳排放量，g/km；

CO₂——测得的二氧化碳排放量，g/km；

甲醇汽车内含有甲醇含量占整个燃料的百分比为A，汽油含量占整个燃料的百分比为B，其中A+B＝1，

式中：FE——燃料消耗量，L/100km；

d——甲醇燃料的密度，kg/L，计算时取d＝0.792；

D——汽油燃料的密度，kg/L，计算时取D＝0.742，在标准状态20℃，100Kpa情况下取值；

单位里程指每km，含碳质量单位为g，

根据碳平衡法原理，燃烧前后的碳含量相等，从而上述两个数学式相等，因此燃料消耗量 $\mathrm{FE}=\frac{(0.866\×\mathrm{HC}+0.429\×\mathrm{CO}+0.273\×{\mathrm{CO}}_2)}{(\frac{d\×A}{0.267}+\frac{D\×B}{0.1154})}.$

利用上述的公式可以直接计算得出的消耗量是每100km消耗的燃料量，FE是以L/100km做为计算结果的，可以计算得出能耗和排放二合一的检测。

作为优选，第二步内的预处理工况，包括模拟市区行驶的工况运行一次，再模拟车辆在市郊行驶的工况运行两次，运行后车辆放置于温度保持为20℃至30℃的室内，使发动机的润滑油和冷却液充分冷却，直到达到室温的±2℃范围内，此处理期为6h至30h。在预处理时对市区和市郊两个工况进行模拟，使得后面的模拟工况测量精度更高。

作为优选，第三步的工况模拟运行中，先进行市区工况运行，共4个循环单元，60工况，平均车速19km/h，理论行驶距离4.052km，时间780s，之后再进行市郊工况运行，市郊行驶工况共1个循环单元，13工况，平均车速62.6km/h，理论行驶距离6.955km，时间400s，整个试验阶段共73工况，理论行驶距离11.007km，时间1180s。利用综合工况做为试验依据，与汽车的实际油耗更为接近，提高了测量的精度，模拟多个工况可以更精确的对甲醇汽车进行分析和研究。

因此，本发明的一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法具备下述优点：利用物质守恒定律进行检测，直接检测混合燃料的消耗量，测量不受温度和体积变化的影响，工艺过程简单，测量数值精确，同时采集市区和市郊的综合工况，提高测试精准度，也方便对甲醇汽车的分析和研究。

具体实施方式

下面通过实施例，对发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法，第一步，对试验车辆进行测量准备，车辆磨合行驶3000公里，轮胎气压符合技术要求，车辆状况完好，加注符合车用燃料甲醇标准的M100甲醇燃料，第二步，车辆测量前进行预处理，车辆进入实验室，模拟车辆在市区行驶的工况运行一次，再模拟车辆在市郊行驶的工况运行二次。运行后车辆放置于温度保持为20℃至30℃的室内，使发动机的润滑油和冷却液充分冷却，直到达到室温的±2℃范围内，此处理期为6h至30h。第三步，工况试验阶段，车辆进入专用的排放实验室，驱动轮放置底盘测功机的转鼓上，转鼓施加车辆的行驶阻力，模拟国际上共同共认的车辆行驶工况运行，先进行市区工况运行，共4个循环单元，60工况，平均车速19km/h，理论行驶距离4.052km，时间780s。之后再进行市郊工况运行，市郊行驶工况共1个循环单元，13工况，平均车速62.6km/h，理论行驶距离6.955km，时间400s。整个试验阶段共73工况，理论行驶距离11.007km，时间1180s。准备四个采集袋，其中两个收集市区工况的尾气排放和大气，另外两个收集市郊工况的尾气排放和大气，从运行开始到运行结束用一个采集袋收集汽车在整个运行过程中排放的经稀释后的废气，同时用另一个采集袋收集在市区工况下实验室内的稀释用的空气样气，其中实验室内的空气收集是指不包含排放的尾气的空气收集；然后模拟市郊工况进行运行，从运行开始到运行结束用一个采集袋收集汽车在整个运行过程中排放的经稀释后的废气，同时用另一个采集袋收集在市郊工况下实验室内的稀释用的空气样气，同样其中市郊空气的收集，是指收集不含排放尾气的实验室气体；第四步，收集好气体后根据现行国标轻型汽车污染物排放限值及测量方法，计算汽车排放物HC、CO、CO₂的含量。第五步，燃料消耗量计算，根据物质守恒定律，甲醇是以C、H、O化合物为主要成分的混合物，甲醇燃烧产物中的C元素均来自甲醇，测出单位里程内汽车尾气中CO、CO₂、HC的碳量，再与单位体积内甲醇中碳量之和相比较，即可得到燃料消耗量；

甲醇的分子式CH₄O，分子量32.042，密度0.791～0.793(kg/L)。

式中：H/C——尾气排放中碳氢化合物的氢碳比。由于HC排放量仅为CO₂排放量的0.01％～0.1％(测试的HC、CO、CO₂尾气排放中主要为CO₂排放量，CO排放量也只占CO₂排放量的0.1％～1％)，在计算燃料消耗量中影响甚微，可以忽略因为氢碳比的变化引起的HC中碳量变化对计算结果的影响。取H/C＝1.85；

HC——测得的碳氢排放量，g/km；

CO——测得的一氧化碳排放量，g/km；

CO₂——测得的二氧化碳排放量，g/km。

式中：

FE——燃料消耗量，L/100km；

d——甲醇燃料的密度，kg/L，计算时取d＝0.792。

根据碳平衡法原理，令二式相等，则：M100甲醇汽车燃料消耗量为：

$\mathrm{FE}=\frac{0.267}{d}\×(0.866\×\mathrm{HC}+0.429\×\mathrm{CO}+0.273\×{\mathrm{CO}}_2)$

第六步，计算甲醇混合燃料的当量比，甲醇汽车产生一定量的尾气排放所需要汽油燃料燃烧的汽油数量为汽油当量，甲醇混合燃料与汽油当量的体积比为甲醇混合燃料的当量比。

M100甲醇汽车甲醇燃料的当量比为： $\frac{0.267\×D}{0.1154\×d}=\frac{0.267\×0.742}{0.1154\×0.792}=2.17$

即汽车燃烧2.17升的甲醇燃料相当于燃烧1升的汽油燃料得出等量的碳排放。

实施例2：

一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法，针对甲醇混合燃料中，甲醇占燃料总量的85％，汽油占燃料总量的15％，在第五步计算消耗量时，

则燃烧前与燃烧后含碳量相等：

$\frac{0.15\×\mathrm{FE}}{100}\×D\×1000\×\frac{12}{13.85}+\frac{0.85\×\mathrm{FE}}{100}\×d\×1000\×\frac{12}{32.042}=(0.866\×\mathrm{HC}+0.429\×\mathrm{CO}+0.273\×{\mathrm{CO}}_2)$

即：

$\frac{0.15\×\mathrm{FE}}{0.1154}\×D+\frac{0.85\×\mathrm{FE}}{0.267}\×d=(0.866\×\mathrm{HC}+0.429\×\mathrm{CO}+0.273\×{\mathrm{CO}}_2)$

故：

$\mathrm{FE}=\frac{(0.866\×\mathrm{HC}+0.429\×\mathrm{CO}+0.273\×{\mathrm{CO}}_2)}{(\frac{d\×0.85}{0.267}+\frac{D\×0.15}{0.1154})}$

M85甲醇汽车的甲醇混合燃料与汽油的当量比为：

$\frac{D}{(d\×3.1835+D\×1.2998)\×0.1154}=\frac{0.742}{(0.792\×3.1835+0.742\×1.2998)\×0.1154}=1.84$

其余步骤与实施例1相同。针对其它不同比例混合的甲醇燃料，都可以按照上述方法进行测量计算，从而得到甲醇汽车的燃料消耗量。

Claims (3)

1.一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法，其特征在于：

第一步，对试验车辆进行测量准备，加注符合车用甲醇燃料标准的甲醇汽油混合燃料；

第二步，车辆测量前进行预处理，将车辆放入实验室内，模拟行驶工况运行后将车辆停置在实验室内，等发动机的润滑油和冷却液充分冷却；

第三步，工况试验阶段，车辆进入排放实验室，驱动轮放在底盘测功机的转鼓上，转鼓施加车辆的行驶阻力，先模拟市区工况进行运行，在运转循环过程中将汽车尾气收集起来，并使用空气对收集的尾气进行连续稀释并混合，从运行开始到运行结束用一个采集袋收集混合均匀的气体，同时用另一个采集袋收集在市区工况下稀释前的空气样气；然后模拟市郊工况进行运行，从运行开始到运行结束用一个采集袋收集汽车在整个运行过程中排放的经稀释后的混合气体，同时用另一个采集袋收集在市郊工况下稀释前的空气样气；

第四步，将第三步内收集的气体按照轻型汽车污染物测量方法校正计算汽车排放物HC、CO、CO₂的含量；

第五步，燃料消耗量计算，根据物质守恒定律，甲醇是以C、H、O化合物为主要成分的混合物，甲醇燃烧产物中的C元素均来自甲醇，测出单位里程内汽车尾气中CO、CO₂、HC的碳量，再与单位体积内甲醇、汽油中的碳量之和相比较，即可得到燃料消耗量；

汽车尾气中的碳含量是依据甲醇的分子式CH₄O，分子量32.042，密度为0.791～0.793kg/L进行计算，

单位里程内被测出的车辆排出尾气中所含碳的质量＝

式中H/C——尾气排放中碳氢化合物的氢碳比；由于HC排放量仅为CO₂排放量的0.01%～0.1%，在计算燃料消耗量中影响甚微，忽略因为氢碳比的变化引起的HC中碳量变化对计算结果的影响，取H/C＝1.85；

HC——测得的碳氢排放量，g/km；

CO——测得的一氧化碳排放量，g/km；

CO₂——测得的二氧化碳排放量，g/km；

甲醇汽车内甲醇含量占整个燃料的百分比为A，汽油含量占整个燃料的百分比为B，

其中A+B＝1；

汽车行驶单位里程消耗甲醇混合燃料中的含碳质量＝

$\frac{B\×\mathrm{FE}}{100}\×D\×1000\×\frac{12}{13.85}+\frac{A\×\mathrm{FE}}{100}\×d\×1000\×\frac{12}{32.042}$

式中：FE——燃料消耗量，L/100km；

d——甲醇燃料的密度，kg/L，计算时取d=0.792；

D——汽油燃料的密度，kg/L，计算时取D=0.742，在标准状态20℃，100Kpa情况下取值；

单位里程指每km，含碳质量单位为g，

根据碳平衡法原理，燃烧前后的碳含量相等，从而上述两个数学式相等，因此燃料消耗量 $\mathrm{FE}=\frac{(0.866\×\mathrm{HC}+0.429\×\mathrm{CO}+0.273\×C{O}_2)}{(\frac{d\×A}{0.267}+\frac{D\×B}{0.1154})},$

第六步，计算甲醇汽油混合燃料的当量比，甲醇汽车产生一定量的尾气排放所需要汽油燃料燃烧的汽油数量为汽油当量，甲醇汽油混合燃料与汽油当量的体积比为甲醇汽油混合燃料的当量比。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法，其特征在于：第二步内的预处理工况，包括模拟市区行驶的工况运行一次，再模拟车辆在市郊行驶的工况运行两次，运行后车辆放置于温度保持为20℃至30℃的室内，使发动机的润滑油和冷却液充分冷却，直到达到室温的±2℃范围内，此处理期为6h至30h。

3.根据权利要求1或2所述的一种甲醇汽车燃料消耗量的测量方法，其特征在于：第三步的工况模拟运行中，先进行市区工况运行，共4个循环单元，60工况，平均车速19km/h,理论行驶距离4.052km，时间780s，之后再进行市郊工况运行，市郊行驶工况共1个循环单元，13工况，平均车速62.6km/h，理论行驶距离6.955km，时间400s，整个试验阶段共73工况，理论行驶距离11.007km，时间1180s。