乙醇燃料及其在发动机中的应用

第34卷第1期小型内燃机与摩托车VoL 34 No. 12005年2月SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLE Feb 2005·新能源·乙醇燃料及其在发动机中的应用邓元望刘放浪刘学英(1-湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙4100822-湖南省安化县第二职业中专)摘要:本文对乙醇燃料的生产、使用以及在我国的研究现状进行了论述,通过与汽油和柴油的比较,对乙醇的性质进行了分析,最后综述了乙醇在汽车发动机中的应用情况。关键词:乙醇燃料发动机中图分类号:TK411.71文献标识码:A文章编号:1671-0630(2005)01-0028-03Ethanol Fuel and its application on EnginesDeng Yuanwang, Liu Fanglang, Liu Xueying1-School of Electrical Information Engineering, Hunan University( Changsha 410082)2- The 2nd Technical Secondary School of Hunan Province, Anhua CountyAbstract: The paper presents the production, utility and research situation for the ethanol fuel in ourcountry. Compared with gasoline and diesel fuels, the properties of the ethanol fuel are analyzed. Finally its application on the engines is reviewedKeywords: Ethanol, Fuel, Engine前言油国家从本国的实际情况出发,开展代替石油系燃为了促进我国社会经济持续快速健康发展,缓解料的代用燃料的研究工作。由于乙醇适合作为车用能源紧张和环境污染带来的双重压力,我国已经对清发动机的燃料,并可以用农产品做原料生产,因此,洁代用燃料进行了多年的研究。乙醇作为汽车发动机些农产品资源丰富的国家便开始利用本国农产品的代用燃料已经有多年的历史,在我国也已经开始大的资源优势,进行乙醇的生产加工22。美国和巴西规模生产乙醇,并准备将其作为汽车发动机的燃料,因是世界上最早将乙醇加入汽油并作为车用发动机燃此深入研究乙醇燃料在发动机中的应用技术是十分必料的国家,美国生产乙醇的原料主要是玉米巴西生要的产乙醇的原料主要是甘蔗。1979年初,美国宣布使1我国的乙醇燃料战略用和推广汽油中加入10%的乙醇,至今,这种称为生产乙醇的原料有甘蔗、甜菜、玉米、薯类、大麦、ashol的乙醇汽油(E0)已在美国普遍使用。巴西木屑、树枝、秸杆及化工原料乙烯等。另外在我国的野在1975年就制定并开始实施乙醇汽油全国计划第生植物资源中如菊芋、土茯苓及橡子等也可以作为生一批汽车使用的混合燃料是22%的乙醇和78%的产乙醇的原料。由此可见,生产乙醇的原料来源是汽油。由于巴西政府采取了一系列政策鼓励生产十分宽广的。使用乙醇汽油混合燃料,极大地促进了甘蔗生产、蔗1.1乙醇的应用前景糖加工中国煤化科研和生产的发乙醇燃料的研究开发是与能源危机和农业生产展,形紧密相联的1973年石油危机后,一些耗油大国和缺的科研YHECNMHG术和乙醇汽车技术证明乙醇作为汽作者简介:邓元望(1968-),男,博士,主要研究方向为车用发动机排放控制技术及代用燃料第1期邓元望等:乙醇燃料及其在发动机中的应用车发动机燃料应用前景是十分广阔的的起动不利。此外,它的汽化潜热较大,又不利于它的1.2农业的持续发展及乙醇的生产完全汽化,从而影响混合气的形成及发动机的起动随着我国科技水平的不断提高,我国的粮食生产表1乙醇与汽油、柴油的理化性质比较6也得到了极大的发展,“九五”时期,我国粮食供求关理化性质乙醇汽油柴油系发生了重大变化,农产品供给初步实现了由长期短分子式CHCH2OHC31烃类C0x烃类缺到总量平衡、丰年有余的历史性转变,部分粮食主产分子量区出现粮食生产地区性相对过剩。由于粮食加工业明显滞后于粮食生产的发展,转化能力弱,加工深度浅含氧量/(%)34.7300产业链条短导致市场化程度低,因此农业经济效益6度(20℃0.78930.72~0.780.83~0.86差,农民增产不增收的矛盾十分突出。与此同时,我国经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高,使得沸点/℃7844-20180-370能源的需求量不断增加,从1993年开始我国已经成为凝点℃-117.3-60~-56|-35~10石油净进口国,因此,为了减少对石油的依赖,须加快闪点(闭)/℃13-14|-45--3865-88替代能源特别是可再生能源的开发粘度(20℃)/mPa1.200.28-0.593.0-8.0为了促进农业生产的发展增加农民的收入缓解汽化热1J·k0.8540.31-0.340.25-0.能源压力,党中央、国务院及时做出了调整农业产业结低热值/MJ·k26.77843.9~44.442.5-42.8构的决定,在我国发展以粮食作物为原料的燃料乙醇着火温度/℃43450-468270-350业。2001年在吉林开始了第一个燃料乙醇项目的开工建设,与此同时,车用燃料乙醇的试验工作也在进火焰传播速度038-0.58之中。着火界限/(%)(w)35-18.01.3-7.61.3车用乙醇汽油的研究理论空燃比2009月至2001年6月,石油化工科学研究院kgkg8.4514.7-15.014.3-14.6开展了燃料乙醇作为汽油调合组分的可行性试验研理论混合气热值M2.780~2.670究,分别进行了车用乙醇汽油调合特性及配方的实验2.7862.72-2.79室研究和工业试生产车用乙醇汽油分层特性、储存性+六烷值CN45-65及材料相容性实验室研究金属腐蚀抑制剂的研制开辛烷值0NN11080~98发;车用乙醇汽油行车试验研究;车用乙醇汽油国家标准的制定等主要研究工作。根据项目研究结果,20013)乙醇的辛烷值高,抗爆性能好,在汽油中加入年4月,国家质量监督检验检疫总局颁布了乙醇可有效提高汽油的抗爆性。GB18351-2001《车用乙醇汽油》及GB18350-2004)乙醇十六烷值低,着火性能差,在柴油机中燃《车用变性燃料乙醇》国家标准。经国务院批准,车用用时比较困难。乙醇汽油于2002年在河南郑州、南阳、洛阳和黑龙江5)乙醇分子中既含有烃基,又含有羟基,所以它哈尔滨及肇东5座城市开始试点使用。既有亲烃油(汽油、煤油、柴油等)的特性,又有亲水的2乙醇的理化性能特性,后者更为强烈。由于烃油与水是互相排斥的,乙乙醇是一种无色透明、易挥发、易燃液体,表1给醇中混有水分愈多,与烃油的互溶性愈差分层愈严出了乙醇与汽油、柴油的理化性质。与汽油、柴油相重因此在其运输、保管、储存和使用过程中,要特别比,乙醇作燃料时具有以下特点11415:防止其自然吸湿。在柴油机或汽油机中掺烧乙醇,乙1)乙醇含氧量高,热值较低,理论空燃比小,燃烧醇与柴油或汽油必须均匀混合,最好是均匀混溶,如果产物中含有较多的水、较少的二氧化碳。使用乙醇汽醇、油分层则对燃烧的均匀性和发动机工作过程的均油时,发动机的燃料消耗量随着乙醇掺入量的增加而匀中国煤化工效率下降,排污增加,增加,在燃料辛烷值相同的情况下,发动机的动力性也同CNMH和机件早期损坏有不同程度的下降。工紧死过性云形成乙酸等对金属有2)乙醇的沸点低,有助于燃料和空气混合气的形腐蚀性的化合物。乙醇在生产过程中一般会含有酸性成,但它是单一组分,缺少高挥发性的组分,对发动机物质,受到空气的氧化或细菌发酵也会产生少量的有小型内燃机与摩托车第34卷机酸,乙醇本身的吸水性使之在储存过程中含有少量不变的情况下燃用乙醇柴油时可通过加大喷油量来达的水分,这些都会对发动机产生严重的腐蚀和磨损。到甚至超过燃用柴油时的功率。燃用乙醇柴油后,最3乙醇燃料在发动机中的应用大燃烧压力P灬呈下降趋势,但在高负荷时变化不明乙醇燃料是指将浓度为95%左右的乙醇经过进显,当量燃料消耗率及热效率均有较大的改善,NO和步脱水,再加上适量变性剂使之成为水分小于碳烟排放都有较大的降低。在一台非增压直喷式2958%,且不可食用的无水乙醇。通常作为乙醇变性剂型柴油机上分别对乙醇的掺混比为10%、20%和30%用的有煤油、无铅汽油等,加入量不大于乙醇总量的的乙醇柴油(分别用E10、E20和E30表示)的试验研5%(容积比)3。乙醇燃料在发动机中的应用主要是究表明,在对发动机不做任何改动的条件下,柴油采用混合燃料的方式,即将燃料乙醇按一定比例加入中加入一定比例的乙醇,可大幅度降低排气烟度,而汽油或柴油中,使之成为均匀混合的燃料并在现有发NO.与排气烟度之间则按 Trade-o规律变化,乙醛和动机上使用。目前主要采用乙醇汽油的方式,乙醇柴未燃乙醇的排放随乙醇掺混比的增加而大幅度上升,油也正在研究中。燃料经济性有一定程度的改善。小负荷时,随着掺混当汽油中乙醇掺入量小于10%时,汽车发动机的比的增加缸内峰值压力降低,在大负荷时则相反。随燃料供给系统、点火系统及压缩比可不做任何调整或着掺混比的增加,着火延迟期延长,燃烧持续期缩短,少许调整,将有助于增加燃料含氧量,促进发动机燃有效地改善了缸内燃烧。烧,降低排放。因此,目前美国使用含氧或新配方汽油4结论地区的乙醇添加量为5.7%(氧含量小于20%)或1)在保证粮食供需平衡,确保人们生活水平的前7.7%(氧含量小于2.7%)。1998年12月,世界汽车提下,充分利用存粮生产乙醇对缓解能源紧张和环境制造商组织联合发布的“世界燃料规范”要求氧含量污染、促进粮食生产、提高农民收入具有十分重要的现不大于2.7%,其中乙醇添加量要求不大于10%。我实意义。国国家标准规定乙醇汽油中只允许加入体积比10%2)当前在我国应继续加强乙醇汽油在汽车发动±0.5%的燃料乙醇,并称为E10机中的应用研究,使发动机的性能得到最优化。乙醇以一定的比例掺入汽油中后会改变混合燃料的物化性质,这会影响汽油机的性能。选择10%(体参考文献积)乙醇汽油和30%乙醇汽油两种燃料在一台电喷汽1崔心存内燃机的代用燃料[M].北京:机械工业出版社油机上的研究表明,随着混合燃料中乙醇含量的增加,THC的排放改善最为显著,可达30%左右,CO排2何学良詹永厚李疏松内燃机燃料[M].北京:中国石放在大负荷时有所改善,NO排放在中小负荷时改善化出版社,1999较明显。怠速时,E10对CO、THC和NO,排放的改善3刘铁男.中国燃料乙醇产业发展[J].中国能源,2002不明显,但E30有35%~55%的改善效果。随乙醇掺(3):6~10混比的提高,以质量计的燃料消耗率增加,但以热值计4张永光,罗格梅.21世纪汽车代用燃料的发展方向[J]的能量消耗率有不同程度的降低,E30时可降低4%石油商技,2002,20(2):1~55张永光.乙醇作为车用燃料的可行性及发展趋势[J].石左右。选择10%(体积)乙醇汽油和15%乙醇汽油两油商技,2001,19(5):16-19种混合燃料在一台摩托车汽油机上的研究表明,在6王建昕,闫小光程勇乙醇柴油混合燃料的燃烧与排放汽油中掺混小比例(10%~15%)含水不高的乙醇,无特性[J].内燃机学报,2002,20(3):225-29须对汽油机进行改造和调整燃油供给系统,虽然发动7何邦全,闫小光,王建昕等电喷汽油机燃用乙醇汽油燃机的功率、扭矩略有降低,但并不影响使用性能。汽油料的排放性能研究[J].内燃机学报,2002,20(5):399中掺入小比例的乙醇后,有利于改善汽油机的燃烧,降低能耗率和改善汽油机的排放。8顾洁,杜德兴.汽油机燃用汽油乙醇混合燃料的试验研同样,乙醇以一定的比例掺入柴油中后也会改变22(2):42-45中国煤化工混合燃料的物化性质,这会影响柴油机的性能。在L上燃用乙醇柴油的试CNMHG2): 24-27台单缸4气门135非增压直喷式柴油机上使用掺入乙(收稿日期:2004-04-23)醇体积分数分别为20%和25%的乙醇柴油(分别用E20和E25表示)的试验结果表明,在发动机结构