毕业设计（论文）醇基燃料类发动机的性能分析

1、摘 要 汽车工业在推动经济增长的同时，对能源、环境和安全的影响也日益受到社会的关注，尤其是现在社会能源短缺，油价上涨。寻找供应稳定、排放清洁的汽车替代燃料是世界各国都非常关心的问题。醇类燃料作为液体燃料，其储运、分配、携带、使用都与传统的汽、柴油相差无几，而且其原料资源多，燃烧排放污染物低于石油类燃料，因而受到国际重视。 在本论文中，探讨、总结了世界发达国家醇类燃料汽车的产业和技术发展情况，详细的叙述了甲醇和乙醇的理化性能以及混合燃料的理化性质。甲醇（乙醇）燃料汽车发动机的性能的具体的分析和比较，使用醇类燃料能效、环境、动力性能等方面的问题。还对醇基燃料发动机的改进的具体的部件进行了理论分析等

2、。 从中得出了醇基燃料发动机在排放、冷启动、最大功率、最大扭矩等方面的优缺点。关键词:汽车、甲醇、乙醇、动力性能、理化性质。AbstractAutomobile industry in the promotion of economic growth, energy, environmental and safety impacts have also been growing concern in the community, particularly now that social energy shortages, rising oil prices. Find a steady sup

3、ply of clean emissions alternative fuel vehicle countries in the world are very concerned about. Alcohol fuel as a liquid fuel, its storage, transportation, distribution, transportation, use both traditional gasoline and diesel is almost the same, but its raw materials resources, the emission of pol

4、lutants below the combustion of petroleum fuels, causing international attention.In this paper, the study, a summary of the worlds developed countries Alcohol Fuel car industry and technology development, detailed description of methanol and ethanol, and the physical and chemical properties of the m

5、ixed fuel properties. Methanol (ethanol) fuel vehicle engine performance of specific analysis and comparison, the use of alcohol fuel efficiency, the environment, dynamic performance, and other issues. Also on the alcohol-based fuel engines to improve the specific components of the theoretical analy

6、sis. Draw the alcohol-based fuel in the engine emissions, cold start, the maximum power, maximum torque and so on the merits.Keywords：Automobile、 methanol、ethanol、 power performance、physical and chemical properties.目 录 TOC o 1-3 u 引言 PAGEREF _Toc169082720 h 1第一章 内外醇类燃料汽车产业发展状况 PAGEREF _Toc169082721

7、h 21.1 国外醇类燃料汽车产业发展状况 PAGEREF _Toc169082722 h 21.1.1 醇类燃料汽车在美国的发展 PAGEREF _Toc169082723 h 31.1.2 醇类燃料汽车在日本的发展 PAGEREF _Toc169082724 h 4.3 类燃料汽车在加拿大的发展 PAGEREF _Toc169082725 h 51.2 我国醇类燃料汽车的发展 PAGEREF _Toc169082726 h 51.2.1 我国甲醇燃料汽车的发展状况 PAGEREF _Toc169082727 h 51.2.2 我国乙醇燃料汽车的发展状况 PAGEREF _Toc169082

8、728 h 6第二章 甲醇汽油燃料的理化性质及发动机的性能分析 PAGEREF _Toc169082729 h 82.1 甲醇、汽油和甲醇汽油的理化性质对比 PAGEREF _Toc169082730 h 82.2 甲醇汽油使用中的主要问题及解决方法 PAGEREF _Toc169082731 h 112.2.1 甲醇汽油的相溶性 PAGEREF _Toc169082732 h 112.2.2 甲醇汽油对非金属的溶胀性 PAGEREF _Toc169082733 h 122.2.3 甲醇汽油的毒性 PAGEREF _Toc169082734 h 132.3 甲醇的热值 PAGEREF _Toc

9、169082735 h 142.3.1 质量低热值 PAGEREF _Toc169082736 h 142.3.2 理论混合气热值 PAGEREF _Toc169082737 h 142.4 甲醇发动机性能分析 PAGEREF _Toc169082738 h 162.4.1 起动性能试验 PAGEREF _Toc169082739 h 162.4.2 怠速排放性能测试 PAGEREF _Toc169082740 h 172.4.3 速度特性试验 PAGEREF _Toc169082741 h 172.4.4 负荷特性试验 PAGEREF _Toc169082742 h 182.5 结论 PAG

10、EREF _Toc169082743 h 19第三章 乙醇燃料的理化性质及发动机性能分析 PAGEREF _Toc169082744 h 21 乙醇/柴油混合燃料相溶特性 PAGEREF _Toc169082745 h 213.1.1 水含量对乙醇/柴油混合燃料相溶特性的影响 PAGEREF _Toc169082746 h 213.1.2 助溶剂开发与性能评价 PAGEREF _Toc169082747 h 213.1.3 水含量对助溶剂添加比例的影响 PAGEREF _Toc169082748 h 213.1.4 乙醇添加比例对乙醇柴油理化特性影响 PAGEREF _Toc169082749

11、 h 213.1.5 乙醇柴油储存性能研究 PAGEREF _Toc169082750 h 223.2 乙醇掺烧比例对发动机性能影响 PAGEREF _Toc169082751 h 223.2 乙醇掺烧比例对发动机燃烧特性的影响 PAGEREF _Toc169082752 h 25 供油提前角调整对燃用E10乙醇柴油机性能的影响 PAGEREF _Toc169082753 h 25 燃用乙醇柴油的发动机可靠性 PAGEREF _Toc169082754 h 27 总结 PAGEREF _Toc169082755 h 28第四章 醇基燃料的综合性质和内燃机的特点 PAGEREF _Toc1690

12、82756 h 29 混合燃料的综合性质 PAGEREF _Toc169082757 h 294.2 醇基燃料内燃机的特殊部件及原理 PAGEREF _Toc169082758 h 354.2.1 供油系统及供油量 PAGEREF _Toc169082759 h 354.2.2 喷油泵零件的润滑 PAGEREF _Toc169082760 h 364.2.3 稳定油路中燃油的压力及防止气阻的措施。 PAGEREF _Toc169082761 h 38第五章总结 PAGEREF _Toc169082762 h 39参考文献 PAGEREF _Toc169082763 h 1谢 辞 PAGEREF

13、 _Toc169082764 h 1引 言中国的汽车工业起步较晚，从1953年第一汽车制造厂制造出第一辆解放牌卡车，经过50年的发展，2003年中国的汽车年产量己经达到444万辆。同时，汽车的保有量也在迅速提高，特别是私人汽车保有量得到迅速提高。截至到2003年底，全国汽车保有量达2421万辆，其中私人汽车保有量1243万辆。中国汽车产量己跃居世界第四位，约占世界汽车总产量的6%7%。开始成为世界汽车业的重要组成部分。汽车工业的发展有力地推动了国民经济的发展。但是，汽车工业的高速发展也给环境、能源、交通安全、城市基础建设等造成了很大压力，尤其是能源。自从上世纪七十年代两次波及西方所有发达国家的

14、能源危机后，世界各国都把能源问题作为本国发展战略的头等大事，围绕能源问题发生的国际争端从来没间断过。在全球能源结构中，石油是最重要的一次能源，而石油消费增长主要来自于交通运输部门。中国能源资源的基本特点是富煤、贫油、少气，进入二十世纪九十年代以来，能源这种结构性问题日益突出。中国能源工业的关键问题是如何充分利用中国的资源特点，实施能保障国家能源安全的政策，既要站在全球化的经济体系中，谋求可靠和安全的进口石油来源，又不能忽视日益增加的对石油和天然气的依赖，从长远上，发展石油替代能源是资源接替的需要，而在近期1020年内，石油替代产品将成为必要的燃料补充。第一章 国内外醇类燃料汽车产业发展状况 国

15、外醇类燃料汽车产业发展状况 甲醇汽油开发及应用在国外开始于20世纪70年代的第二次石油危机，从替代能源的角度考虑，德国、美国、日本等国先后投人人力、物力进行甲醇燃料及甲醇汽车配套技术的研究开发。在7080年代期间，美国加州、德国等地均组织了甲醇汽车示范车队(包括德国大众汽车公司在中国建立的M 100甲醇汽车示范车队)。 美国对甲醇燃料和甲醇汽车都进行开发和应用，重点开发燃烧M85, M100专用甲醇燃料汽车。美国开发了M 100汽车，但是由于甲醇加油站限制，行驶里程受限制，用户不便，故美国福特公司开发了可使用汽油或醇与汽油以任意比例混合的燃料的灵活燃料汽车(FFV)，这种车由燃料传感器识别成分

16、，通过电脑提供发动机最佳运行参数。这样就不会受到加油站限制。目前，FFV汽车在美国已经能大规模商业生产，这些由Ford汽车公司特制的使用高比例甲醇的灵活燃料汽车主要集中在加州地区。 统计数据表明，1998年后美国甲醇燃料汽车和甲醇燃料都在减少，目前，美国加州甲醇汽油加油站也仅剩下1座，其中原因是多方面的:甲醇作为汽车燃料的缺陷，特别是甲醇有毒，使得甲醇在比较重视健康安全和生活质量的美国不受欢迎;1997年开始的亚洲金融危机波及全球，使得世界上油价低迷，甲醇价格难以同石油价格竟争，1998年美国福特汽车公司停止生产FFV甲醇汽车:美国农业作物丰富，美国政府非常重视保护农民利益，使得毒性小和安全性

17、比较好的乙醇燃料得以迅速推广;此外，CNG, LNG、电力等代用燃料在美国市场发展空间比较大，也使甲醇代用燃料在美国受到冷落。 美国、欧洲及日本汽车制造商坚持反对在汽油中掺烧甲醇，在美国车用无铅汽油标准ASTM 4814中，要求汽油中甲醇含量最大不超过0.3Vo1%, MTBE的加入量最大可为15Vol%。乙醇最大l0Vol%; ETBE或TAME最大17Vo1%o 1998年12月世界汽车制造商组织联合发布的“世界燃料规范”中，要求“不允许使用甲醇”。在欧洲85/536/EE C法规中，车用汽油中甲醇的添加量3Vo1%(同时必须包括腐蚀抑制添加剂)。 国外反对在汽油中加人甲醇，主要原因是甲醇

18、腐蚀性比较大，目前的技术还不能很好解决甲醇汽油金属腐蚀性问题，汽车的耐久性(16万km)得不到保障。此外，由于甲醇有毒，使用不慎容易对人体造成伤害或致人死亡。1. 醇类燃料汽车在美国的发展甲醇作为替代燃料在美国己经发展多年。甲醇可以从天然气、煤和生物质等原料制出，而美国富产这些资源，因此它对美国能源安全有着重要意义。甲醇兼具辛烷值高、性能好和燃烧清洁的特点。这些优势使得它成为了理想的车用替代燃料。 美国人Henry Ford在1908年就生产出了世界第一辆使用纯乙醇燃料的汽车。1930年乙醇/汽油混合燃料在美国内布拉斯加州地Ix_首次面市。1978年含10%乙醇的混合汽油在内布拉斯加州大规模使

19、用。1979年，美国国会为减少对进口原油的依赖，从寻找替代燃料的角度出发，制定了联邦政府“乙醇发展计划(使用E10)，开始大力推广含10%乙醇的混合燃料，美国的乙醇汽车在此计划推动下有了较快速的发展，乙醇产量从1979年的1000万加仑迅速增加到1990年的8. 7亿加仑。1990年以前，美国推广乙醇汽车出于两个口的:首先乙醇是有效的替代燃料，其次，在美国车用汽油无错化过程中，乙醇起到了替代MTBE的抗爆功能。 在甲醇车的推广中，汽车租赁公司起到了市场纽带的作用。Avis等汽车租赁公司曾与其他两家公司在塞克莱门多“城市空气质量管理Ix_项口”的协助下分别购买了100辆福特的Taurus FFV

20、，他们将这些车出租给车队，韦实证明，这一做法非常成功，1994年，Hertz公司宣布将要继续购买400辆Taurus FFV，集中用于该公司在洛杉矶地区各机场的出租车队。为了给车队供应甲醇燃料，Hertz在洛杉矶的四个机场安装了加油箱和售油机。1990年美国的清洁空气法案修正案，对汽油除了要求控制蒸汽压、苯含量外，还要求含氧汽油添加2.7m%的氧:新配方汽油添加2.0m%的氧。EPA批准使用的含氧化合物有:MTBE, TAME, ETBE、乙醚、乙醇等(不包括甲醇)。此后，乙醇作为主要含氧化合物之一被广泛用于美国含氧汽油和新配方汽油生产。美国己有多个州在使用新配方汽油。 1993年，美国加州开

21、始实施灵活燃油汽车(FFV)计划，其燃料规格为:轻型车使用E85，重型卡车和公交车使用E100。基于MTBE对于加州环境和居民健康的不良影响，1999年美国加州决定在不违背联邦清洁空气法的前提下，于2003年1月1日起禁止 MTBE的使用。加州为满足联邦政府对汽油含氧量的要求，其乙醇的使用量会有大幅增长。据美国替代燃料数据中心统计，2000年美国在用乙醇汽车(主要是E85)的数量达到58625辆，2002年的全年估计值为82477辆。为鼓励醇类燃料汽车发展，美国制定了一系列鼓励的政策、法规和措施:如对E85零售商安装或改装燃料加注设施，享受联邦所得税抵免，对小型乙醇企业实行税收抵免，对乙醇汽油

22、给予税收减免或财政补贴的优惠政策等。1. 醇类燃料汽车在日本的发展 1973年，日本通产省责成日本汽车研究所(JA-RI)和新能源综合开发机构(NEDO)进行甲醇燃料的基础性研究。在通产省的资助下，JARI于1980年开始甲醇燃料的实用性开发研究;1983年又着手研究重型车用甲醇发动机。截至1994年3月，JARI对不同型号32辆甲醇汽车进行了道路试验，车辆行驶里程最短为43 000 km，最长为71 000 km 。 1984年5月，日本汽车运输技术协会(JATA),JARI EDO作为指定团体参加国际能源机构组织签订的“关于汽车用甲醇燃料及混合甲醇研究开发计划的实施协定”。1984年6月，

23、运输省成立了“汽车用甲醇燃料特别委员会”，以降低汽车排放和燃料多样化为目标，将甲醇燃料引入重型载重车和公交汽车使用领域，公布了甲醇车辆的试验计划，加快了甲醇燃料的可行性研究;同年，将一辆三菱大卡和一辆五十铃4t级载重车改造成甲醇车，并正式登记注册为1号和2号甲醇车。1985年3月，在运输省的倡议下，54家私营公司合资组建了“日本甲醇汽车”，从事M 100甲醇汽车的研究开发、M 100加油站的建设和相关车辆的改装。到1993年3月，该公司共向汽车运输公司推销了M100甲醇汽车572辆;此后，该公司重组并改名为“低公害车辆普及机构(LEVO)”。丰田公司从1980年起就开始了甲醇汽车的开发，进行了

24、燃用任意浓度甲醇的可行性研究。五十铃公司从1986年开始对其ELF型M 100甲醇汽车进行车队试验，历时6 年;1992年年底ELF通过鉴定，正式注册营运，当时投放市场188辆。三菱公司开发出M85甲醇客车动力和M100甲醇城市公交车动力及FFV，并成功地研制了4D32甲醇发动机。1.类燃料汽车在加拿大的发展 加拿大政府为了减少对石油进口的依赖，发挥甲醇生产大国的优势，同时满足不断严格的排放法规，积极推广甲醇燃料的应用。加拿大能源委员会(NEB)认为，发展甲醇燃料有利于环境保护，具有战略意义，必须普及甲醇燃料;政府主导企业和私营企业都要积极开展甲醇发动机的研究。1985年1989年期间，加拿大

25、政府共投资800万美元用于大型甲醇发动机的研制开发，承担了开发经费的50%;政府还计划资助纯甲醇轿车的开发;通过与关国福特公司的技术合作，开发甲醇与汽油混合比例可变的FFV。此外，加拿大还与美国、瑞典和前联邦德国一道在IEA或AFT等国际会议的组织中发挥领导作用1.2 我国醇类燃料汽车的发展1.2.1 我国甲醇燃料汽车的发展状况 我国从20世纪70年代开始，较系统地研究甲醇燃料。低比例的甲醇燃料在四川省等地加油站出售。国家科委在“六五”期间，组织M巧甲醇掺烧汽油的研究、示范。曾在山西省进行过475辆M15汽车和4个加油站的商品化运行试验。不过由于M15燃料中，需添加防止燃料分层的助溶剂(丁醇、

26、杂醇、MTBE)，在我国不易廉价获得，因而在“七五”期间，国家科委改为组织了十几个单位进行高比例甲醇的试验研究。 与此同时，与德国大众汽车公司进行了历时7年的M100甲醇汽车国际技术合作研究，以及与美国福特汽车公司进行FFV合作研究，从而对国产发动机的优化改造、与汽车的匹配、甲醇燃料配方、腐蚀抑制剂、专用机油、耐醇材料、排气催化净化、对环境和人体健康的影响等都进行了系统的研究。 1997年国家科委和国家经贸委发布1997018号文批准山西省实施国家甲醇燃料示范工程，并先后投人50辆甲醇中巴车进行示范运营，该项目已经于2001年11月验收。 中国第一家甲醇发动机生产企业晋中新天地发动机厂研发的多

27、点电喷发动机，列入了国家高新技术创新项目，在先后经历了由化油器型、单点电喷型到多点电喷型，由定比例低甲醇(M 15)到定比例高甲醇(M85)递进式研制后，产品技术日趋成熟，多点电喷发动机成为试验示范的动力支撑，目前该机已经具备批量生产能力。 1996年7月，大同汽车制造厂、中国工程院热物所与美国福特公司合作，采用云岗牌DTQ6600中巴车成功地试制了我国第一台灵活燃料甲醇汽车(FFV)。该车采用中央控制系统(ECU)和多个传感器，通过这些系统，这部汽车可使用汽油与甲醇任意混合比例燃料。1998年3月大同汽车制造厂又试制了第二批15台定比例M85甲醇清洁燃料汽车，这15台甲醇汽车在太原至榆次公路

28、上运行，各项指标良好。大同汽车制造厂2001年6月试制成功M 100全甲醇清洁燃料燃烧装置。在普通燃油发动机上安装该装置后，可100%燃烧甲醇而不掺入汽油。该装置已在夏利、捷达、6490越野车和6600中巴车上试验成功。普通汽车安装该装置，燃烧100%甲醇后，除具有明显的环保优势后，汽车的加速性、速度与普通汽车相当，而运行成本则比燃油汽车低得多，此外安装该装置的成本也不高，对普通发动机改造，每台成本可控制在2000元人民币以下，这种装置还可以避免国产甲醇中含蜡成分较高而导致喷油嘴被蜡质堵塞现象，燃料消耗比传统甲醇发动机下降30%以上。山西省已经具备甲醇产业化的条件，今后5年山西省将增加至甲醇汽

29、车5000辆。对于低比例M3, M5甲醇汽油还在四川省部分地方应用，四川省技术监督局还制定该甲醇汽油地方标准DB 51/T259-19960河南课河石化集团宣称中比例甲醇汽油M50已研制成功，该集团还制定了该燃料的企业标准Q/LHSH001-2001，并称该甲醇汽油可以直接在汽车上使用，发动机无需改造。北京腾飞时代公司也称研制成功M19环保复合燃料，宜称该燃料在不改变发动机结构下，解决了甲醇对橡胶的溶胀问题、加入甲醇后发动机动力下降问题、遇水分层问题、冷启动困难问题。1.2.2 我国乙醇燃料汽车的发展状况在2000年以前，国内开展乙醇燃料研究及应用工作的并不多，据不完全了解，“八五”期间，在交

30、通部能源管理办公室的主持下，交通部属有关科研机构对乙醇作为车用燃料进行了一系列的研究，其中，1985年，云南省科委和云南交通科学研究所进行了60%乙醇汽油的发动机台架及行车试验;19861990年，福建省交通科学技术研究所开展了E20(含20%工业乙醇的混合汽油)的应用研究。交通部公路科学研究所先后进行的E20, E40. E60及100%乙醇汽油应用研究等。1987年，中国石化销售公司下属的中南石油公司、湖北省石油公司、广西自治区石油总公司等单位也列项对18% 22%乙醇汽油、5%乙醇柴油等进行营运应用试验，试验结果通过了中国石化销售公司的技术鉴定。 2000年9月，根据国务院领导指示，国家

31、经贸委要求中国石化集团公司组织有关科研单位开始对乙醇作为车用燃料的可行性进行了系统研究。已经完成的研究工作包括:燃料乙醇作为车用燃料的可行性试验研究、乙醇汽油的行车试验、燃料乙醇作为车用燃料的经济性分析、变性燃料乙醇及车用乙醇汽油国家标准的制定、燃料乙醇金属腐蚀抑制剂研究、车用乙醇汽油应用技术研究等。2002年3月，国家八部委联合颁布了车用乙醇汽油使用试点方案和实施细则，组织实施了车用乙醇汽油的使用试点工作。其中，河南省南阳、郑州、洛阳三市车用乙醇汽油使用试点工作分别于2002年3月8日、6月8日、6月18日陆续启动，中国石化集团公司分别在三个试点城市完成设计规模45万t/a的车用乙醇汽油配送

32、中心的建设，河南南阳天冠集团完成20万t变性燃料乙醇生产装置的改造。三市试点封闭区域内的249座加油站经过改造销售车用乙醇汽油。 2003年6月，车用乙醇汽油的使用试点工作在河南、黑龙江两省五市圆满结束，在车用乙醇汽油使用试点期间，约有20余万辆汽车和5万余辆摩托车使用了近20万t车用乙醇汽油。第二章 甲醇汽油燃料的理化性质及发动机的性能 甲醇、汽油和甲醇汽油的理化性质对比甲醇是无色透明的液体，略有臭味，可与水以任何比例互溶。表2-列出了甲醇与汽油的主要理化性质。表21 甲醇与汽油的主要理化性质项目甲醇汽油化学式质量含量碳含量（质量比%）8588氢含量（质量比%）1215氧含量（质量比%）02

33、0密度（）理论空燃比（质量比）（MPa）沸点（）30190凝固点（）-98-57自然温度（）470260370层流燃烧速度（cm/s）523947水中溶解速度（mg/L）互溶100200汽化潜热（kj/kg）1109310燃料抵热值（mj/kg）闪点（）1143空气中燃烧上限体积百分数（%）温度（）43-30-12空气中燃烧下限体积百分数（%）温度（）7-43理论混合气热值质量低热值（mj/kg）容积低热值（mj/kg）摩尔低热值（mj/kmol）辛烷值研究法（RON）1128496马达法（MON）927084（RON+MON）/21027090由表2-1可以得出甲醇作为燃料有以下特点： 1.

34、甲醇的质量低热值只有汽油的45，因此，在同等的热效率下，醇类燃料的有效质量燃油消耗率高。 2.按质量计算，甲醇中含有50%的氧，使燃烧速度快，而且比较完全;甲醇完全燃烧所需的空气量比汽油少，燃烧后尾气带走的热量也相应减少，使发动机总热效率得到提高;甲醇理论混合气质量低热值是汽油理论混合气质量低热值的94，所以发动机燃用甲醇燃料可以获得与原机大致相当的动力性。 3.甲醇的汽化潜热是汽油的3.6倍，高的汽化潜热及低的蒸汽压和较低的沸点，将导致混合气形成困难和发动机起动困难，但可以降低进气温度，提高充气效率;同时，由于甲醇的汽化潜热大，可以改善发动机燃烧后的内部冷却，改善发动机的动力性，降低排气温度

35、。 4.甲醇具有较高的辛烷值，具有较高的抗爆震性能，对通过提高发动机压缩比来提高发动机的热效率很有利，所以，甲醇是良好的汽油机代用燃料，也是提高汽油辛烷值的优良添加剂。普通汽油与15%20%的甲醇混合，辛烷值可以达到优质汽油的水平。 5.甲醇的着火界限比汽油宽，能够使发动机在较稀的混合气下工作，这将使发动机的工况范围比较宽，对排气净化和降低油耗非常有利。 6.甲醇的燃点比汽油高，不易于发生火灾事故，比使用汽油安全。 7.甲醇对某些非金属材料(如塑料、橡胶等)有溶胀作用，对某些金属材料(如Sn, Pb, Al等)有轻微的腐蚀作用，在使用中应采取相应的措施。 8.醇类燃料含有经基，能与水互溶，而烃

36、类燃料憎水性强，因而甲醇与汽油的相溶性差，甲醇与汽油按一定比例混合时，在一定温度范围内具有分层现象。 9.甲醇汽油常温常压下为液体，操作容易，储带方便，但具有一定毒性。甲醇与汽油按照一定比例混合，并添加一定添加剂组成混合燃料后，低比例甲醇汽油，如M3, M5，可以和汽油一样使用，发动机不需作任何改动，在欧洲等地曾大量当作汽油销售，但一般要添加助溶剂(TBA)等以防燃料分层;中比例甲醇汽油，如M15, M25，发动机只需做调整，技术问题较简单，曾在欧洲一些国际性车队进行示范，必须添加助溶剂;高比例甲醇汽油，如M85 , M90，需要对发动机进行改装、优化，其功率、排放和热效率都优于原汽油机。通过

37、对甲醇与汽油进行理化性质的比较和计算，部分甲醇汽油混合燃料的理化性质见表2-2。表2-2 部分甲醇汽油混合燃料的主要理化性质燃料项目M5M10M15M25M50M85M100甲醇使用比例（体积比%） 51015255085100碳含量（质量%）氢含量（质量%）14.41氧含量（质量%）与汽油热值比密度（20，kg/L）0.96：10.95：10.89：10.81：10.64：10.53：10.45：1辛热值（RON）-95-97100理论空燃比（质量）14.3：113.9：113.0：111.9：19.4：17.6：16.47：1质量替代比（燃料：汽油）1.03：11.06：11.112：11

38、.23：11.56：11.90：12.23：1体积替代比（燃料：汽油）1.03：11.05：11.11：11.20：11.50：11.78：12.06：12.2 甲醇汽油使用中的主要问题及解决方法 甲醇汽油的相溶性 甲醇与汽油在常温下不能互溶，一定比例的甲醇汽油混合燃料存在分层问题。当温度在-15以上时，在甲醇含量大于70%或小于5%时，可以与汽油以任意比例互溶，其它甲醇含量下，均存在分层问题。 甲醇与汽油的相溶性取决于甲醇含量、水含量和温度，三者互相影响，见图2-1。如果混合不均匀，导致燃料供给失控，将使发动机性能下降，运转不稳。因此，互溶性问题是甲醇汽油发动机必须解决的首要问题。 解决甲醇

39、汽油互溶性问题的常用措施是使用助溶剂，助溶剂的种类和助溶效果非常重要。助溶剂的理化性质要和甲醇、汽油类似，要易燃并且有一定挥发性，最好能提高燃料的燃烧性能。助溶剂一般要比甲醇和汽油价格高，所以助溶剂的使用量直接影响到混合燃料的价格，因此，要选用助溶效果好的助溶剂。助溶剂对甲醇与汽油相溶性的影响见图2-2。当温度在-15以上，甲醇含量在5 % 40%之间时，使甲醇与汽油相溶的助溶剂临界用量随甲醇含量增大而增加;当甲醇含量在40 %-70%之间时，助溶剂临界用量随甲醇含量增加而减少。可以作为甲醇与汽油的助溶剂的物质有:异戊醇、异丁醇、正丁醇、异丙醇、甲基叔丁基醚(MTBE)、乙醇和杂醇等。在本课题

40、的试验研究中，助溶剂使用课题组自行配制的BA-n助溶剂。经过试验研究，该助溶剂对几种配比的甲醇汽油的助溶效果见表2-3、表2-4所示。表2-3 根据低温抗相分离性能试验选取的助溶剂添加量燃料M15M25M50M85M100助溶剂体积含量（%）00备注：在所有助溶剂及体积含量下，油样均可放置30天以上保持不分层 表2-4 常温下助溶剂使用量及承受的水分含量体积含量燃料甲醇%汽油%BA-n%蒸馏水%M1515M2525M5050M8585060M9090060 甲醇汽油对非金属的溶胀性 发动机燃料供应系统中许多部件都是由橡胶、塑料材料制成，甲醇汽油燃料对某些橡胶和塑料部件有一定的腐蚀、溶胀作用。塑

41、料制品在甲醇汽油中会溶胀、变粘，橡胶制品在甲醇汽油中也会发生溶胀、变硬、变脆或软化等现象，纤维垫片会逐渐软化而导致漏油。为了改善甲醇汽油性能而使用的添加剂中的某些成分也会对橡胶和塑料部件产生腐蚀性。因此，在使用甲醇汽油燃料时，相关部件的材料如果不合适，要换成耐醇油性好的材料。不同材料耐醇油性能优劣的排列顺序为聚氯醚(氯醇胶)、氯化聚醚氟橡胶丁晴胶氰化丁晴胶顺丁胶乙丙胶丁苯胶天然胶硅橡胶丁基胶。某些采用硬质聚氨脂发泡橡胶、聚氯乙烯压延薄片、耐油橡胶石棉板、夹布耐油橡胶板、软钢纸板、混炼胶、硬质聚氨脂发泡塑料等材料的零件在甲醇汽油中腐蚀、溶胀明显，硬聚氯乙烯、聚丙烯材料能耐甲醇汽油的溶胀、腐蚀Ig

42、l0在使用当中，可以选取适当材料的配件，降低甲醇汽油的溶胀性对发动机的影响。 甲醇汽油的毒性 毒性和安全性问题，涉及到接触人群的生命安全，是人们非常关心的一个敏感问题。甲醇有毒，不能作为食用饮料，对人致死量为，比剧毒物大6001800倍，比高毒物大2 20倍，在中等毒性30.0250.Og范围内。世界各国，尤其是美国能源部和福特汽车公司，都注意到了甲醇汽油的毒性问题，在他们开发甲醇燃料之前，就严格地进行了有关的试验研究。我国在“六五”期间，原国家科委委托北京医科大学，就“甲醇中毒机理”、“甲醇中毒解毒药”和“甲醇对人体健康的影响”等课题，进行了为期三年的甲醇毒性跟踪试验研究，并和不接触人群进行

43、了严格对比。我国由此得到的结论与美国能源部及福特公司的结论是一致的:只要遵守操作规程(不要用嘴吸甲醇、防止甲醇溅入眼中，手接触甲醉后要用清水冲洗等)，没有发现人体健康有异常。 据山西有关单位的多次测量，在甲醇汽油储罐附近(15l.5m)，空气中甲醇含量为0.04 0.11 ppm(百万分之一):在燃用甲醇汽油的汽车驾驶室内，空气中甲醇含量为0.130.14ppm:在维修间，距车8m以内，空气中甲醇含量为0.250.55 ppm。在以上场合中，甲醛的浓度只有3.925ppb(十亿分之一)，该含量远低于现行标准的规定值(现行标准中，甲醇最大允许浓度为0.2，甲醛最大允许浓度为0ppm )。 甲醇发

44、动机的非常规碳氢(主要是甲醛、甲醇)排放也是甲醇汽油毒性问题的关注热点。利用基于气相色普技术的非常规碳氢排放物检测系统，对燃用M85和M 100甲醇汽油的HL495JIQ电喷甲醇发动机进行了典型工况点上，三元催化转化器上、下游甲醛和甲醇的含量进行了检测，结果显示，经过三元催化转化器后，甲醛的净化率达到76.9%以上，随着发动机负荷的增大，甲醛的净化率降低:甲醇的净化率接近100。按照九工况测试法进行检测的结果表明，经过三元催化转化器后，甲醛的排放量为0.04留(kWh)，净化率为73.3，甲醇的排放量几乎为0，净化率接近100%。可见，甲醇及甲醇汽油的毒性并不是想象中的那么可怕，在研究和实践中

45、，只要使用正确，操作规范，并采取相应的处理措施，其毒性的危害完全可以控制，并不影响人体的健康。2.3 甲醇的热值燃料的热值有高热值和低热值之分。高热值是燃料完全燃烧后发出的热量加上燃烧产物之一的水蒸气冷凝后放出热量的总和，它是燃料完全燃烧后所能发出的总热量。低热值是高热值减去水的汽化潜热后的热值。发动机排气中的水蒸汽所含的冷凝热，实际上是难以回收的，所以燃料的热值常用低热值表示。发动机是进行热功转换的热机，燃料所含热量是发动机输出功率的能量来源，因而燃料低热值是评价燃料性能的一个重要指标。 质量低热值甲醇汽油混合燃料的理论近似热值可以通过计算得到。根据混合燃料中甲醇汽油的体积，以及测取的混合燃

46、料的密度，可以计算出混合燃料中甲醇和汽油的质量分数，然后按照下式对混合燃料的质量低热值进行计算：式中：甲醇汽油混合燃料的质量低热值(MJ/kg ) ; 汽油的质量低热值(MJ/kg ) ; 甲醇的质量低热值(MJ/kg ) ; 混合燃料中汽油的质量分数(%); 混合燃料中甲醇的质量分数(%)。，根据式(2-1)计算的几种甲醇汽油的质量低热值见表(2-2 )。 理论混合气热值计算混合燃料理论混合气的热值，首先要计算混合燃料的理论质量空燃比，可以按照下式进行计算：式中：混合燃料的理论空燃比(质量比); 汽油的理论空燃比(质量比); 甲醇的理论空燃比(质量比)。根据式(2-2 )计算的几种甲醇燃料的

47、理论空燃比(质量比)见表2-2。根据燃料的热值和空燃比，可以按照下式计算混合燃料混合气的热值:式中： -混合燃料的理论空燃比（质量比）； -过量空气系数； -甲醇的理论空燃比（质量比）；在理论混合气状态下，过量空气系数=1，可以根据燃料的质量低热值和理论空燃比计算燃料理论混合气的热值。几种甲醇汽油混合燃料的理论混合气的热值的计算结果见表2-5。表2-5 几种甲醇汽油混合燃料理论混合气热值的计算结果燃料M5M10M15M25M50M85M100甲醇的质量分数（%）汽油的质量分数（%）质量低热值（mj/kg）与汽油低热值比值0.96：10.95：10.89：10.81：10.64：10.53：10

48、.45：1理论混合气热值（mj/kg）与汽油热值的比值66从表2-5可以看出，甲醇汽油混合燃料的质量低热值随着甲醇体积含量的增加而降低，M 100甲醇燃料的质量低热值只有汽油的45，但是甲醇汽油混合燃料理论混合气的质量热值却与汽油的理论混合气的质量热值很接近，都在汽油混合气质量热值的94%以上。考虑到甲醇汽油的汽化潜热比较大，燃用甲醇汽油时，需要对发动机做适当改动和调整。采取相应措施后，甲醇汽油将是汽油比较理想的替代燃料。 甲醇发动机性能分析通过在FQ6100Q汽油发动机上分别燃用90#汽油和醇基燃料进行台架性能对比试验.考查该醇基燃料对发动机动力性、经济性、排放性能等的影响.为评价醇基燃料的

49、性能提供试验依据。试验测定内容有如h VII项:起动性能试验.怠速排放性能测试.速度特性试验和负荷特性试验。试验依据的标准是汽车发动机性能试验方法和GB3845- 1993汽油车排气污染物的测量(怠速法)。试验环境条件在大气干温10一14 0C ;相对温度70%一80%;大气压力96. 1 96. 8kPa。所用主要试验仪器及设备详见表2。 起动性能试验从表3的冷机起动性能试验可见.燃用90#汽油时发动机平均起动时间为43s燃用醇基燃料时发动机平均起动时间为1. 12s与燃用90“汽油相比.发动机平均起动时间提前0. 31s.表明醇基燃料的冷机起动性能优于90#汽油。这种冷机起动性能主要由甲醇

50、和轻烃的理化性质所决定。表1 90车用醇基燃料的组成燃料名称甲醇%轻烃%MLN助溶剂+腐蚀抑制剂%浓度72252 1表2 试验用主要仪器及设备序号设备名称规格型号生产厂家标定情况1电涡流测功机CW110遂昌动力测试设备厂有效期内2发动机性能测试仪FXG -101天津大学自动化设备厂有效期内3五组份汽车排气分析仪FGA -4105佛山分析仪厂有效期内4汽油发动发动机EQ6100Q第二汽车制造厂有效期内表3 启动性能试验结果项目90汽油醇基燃料变化率，%试验条件起动电压1212-发动机状态冷机冷机-试验结果 起动时间注：本实验中，变化率=（醇基燃料测试值-90汽油测试值）/90汽油测试值*100%

51、表4 怠速排放测试结果项目90汽油醇基燃料国家标准变化率，%排放测试值CO，%HC，*106587501200平均转速，510510用于汽车- 怠速排放性能测试汽油时.怠速排放污染物的CO为2. 30%，HC为。而燃用醇基燃料时.CO为0. 58% . HC为。燃用醇基燃料与燃用90汽油相比.CO的量下降74. 77% .CH化合物增加了14. 00%o测试结果表明.车用醇基燃料排污略优于汽油符合国家标准排放要求。 速度特性试验发动机在100%油门开度下，转速n在100至2800略下降。转速在1000至2800之间.与汽油相比.车用醇基燃料的扭矩和功率略下降.燃料消耗率略增加。由图1还可看出.

52、车用醇基燃料的三速度特性曲线与汽油相似.都是平稳变化的.从侧而反应了该燃料的均一性和燃烧的平稳性表明该车用醇基燃料可用于汽油机。 至2800之间的速度特性试验结果性能比较见表5。发动机速度特性试验结果表明：燃用醇基燃料与燃用90汽油相比，其最大功率下降2. 47% ,最大扭矩下降2. 34% ,最低燃料消耗率上升5. 79%，平均燃料消耗率5. 68%。图1 速度特性曲线表5 发动机速度试验结果项目试验结果90汽油醇基燃料变化率，%最大功率功率，kw扭矩,r/min27982798/最大扭矩功率，kw扭矩,r/min10021001/燃料消耗率最低燃料消耗率%平均燃料消耗率% 负荷特性试验,3

53、74. 35;燃用醇基燃料时.最低消耗率和平均燃汕消耗率分别为327. 23,395. 21 ,最低消耗率和平均燃油消耗率分别上升4. 95% ,5. 57%。 依据能量守恒定律和FBM醇基燃料各组分的热值.燃用FBM醇基燃料的最大功率略下降、最大扭矩下降、最低燃料消耗率略上升是符合理论要求的。图2 转速为1800r/min的负荷特性曲线表6 1800r/min负荷特性试验结果项目试验结果90汽油醇基燃料变化率，%最低消耗率,平均燃料消耗率， 结论 通过对上述试验的图表和数据进行分析可以得出在汽油发动机未做任何改动的情况下对燃用90车用醇基燃料的发动机台架性能与燃用同牌号汽油相比.具有以下几方

54、面的优点： (1) 由于甲醇燃料中的甲醇和，比90。(2) 醇基燃料的组成与汽油、柴油的不同，其中不含有象铅等的对空气有严重污染的化学物质，从而使的甲醇内燃机的排放物中的、等的含量都大幅度的下降，更家有利于环境的保护。( 3) 在100%油门开度下转速在100至2800之间，其最大功率比90汽油下降了2.47%、最大扭矩下降了2.34%、最低燃料消耗率上升了5.79%。为了改变最大功率下降的动力不足的缺点，改变的方法有：增加单位时间的供油量，改变柱塞及喷油嘴的直径。研究适合醇燃料的最佳喷油规律，改变油泵凸轮轴设计，否则就回增加喷射持续时间，结束喷射时间太晚，影响燃烧的效率。( 4) 1800负

55、荷特性试验结果显示，平均燃料消耗率比90汽油上升5.57%。 第三章 乙醇燃料的理化性质及发动机性能分析乙醇/柴油混合燃料相溶特性由于市售柴油是调和而成，常用的调和组分有直馏馏分、催化裂化馏分、加氢精制馏分、加氢裂化馏分等。和直馏柴油相比，催化裂化柴油芳香烃含量较高，而且含有酚类化合物，因此相分离温度较低;加氢精制柴油虽然比催化裂化柴油芳香烃含量低，但烷烃中轻烯烃组分含量较高，因此在乙醇含量大于10%范围内相渗性与之很接近，体现了轻烯烃含量与芳香烃含量共同决定相分离结果的作用。市售成品油和调和油的相分离温度变化趋势与直馏柴油相同。 水含量对乙醇/柴油混合燃料相溶特性的影响混合物中水含量对乙醇/

56、柴油混合燃料相溶特性有一定影响，随混合物燃料中水含量的增加，相分离温度增加，即相溶性变差。 助溶剂开发与性能评价通过多次配方修改，最后对3种助溶效果好的助溶剂:醇-醇复合型助溶剂)、g(醇-醇一蓖麻油复合型助溶剂),7(碳十一醇)进行优选，综合考虑助溶剂的使用性能和成本因素，最终确定选用醇一、醇复合型助溶剂。 水含量对助溶剂添加比例的影响在体系中水含量小大于0.1%时，助溶剂含量为3.0%即可满足要求;当水含量增加到0.2%时，助溶剂含量要增加到7.5%才能达到助溶效果。因此，在实际应用中一定要严格控制水含量不应超过0.1%. 乙醇添加比例对乙醇柴油理化特性影响 a.十六烷值试验表明，当乙醇添

57、加比例为10%(E10)时，十六烷值下降约5个单位。 b.闪点试验表明，加入乙醇后闪点明显下降，小同乙醇含量的闪点值相差小大，范围在1217;助溶剂的加入对闪点的影响小大。 c. 密度试验表明，乙醇的加入使密度下降，添加比例增加使下降的幅度也增加。 d .粘度试验表明，加入乙醇015%(E0E15)使混合燃料的粘度下降，但仍能满足柴油的使用要求。 e. 冷滤和凝点试验表明，乙醇添加量在015%范围内，混合燃料的冷滤点和柴油相比变化小大。f.馏程试验表明，乙醇柴油的初馏点均在7779与乙醇沸点78接近，这一初馏温度一直保持到馏出体积接近乙醇添加体积后才开始明显上升;乙醇含量越高，馏出温度相对越低

58、.可见，乙醇的加入增加了柴油中的轻馏分含量，但燃料性能仍能满足国家相关标准要求。 乙醇柴油储存性能研究 a. 自然储存试验 试验表明，乙醇柴油中的乙醇在开放体系中很容易挥发损失，因此要求乙醇柴油必须在密闭条件下储存。以0号柴油和-20号市售柴油为基础油配制乙醇含量10%(体积)、助溶剂1.5%(体积)的乙醇/柴油混合燃料，分别置于5和-18的环境条件下，定期观察有无分层，试验时间3个月以上。结果表明,0号和-20号乙醇柴油在5和-18时稳定期均超过90天。 乙醇掺烧比例对发动机性能影响在柴油机结构参数小作变动的条件下，与燃用柴油相比，在体积供油量相同的情况下，随着乙醇柴油中乙醇掺烧比例的增加，

59、发动机最大扭矩和额定功率逐渐降低，见图1。若要使发动机燃用乙醇柴油的功率与燃用柴油相当，必须调整喷油泵，增加循环供油量。表1 主要发动机的参数型号CA6DEL-21型式直列六缸、水冷、四冲程吸气方式空空增压中冷燃烧室形状型、直接喷射式缸径*冲程/mm*mm106125最大扭矩：/N*m(r/min)17压缩比725（1400）额定功率/KW(r/min)155（2300）供油提前角/（”）91喷油泵P型泵喷油器PF9381.6孔.孔径 0.24 mm7106686456300200400600800E0 E10 E15 E20系列1155147140136050100150200E0 E10

60、E15 E20系列1图1 不同掺烧比对发动机性能的影响 试验表明，随乙醇掺烧比例的增加，1 400 r/min和2 300 r/min两个转速负荷特性的燃油消耗率都逐渐增加(图2)，且高、中负荷增加的较少，小负荷增加的较多。图2 不同燃烧负荷特性燃油消耗比较 为排除热值差异对经济性的影响，用能量消耗率(bsec)来评价柴油机燃用乙醇柴油的经济性。试验表明，在中、高负荷，燃用小同乙醇掺烧比例的乙醇柴油，发动机的能量消耗率差别小大;在小负荷，由于乙醇高汽化潜热和低十六烷值的影响，小同燃料的能量消耗率差别较大，负荷越小，差别越大。试验表明，与燃用柴油相比，发动机燃用E10、E15和E20乙醇柴油，负