第34卷第1期小型內(nèi)燃機與摩托車VoL 34 No. 12005年2月SMALL INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTORCYCLE Feb 2005·新能源·乙醇燃料及其在發(fā)動機中的應(yīng)用鄧元望劉放浪劉學英(1-湖南大學電氣與信息工程學院湖南長沙4100822-湖南省安化縣第二職業(yè)中專)摘要:本文對乙醇燃料的生產(chǎn)、使用以及在我國的研究現(xiàn)狀進行了論述,通過與汽油和柴油的比較,對乙醇的性質(zhì)進行了分析,最后綜述了乙醇在汽車發(fā)動機中的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞:乙醇燃料發(fā)動機中圖分類號:TK411.71文獻標識碼:A文章編號: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前言油國家從本國的實際情況出發(fā),開展代替石油系燃為了促進我國社會經(jīng)濟持續(xù)快速健康發(fā)展,緩解料的代用燃料的研究工作。由于乙醇適合作為車用能源緊張和環(huán)境污染帶來的雙重壓力,我國已經(jīng)對清發(fā)動機的燃料,并可以用農(nóng)產(chǎn)品做原料生產(chǎn),因此,潔代用燃料進行了多年的研究。乙醇作為汽車發(fā)動機些農(nóng)產(chǎn)品資源豐富的國家便開始利用本國農(nóng)產(chǎn)品的代用燃料已經(jīng)有多年的歷史,在我國也已經(jīng)開始大的資源優(yōu)勢,進行乙醇的生產(chǎn)加工22。美國和巴西規(guī)模生產(chǎn)乙醇,并準備將其作為汽車發(fā)動機的燃料,因是世界上最早將乙醇加入汽油并作為車用發(fā)動機燃此深入研究乙醇燃料在發(fā)動機中的應(yīng)用技術(shù)是十分必料的國家,美國生產(chǎn)乙醇的原料主要是玉米巴西生要的產(chǎn)乙醇的原料主要是甘蔗。1979年初,美國宣布使1我國的乙醇燃料戰(zhàn)略用和推廣汽油中加入10%的乙醇,至今,這種稱為生產(chǎn)乙醇的原料有甘蔗、甜菜、玉米、薯類、大麥、ashol的乙醇汽油(E0)已在美國普遍使用。巴西木屑、樹枝、秸桿及化工原料乙烯等。另外在我國的野在1975年就制定并開始實施乙醇汽油全國計劃第生植物資源中如菊芋、土茯苓及橡子等也可以作為生一批汽車使用的混合燃料是22%的乙醇和78%的產(chǎn)乙醇的原料。由此可見,生產(chǎn)乙醇的原料來源是汽油。由于巴西政府采取了一系列政策鼓勵生產(chǎn)十分寬廣的。使用乙醇汽油混合燃料,極大地促進了甘蔗生產(chǎn)、蔗1.1乙醇的應(yīng)用前景糖加工中國煤化科研和生產(chǎn)的發(fā)乙醇燃料的研究開發(fā)是與能源危機和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)展,形緊密相聯(lián)的1973年石油危機后,一些耗油大國和缺的科研YHECNMHG術(shù)和乙醇汽車技術(shù)證明乙醇作為汽作者簡介:鄧元望(1968-),男,博士,主要研究方向為車用發(fā)動機排放控制技術(shù)及代用燃料第1期鄧元望等:乙醇燃料及其在發(fā)動機中的應(yīng)用車發(fā)動機燃料應(yīng)用前景是十分廣闊的的起動不利。此外,它的汽化潛熱較大,又不利于它的1.2農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展及乙醇的生產(chǎn)完全汽化,從而影響混合氣的形成及發(fā)動機的起動隨著我國科技水平的不斷提高,我國的糧食生產(chǎn)表1乙醇與汽油、柴油的理化性質(zhì)比較6也得到了極大的發(fā)展,“九五”時期,我國糧食供求關(guān)理化性質(zhì)乙醇汽油柴油系發(fā)生了重大變化,農(nóng)產(chǎn)品供給初步實現(xiàn)了由長期短分子式CHCH2OHC31烴類C0x烴類缺到總量平衡、豐年有余的歷史性轉(zhuǎn)變,部分糧食主產(chǎn)分子量區(qū)出現(xiàn)糧食生產(chǎn)地區(qū)性相對過剩。由于糧食加工業(yè)明顯滯后于糧食生產(chǎn)的發(fā)展,轉(zhuǎn)化能力弱,加工深度淺含氧量/(%)34.7300產(chǎn)業(yè)鏈條短導致市場化程度低,因此農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益6度(20℃0.78930.72~0.780.83~0.86差,農(nóng)民增產(chǎn)不增收的矛盾十分突出。與此同時,我國經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高,使得沸點/℃7844-20180-370能源的需求量不斷增加,從1993年開始我國已經(jīng)成為凝點℃-117.3-60~-56|-35~10石油凈進口國,因此,為了減少對石油的依賴,須加快閃點(閉)/℃13-14|-45--3865-88替代能源特別是可再生能源的開發(fā)粘度(20℃)/mPa1.200.28-0.593.0-8.0為了促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展增加農(nóng)民的收入緩解汽化熱1J·k0.8540.31-0.340.25-0.能源壓力,黨中央、國務(wù)院及時做出了調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)低熱值/MJ·k26.77843.9~44.442.5-42.8構(gòu)的決定,在我國發(fā)展以糧食作物為原料的燃料乙醇著火溫度/℃43450-468270-350業(yè)。2001年在吉林開始了第一個燃料乙醇項目的開工建設(shè),與此同時,車用燃料乙醇的試驗工作也在進火焰?zhèn)鞑ニ俣?38-0.58之中。著火界限/(%)(w)35-18.01.3-7.61.3車用乙醇汽油的研究理論空燃比2009月至2001年6月,石油化工科學研究院kgkg8.4514.7-15.014.3-14.6開展了燃料乙醇作為汽油調(diào)合組分的可行性試驗研理論混合氣熱值M2.780~2.670究,分別進行了車用乙醇汽油調(diào)合特性及配方的實驗2.7862.72-2.79室研究和工業(yè)試生產(chǎn)車用乙醇汽油分層特性、儲存性+六烷值CN45-65及材料相容性實驗室研究金屬腐蝕抑制劑的研制開辛烷值0NN11080~98發(fā);車用乙醇汽油行車試驗研究;車用乙醇汽油國家標準的制定等主要研究工作。根據(jù)項目研究結(jié)果,20013)乙醇的辛烷值高,抗爆性能好,在汽油中加入年4月,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布了乙醇可有效提高汽油的抗爆性。GB18351-2001《車用乙醇汽油》及GB18350-2004)乙醇十六烷值低,著火性能差,在柴油機中燃《車用變性燃料乙醇》國家標準。經(jīng)國務(wù)院批準,車用用時比較困難。乙醇汽油于2002年在河南鄭州、南陽、洛陽和黑龍江5)乙醇分子中既含有烴基,又含有羥基,所以它哈爾濱及肇東5座城市開始試點使用。既有親烴油(汽油、煤油、柴油等)的特性,又有親水的2乙醇的理化性能特性,后者更為強烈。由于烴油與水是互相排斥的,乙乙醇是一種無色透明、易揮發(fā)、易燃液體,表1給醇中混有水分愈多,與烴油的互溶性愈差分層愈嚴出了乙醇與汽油、柴油的理化性質(zhì)。與汽油、柴油相重因此在其運輸、保管、儲存和使用過程中,要特別比,乙醇作燃料時具有以下特點11415:防止其自然吸濕。在柴油機或汽油機中摻燒乙醇,乙1)乙醇含氧量高,熱值較低,理論空燃比小,燃燒醇與柴油或汽油必須均勻混合,最好是均勻混溶,如果產(chǎn)物中含有較多的水、較少的二氧化碳。使用乙醇汽醇、油分層則對燃燒的均勻性和發(fā)動機工作過程的均油時,發(fā)動機的燃料消耗量隨著乙醇摻入量的增加而勻中國煤化工效率下降,排污增加,增加,在燃料辛烷值相同的情況下,發(fā)動機的動力性也同CNMH和機件早期損壞有不同程度的下降。工緊死過性云形成乙酸等對金屬有2)乙醇的沸點低,有助于燃料和空氣混合氣的形腐蝕性的化合物。乙醇在生產(chǎn)過程中一般會含有酸性成,但它是單一組分,缺少高揮發(fā)性的組分,對發(fā)動機物質(zhì),受到空氣的氧化或細菌發(fā)酵也會產(chǎn)生少量的有小型內(nèi)燃機與摩托車第34卷機酸,乙醇本身的吸水性使之在儲存過程中含有少量不變的情況下燃用乙醇柴油時可通過加大噴油量來達的水分,這些都會對發(fā)動機產(chǎn)生嚴重的腐蝕和磨損。到甚至超過燃用柴油時的功率。燃用乙醇柴油后,最3乙醇燃料在發(fā)動機中的應(yīng)用大燃燒壓力P灬呈下降趨勢,但在高負荷時變化不明乙醇燃料是指將濃度為95%左右的乙醇經(jīng)過進顯,當量燃料消耗率及熱效率均有較大的改善,NO和步脫水,再加上適量變性劑使之成為水分小于碳煙排放都有較大的降低。在一臺非增壓直噴式2958%,且不可食用的無水乙醇。通常作為乙醇變性劑型柴油機上分別對乙醇的摻混比為10%、20%和30%用的有煤油、無鉛汽油等,加入量不大于乙醇總量的的乙醇柴油(分別用E10、E20和E30表示)的試驗研5%(容積比)3。乙醇燃料在發(fā)動機中的應(yīng)用主要是究表明,在對發(fā)動機不做任何改動的條件下,柴油采用混合燃料的方式,即將燃料乙醇按一定比例加入中加入一定比例的乙醇,可大幅度降低排氣煙度,而汽油或柴油中,使之成為均勻混合的燃料并在現(xiàn)有發(fā)NO.與排氣煙度之間則按 Trade-o規(guī)律變化,乙醛和動機上使用。目前主要采用乙醇汽油的方式,乙醇柴未燃乙醇的排放隨乙醇摻混比的增加而大幅度上升,油也正在研究中。燃料經(jīng)濟性有一定程度的改善。小負荷時,隨著摻混當汽油中乙醇摻入量小于10%時,汽車發(fā)動機的比的增加缸內(nèi)峰值壓力降低,在大負荷時則相反。隨燃料供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)及壓縮比可不做任何調(diào)整或著摻混比的增加,著火延遲期延長,燃燒持續(xù)期縮短,少許調(diào)整,將有助于增加燃料含氧量,促進發(fā)動機燃有效地改善了缸內(nèi)燃燒。燒,降低排放。因此,目前美國使用含氧或新配方汽油4結(jié)論地區(qū)的乙醇添加量為5.7%(氧含量小于20%)或1)在保證糧食供需平衡,確保人們生活水平的前7.7%(氧含量小于2.7%)。1998年12月,世界汽車提下,充分利用存糧生產(chǎn)乙醇對緩解能源緊張和環(huán)境制造商組織聯(lián)合發(fā)布的“世界燃料規(guī)范”要求氧含量污染、促進糧食生產(chǎn)、提高農(nóng)民收入具有十分重要的現(xiàn)不大于2.7%,其中乙醇添加量要求不大于10%。我實意義。國國家標準規(guī)定乙醇汽油中只允許加入體積比10%2)當前在我國應(yīng)繼續(xù)加強乙醇汽油在汽車發(fā)動±0.5%的燃料乙醇,并稱為E10機中的應(yīng)用研究,使發(fā)動機的性能得到最優(yōu)化。乙醇以一定的比例摻入汽油中后會改變混合燃料的物化性質(zhì),這會影響汽油機的性能。選擇10%(體參考文獻積)乙醇汽油和30%乙醇汽油兩種燃料在一臺電噴汽1崔心存內(nèi)燃機的代用燃料[M].北京:機械工業(yè)出版社油機上的研究表明,隨著混合燃料中乙醇含量的增加,THC的排放改善最為顯著,可達30%左右,CO排2何學良詹永厚李疏松內(nèi)燃機燃料[M].北京:中國石放在大負荷時有所改善,NO排放在中小負荷時改善化出版社,1999較明顯。怠速時,E10對CO、THC和NO,排放的改善3劉鐵男.中國燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].中國能源,2002不明顯,但E30有35%~55%的改善效果。隨乙醇摻(3):6~10混比的提高,以質(zhì)量計的燃料消耗率增加,但以熱值計4張永光,羅格梅.21世紀汽車代用燃料的發(fā)展方向[J]的能量消耗率有不同程度的降低,E30時可降低4%石油商技,2002,20(2):1~55張永光.乙醇作為車用燃料的可行性及發(fā)展趨勢[J].石左右。選擇10%(體積)乙醇汽油和15%乙醇汽油兩油商技,2001,19(5):16-19種混合燃料在一臺摩托車汽油機上的研究表明,在6王建昕,閆小光程勇乙醇柴油混合燃料的燃燒與排放汽油中摻混小比例(10%~15%)含水不高的乙醇,無特性[J].內(nèi)燃機學報,2002,20(3):225-29須對汽油機進行改造和調(diào)整燃油供給系統(tǒng),雖然發(fā)動7何邦全,閆小光,王建昕等電噴汽油機燃用乙醇汽油燃機的功率、扭矩略有降低,但并不影響使用性能。汽油料的排放性能研究[J].內(nèi)燃機學報,2002,20(5):399中摻入小比例的乙醇后,有利于改善汽油機的燃燒,降低能耗率和改善汽油機的排放。8顧潔,杜德興.汽油機燃用汽油乙醇混合燃料的試驗研同樣,乙醇以一定的比例摻入柴油中后也會改變22(2):42-45中國煤化工混合燃料的物化性質(zhì),這會影響柴油機的性能。在L上燃用乙醇柴油的試CNMHG2): 24-27臺單缸4氣門135非增壓直噴式柴油機上使用摻入乙(收稿日期:2004-04-23)醇體積分數(shù)分別為20%和25%的乙醇柴油(分別用E20和E25表示)的試驗結(jié)果表明,在發(fā)動機結(jié)構(gòu)