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江苏农业科学 2013 年第 41 卷第 1 期
曾 科，姚立红，刘 凯，等． 甲醇汽油燃料对小型农用发动机性能的影响［J］． 江苏农业科学，2013，41（ 1） ： 364 － 367．
甲醇汽油燃料对小型农用发动机性能的影响
曾 科，姚立红，刘 凯，龙 萍
（ 北京林业大学工学院，北京 100083）
多数研究都是采用车用大型发动机来进行，且常常局限于单 一混合比例的甲醇汽油。本研究通过对在农业上使用较为普 遍的单缸四冲程汽油机进行台架试验，着重分析了发动机在 不同负荷条件下，甲醇汽油比例的变化对发动机性能的影响， 为甲醇汽油的推广使用提供了依据。
1 甲醇和汽油燃料的特点
甲醇和汽油的燃料特性参数见表 1。甲醇是结构最为简 单的饱 和 一 元 醇，含 氧 量 达 到 了 50% 。甲 醇 的 分 子 式 为 CH3 OH，分子间含有一个羟基，属于极性化合物，在物理性质 上与汽油相比有一定的差异，二者难以互溶。因此在制备混 合燃料时，需要添加适当的助溶剂。本试验所采用的助溶剂 能保证两种燃料完全互溶，且形成的混合燃料物理性质稳定， 不出现分层［3］。
甲醇是一种可再生的发动机替代燃料。我国煤炭存储量 较大，甲醇可由煤清洁转化而来，因此甲醇作为替代燃料在我 国发展空 间 巨 大［2］。近 年 来，国 内 外 对 甲 醇 汽 油 混 合 燃 料 （ 以下简称甲醇汽油） 在发动机上的使用性能、燃烧特性、燃 油经济性以及排放特性等多方面进行了深入的分析，但绝大
农用发动机代用燃料研究。E － mail： zkbjfu@ gmail． com。 通信作者： 姚立红，博士，副教授，硕士生导师，主要从事森林工程装
备及其自动化教学与研究。E － mail： yaolihong@ bjfu． edu． cn。
和 93 号汽油，通过速度特性对比测试发动机的功率、扭矩和 尾气排放等数据，通过负荷特性对比试验测试发动机的比油 耗等数据，从而对该单缸四冲程汽油机燃用甲醇汽油的动力 性、经济性和排放特性进行分析和研究。试验使用的仪器包 括 CAC16G 型交流电力测功机、FC2210 型智能油耗仪以及 AVL Digas 4000 Light 型尾气分析仪。
关键词： 甲醇汽油； 有效热效率； 农用发动机； 比油耗； 尾气； 动力性能 中图分类号： S218． 5 文献标志码： A 文章编号： 1002 － 1302（ 2013） 01 － 0364 － 03
小型农用发动机多指单缸四冲程汽油机，此类发动机主 要应用在农林行业的小型机械上。此类发动机具有生产量 大、分布广泛以及操作方便的优点，但缺点也十分明显，即油 耗量大、尾气污染严重。随着能源短缺问题的加剧和排放法 规的日益严格，农用发动机的发展受到一定程度的制约。寻 找合适的替代燃料、改善尾气净化系统和采用新型的燃烧模 式是降低汽油机油耗量和污染物排放量的主要技术措施［1］。 小型农用发动机结构简单，应该重点考虑寻找合适替代燃料 的方法来解决油耗高、排放差的问题。
试验材料为纯甲醇和 93 号汽油。其中纯甲醇浓度 ≥ 99. 5% 。为了研究不同比例甲醇汽油燃料对小型汽油机性能 的影 响，分 别 配 置 了 甲 醇 体 积 分 数 为 10% （ M10 ） 、20% （ M20） 和 30% （ M30） 3 种比例的甲醇汽油混合燃料。
3 结果与分析
3． 1 发动机的动力性 图 1 和图 2 是该单缸四冲程发动机燃用不同燃料的外特
摘要： 在一台农用单缸四冲程汽油机上研究了汽油与不同添加比例甲醇相混合的燃料对汽油机动力性、经济性 和排放性能的影响。结果表明，在不改变汽油机结构的情况下，燃料中随着甲醇比例的增加，汽油机的动力性有所下 降，汽油机的比油耗明显降低，尾气中 CO 和 HC 的含量均有一定程度上的下降。总体上看，M30 的综合性能最优。
2 试验设备及方案
试验在一台农用单缸四冲程汽油机上进行，其主要参数 见表 2。试验时未对发动机结构和参数做任何调整。试验分 别在单缸四冲程发动机上燃用不同比例的甲醇汽油混合燃料
收稿日期： 2012 － 05 － 28 基金项目： 北京市教育委员会课题（ 编号： 450 － 81073） 。 作者简介： 曾 科（ 1986—） ，男，湖北随州人，硕士研究生，主要从事
性曲线。由图 1 和图 2 可知该发动机使用 M30 燃料比使用 93 号汽油，功率和扭矩均有一定程度的下降，其中降幅最大 值分别为 0 ． 37 kW和1 N / m，分别下降约9． 4 % 和9 ． 9 % 。随
曾 科等： 甲醇汽油燃料对小型农用发动机性能的影响
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表 2 农用发动机的参数
名称
密度（ 20 ℃ ） （ kg / L）
汽油 0． 70 ～ 0． 78
甲醇 0． 796
沸点 （ ℃）
30 ～ 190 64． 7
汽化潜热 （ kJ / kg）
310 1 109
表 1 甲醇和汽油燃料特性参数
辛烷值
89 ～ 98 114
十六烷值
自燃温度 （ ℃）
质量低热值 （ MJ / kg）
技术参数 型号 形式
排量（ mL） 连续额定输出功率［kW / （ r / min） ］
最大输出功率（ kW） 最大扭矩［N /三菱 GT600P 风冷单缸四冲程 OHV
181 3． 3 /3 600
4． 4 11． 6 /2 800
8． 9 ∶ 1
着混合燃料中甲醇含量的减少，功率和扭矩的降幅逐渐变小， 即发动机在使用 M10 和 M20 燃料的功率和扭矩降幅较小，其 中燃用 M10 时功率和扭矩最大下降幅度在 5 个百分点左右。 发动机使用 3 种甲醇汽油混合燃料后，在额定转速以上运行 时功率和扭矩下降较大，但是随着发动机转速的降低，功率和 扭矩的下降幅度逐渐变小，与使用 93 号汽油相差不大。
理论空燃比 理论混合气热值 燃料含氧量
（ 质量）
（ MJ / kg）
（ %）
0 ～ 10 220 ～ 260 44． 52
14． 7
2． 99
0 ～ 0． 1
3
470
19． 92
6． 4
3． 07
50
甲醇的质量低热值很低，仅为汽油的 44． 7% ，但二者在 理论混合气热值上相差不大，且甲醇燃烧所需空气量仅为汽 油的 43． 5% ，汽化潜热值为汽油的 3． 6 倍，因此在不改变原 发动机结构的情况下，使用甲醇汽油燃料可以保证原发动机 的动力性。