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摘 要
目前世界石油资源的短缺和环境污染的加剧，为缓解汽车对石油的依赖，改善全球大气环境污染，适应国际能源开发的需要，世界各国都在寻找新的汽车代用燃料。而乙醇凭借其可再生性和燃烧清洁性，已成为国内外汽车代用燃料的研究重点之一。乙醇燃料是一种新型车用替代燃料，与汽油相比具有可再生性、热效率高和排放低等优点，这对于我国的能源、环保、等问题具有重要意义。
本文分析了国际原油价格发展历史，并且在目前高油价的形势下分析了乙醇汽油的发展与前景。通过对美国、巴西两国乙醇燃料发展历史与现状的分析对比，得出了两国发展乙醇燃料各自不同的特点，以及他们共同的发展趋势。在分析的基础上对我国乙醇汽油发展提出了建议和意见。概述了国内外乙醇汽油的发展现状，和发展乙醇汽油的目的和意义。找出乙醇汽油现阶段存在的问题。
本文对四种燃料E0、E5、E10和E15的台架试验数据进行了分析，从动力性、经济性和排放性能分别进行了对比试验，研究表明, 本论文对燃用四种低比例乙醇汽油混合燃料后发动机的动力性和燃油经济性做了一定的研究与分析，发现乙醇汽油燃用混合燃料的动力性有所降低，但与原机相差不大：以质量计的燃油消耗率明显增加，燃油经济性有所降低。燃用乙醇汽油混合燃料后，尾气排放中的CO和HC能够明显得到降低，但同时也会引起个别工况下NOx排放量的增加。
本文最后参考国内外相关资料进行了分析，并提出了解决建议。
关键词：乙醇；排放性；经济性；动力性；实验分析；改进研究
ABSTRACT
The world's oil resources shortage and environmental pollution increase, to ease dependence on oil vehicle, improving the global atmospheric pollution, the need to adapt to the international energy development, countries in the world looking for new alternative fuel vehicles. And by virtue of its renewable nature of ethanol and combustion cleanliness, alternative fuel vehicles at home and abroad has become a focus of research. Ethanol fuel is a new alternative fuel vehicle, compared with gasoline with renewable, low thermal efficiency and emissions benefits, which for our energy, environmental protection, and other issues of great significance.
This paper analyzes the history of international crude oil prices and high oil prices in the current situation of the development of ethanol gasoline and prospects. Through the United States, Brazil, ethanol fuel between the two countries history and current situation analysis and comparison of the development of ethanol fuel between the two countries reached their different characteristics, and their common trends. Based on the analysis of ethanol gasoline in China has put forward suggestions and comments. An overview of the development of ethanol fuel situation at home and abroad, and developing the purpose and meaning of ethanol gasoline. Identify the existing problems of ethanol gasoline.
In this paper, four kinds of fuel E0, E5, E10 and E15 of the bench test data were analyzed, from the power, economy and emissions tests were compared, studies have shown that this thesis, the low proportion of fuel ethanol and gasoline in four mixture of fuel and engine power and fuel economy to do some research and analysis, found that ethanol gasoline blended fuel burning power was somewhat lower, but with little difference between the original machine: the mass of the fuel consumption rate was increased fuel economy decreased. Fuel ethanol blended gasoline fuel, emissions of CO and HC can be reduced significantly, but operating conditions will also cause the individual to increase NOx emissions.
Finally, a review of relevant data were analyzed, and the solutions proposed.
Key words：Ethanol; Emissions; Economy; Dynamic; Experimental Analysis; Improvement
目 录
摘 要I
ABSTRACTII
第１章 绪 论1
1.1概述1
1.2燃料乙醇研究发展现状2
1.2.1国外发展概况2
1.2.2国内发展概况4
1.3本论文研究的目的与内容5
1.3.1论文研究目的5
1.3.2论文研究内容5
1.4推广乙醇汽油的意义6
第２章 发动机燃烧技术8
2.1燃料乙醇的理化特性8
2.2汽油的理化特性9
2.3 燃料乙醇与汽油理化特性的比较10
2.4 乙醇汽油的优点11
2.5 乙醇汽油的缺点12
2.6 汽车发动机燃烧技术12
2.7乙醇油燃烧分析13
2.8 本章小结14
第３章 实验方案设计及实验设备简介15
3.1 相关实验台设备15
3.1.1 实验用汽油机15
3.1.2 测试系统16
3.1.3 FC2000发动机自动测控系统16
3.1.4 FC2100油耗仪18
3.1.5 AVL i60智能排放仪18
3.1.6 实验台组成框架简介19
3.2乙醇汽油的掺比方案19
3.3 实验方案的设计20
3.4 汽车动力性能及燃油经济性21
3.5车用乙醇汽油性能理论分析21
第四章 实验结果研究分析22
4. 1汽油机动力性22
4. 2汽油机燃油经济性23
4..3乙醇汽油发动机排放性能25
4.4 本章小结31
第五章 改进技术研究33
5.1提高汽油机动力性的改进措施33
5.1.1乙醇汽油动力差的原因33
5.1.2从发动机本身进行改进33
5.1.3从燃料本身进行改进34
5.2提高汽油机燃油经济性的改进措施35
5.2.1乙醇汽油经济性差的原因35
5.2.2从汽油机本身改进35
5.2.3从燃料本身改进35
5.3降低汽油机排放性的改进35
5.3.1乙醇汽油排放性好的原因35
5.3.2从汽油机本身改进36
5.3.3从燃料本身改进36
5.4乙醇汽油车冬季滴水问题改进研究36
5.5本章小结37
结 论38
参考文献39
致 谢41
第１章 绪 论
1.1概述
能源是人类生存和发展的第一性保证因素之一。从2000年开始，中国的能源短缺和结构不合理，引发了国内外的严重关注。中国的能源问题已经成为经济可持续发展的主要瓶颈，也直接影响国家能源战略安全。地球上能源种类很多，总体上可分为可再生能源和不可再生能源。可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、水能及由可再生资源衍生出来的生物燃料等；不可再生能源包括石油、天然气、煤炭、核能等。目前消耗量最大的是石油、煤炭和天然气这些不可再生能源，由于其储量有限并且已经逐渐枯竭，造成世界各国普遍存在能源问题。
我国是能源消耗的大国，占世界一次能源（以石油、天然气、核电和煤炭等优质能源为主）需求总量的10%以上。而能源以煤炭消费（约占75%）为主，石油约占17%。能源结构中低效、高污染能源占相当比重，高效清洁能源所占比例很小，这样的结构不仅造成能源的大量浪费，而且对环境造成很大污染，偏离了世界能源结构发展趋势的主流。今后我国应加速优化能源结构，增加清洁能源和新能源的比重。
从上世纪60年代开始，美国、日本和欧盟等国家和地区相继制定了汽车排放限制标准，以控制汽车排放给人类生存环境带来的日益严重的危害。排放限制标准的出台，迫使汽车制造业和相关的研究机构甚至政府部门都倾注了大量的人力和财力来研究降低排气中各种有害物质的对策和控制技术。然而，单纯依靠改善内燃机燃烧和排放系统来改善汽车排放以达到排放标准的措施也受到许多限制。因此，除了设计更高效的发动机以节省燃料资源外，必须寻找其它的能源以部分或者完全替代我们当前正在使用的燃料。
乙醇是一种常用的燃料和燃料添加剂，可以充当汽车燃料的替代品，在近代也越来越受到重视。纯乙醇或添加到汽油中，不仅可以提供驱动的动力，还能改善汽车污染物的排放，并且它具有制造方便、价格低廉和辛烷值较高等优点，这些都是促使各国科学家和学者们积极研究的原动力。最好是把研究重点放在乙醇汽油的混合燃料上，而避免对发动机进行改装，节约生产成本。
未来，中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五”期间，中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料乙醇生产企业的产能来看，远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五”末，国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到50％以上，这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。
1.2燃料乙醇研究发展现状
乙醇的生产方法，有以生物质为原料的发酵法和以石化产品为原料的化学合成法。20世纪50年代以前，乙醇主要依靠生物发酵法生产，所用原料可以是淀粉质、糖蜜、纤维原料等。普通乙醇生产在我国古代就已开始，是迄今为止生产最成熟、经验最丰富、历史最悠久的可再生能源。50年代以后，随着世界石油化工的迅速发展，乙烯经加温加压水合就能生成乙醇，这种方法在石化工业发达的国家发展很快。化学合成法的生产过程虽然简单，但受原料来源的限制，随着1976年第一次世界范围内“石油危机”的发生，使合成乙醇的发展受挫。世界上除美国有少量合成乙醇生产外，其他国家都没有大规模的工业化生产。
燃料乙醇作为一种工业化大规模生产的能源，和以往小规模、食用型的乙醇生产并不完全相同。燃料乙醇产生于20世纪初叶，后因石油的大规模、低成本开发以及其经济性较差而被淘汰。如今，为了减轻对石油的依赖，人们都在寻找可再生能源。由于乙醇进人燃料市场有重大的发展潜势，引起了世界性的重视，因此发酵法生产燃料乙醇的发展动力大大加强。同时农业的快速发展，造成粮食相对过剩，这一切都使燃料乙醇产业的重新崛起、迅速发展成为必然。
1.2.1国外发展概况
燃料乙醇被认为是替代和节约汽油的最佳燃料之一，能和汽油以一定比例混配成一种车用燃料。这项技术在国外已十分成熟，具有价廉、清洁、安全、环保、可再生等优点。燃料乙醇的发展与国际原油供应情况息息相关。
在燃料乙醇的生产、推广和使用方面，美国和巴西走在了世界的前列，两国产量的总和占全球总量的66%。我国2002年乙醇产量为213万吨，仅次于美国及巴西。燃料乙醇的成本随着生产规模的扩大、生产技术和综合利用能力的提高而不断下降。目前使用车用乙醇汽油的国家主要是美国和巴西，欧盟自20世纪90年代初也开始生产、使用车用乙醇汽油。
1979年，在石油危机的背景下，美国为减少对进口原油的依赖，联邦政府制定了“乙醇发展计划”，开始大力推广车用乙醇汽油。作为重要的能源战略，美国还制定了相关的法律和扶持政策，对车用乙醇汽油的生产和使用给予财政补贴。据悉，美国清洁空气法曾对新配方汽油（RFG）含氧量提出要求，MTBE被推荐为RFG的含氧化合物。现在，美国15个州将尾随加州禁用MTBE，塞纳特能源议案号召全国在4年内全部禁用MTBE。预计到2004年，美国汽车燃料将需要23亿加仑乙醇，2012年将达50亿加仑。按可再生燃料协会统计，美国乙醇生产量将从2001年17.7亿加仑增加到2002年22亿加仑，1999-2001年增加了20%。6座新装置己于2002年投产，另有14座乙醇生产厂正在建设中。到2002年底，乙醇生产能力将由2001年21亿加仑增加到28.6亿加仑。乙醇的魅力在于它是可清洁燃烧的燃料，可从再生物质能源生产，虽然乙醇生产费用较高，但采用改进技术的新工艺和使用较廉价的原料，可望降低生产费用。美国加州将于2004年1月禁用MTBE，届时将引入RFG含硫新标准30PPm，加州将执行RFG 3标准，平均含硫限值15PPm（现在为30PPm）、含苯0.7%（现在为0.8%）。加州大多数主要炼油厂正在快速向汽油不加MTBE转化，菲利浦斯石油公司已于2002年7月首次在加州加油站推销无MTBE的汽油，另有三家炼制商也将跟随其后。美国现约有200万辆可灵活用油汽车，可使用汽油也可使用乙醇汽油E 85（85%乙醇和15%汽油）。美国现有135座加油站可加用E 85乙醇汽油，大多在明尼苏达州。现还开发了基于乙醇的无铅航空燃料AGZ 85，可用于小型非喷气式飞机
按照最近美国国会提议的立法，要求大力发展乙醇工业，今后15年乙醇的使用将翻三番。为了进一步降低生产成本，美国能源部大力支持纤维素乙醇中试及产业化攻关项目，目的是利用木材、稻草、玉米秆等纤维素废料生产燃料乙醇。美国政府实施燃料乙醇政策以来，给国家经济、农业生产、贸易、人民生活等多方面带来了极大的益处，促进了美国农业的发展，改善了环境，减少了原油进口，为社会提供了大量的就业机会。
巴西是石油资源贫乏的国家之一。早在上世纪20年代巴西就开始在汽车中应用乙醇汽油混合燃料。1975年巴西政府开始大力实施乙醇全国计划这一新能源政策，因地制宜推动以甘蔗为主要原料的乙醇燃料的发展，目标是减少石油进口，实现能源的多元化。1977年巴西政府制定法规，正式以20％乙醇与汽油混配，推向国内燃料市场，用于普通汽油发动机汽车。经过30多年的努力，现在巴西已经成为世界上屈指可数的乙醇生产和消费大国。据不完全统计，目前巴西全国使用乙醇汽油的汽车约有1 600万辆，而完全用含水酒精作动力燃料的乙醇汽车也达到了200多万辆。如今巴西已经形成完整的燃料乙醇供应系统，乙醇和汽油都通过管道输送，与铁路、公路相连接，供应3 1 979个加油站进行零售。燃料乙醇计划的实施，给巴西带来了三大收益，一是形成了独立的经济能源运行系统，保证了国家能源安全；二是刺激了农业和乙醇相关行业的发展，为巴西经济注入了新的活力；三是大大减少了温室气体等有害气体的排放量，使大气质量和生态环境得到显著改善。
巴西政府大力发展燃料乙醇行动计划始于1975年，原因有三：第一从国家能源安全和经济发展考虑，当时巴西80%的燃料依赖进口，国家的能源安全不能保证；第二是为了促进国内农业、种植业的发展和保护农民利益，巴西是一个农业大国，拥有全世界最大的甘蔗种植区；第三是为本国发展绿色可再生能源创出新路和保护环境。
目前，巴西年产乙醇1200万吨左右，高居世界首位，是世界上最大的燃料乙醇生产和消费国。巴西每年消耗燃料乙醇的数量已占到每年消耗车用汽油的33%，约40%的小汽车完全以乙醇做燃料，其余则以22%的燃料乙醇和78%的车用汽油的混合物作为燃料。每年有470万吨无水乙醇、480万吨含水乙醇用于车中，在全巴西2.6万个加油站有燃料乙醇销售。
日本洋马公司经多次试验，基本解决了乙醇与柴油混合的分层问题，正着力
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