醇類燃料汽車

1、第四章 醇類燃料汽車,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 醇類燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的 結(jié)構(gòu)與工作原理 第三節(jié) 醇類燃料汽車維護(hù),教學(xué)目的和要求： 了解醇類汽車分類、掌握工作原理、特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)。 本章重點(diǎn)： 醇類汽車特點(diǎn) 本章難點(diǎn)： 教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)：,第一節(jié) 概述,一、醇類燃料的來(lái)源及分類 1醇類燃料的來(lái)源 甲醇（木醇或木酒精）可以由一氧化碳和氫氣合成，為無(wú)色透明的液體，高揮發(fā)性，易燃。主要由天然氣（占78%）、重油（占10%）、石腦油（占7%）、液化石油氣（占3%）、煤炭（占2%）、油頁(yè)巖、木材和垃圾等物質(zhì)中提煉。,乙醇俗稱酒精，其工業(yè)生產(chǎn)方法主要有發(fā)酵法、乙烯水合法等方法，我國(guó)一直以發(fā)酵法為主，其生產(chǎn)原料有三類

2、： 第一類是含糖作物與副產(chǎn)物，如甘蔗、甜菜、甜高梁和糖蜜等； 第二類是淀粉質(zhì)作物，如玉米、高梁、小麥、紅薯和馬鈴薯等； 第三類是纖維素原料，如木材、木屑和谷物秸桿等。 目前主要是利用發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇，其所用的原料基本上是屬第一、第二類。,2醇類燃料的分類 （1）按組成成份和性質(zhì)分類 主要是指甲醇（ch3oh）和乙醇（c2h5oh） （2）按在汽車上應(yīng)用分類 摻燒 純燒 改質(zhì),1）摻燒 是在汽車上的主要應(yīng)用方式, 摻燒主要是指醇類燃料（甲醇或乙醇）以不同的體積比例摻入汽油（柴油）中。,摻燒的主要方法有三種 :,混合燃料法:常用,甲醇、乙醇與汽油的混合 燃料分別用mx和ex表示。 薰蒸法: 雙供油系

3、統(tǒng)法 :僅用于柴油機(jī)上。 一般情況主要針對(duì)醇類燃料與汽油的摻燒。,2）純燒 是指單純?nèi)紵状蓟蛞掖既剂稀?主要方式有六種： 裂解法： 蒸氣法： 火花塞法： 電熱塞法；僅用于柴油機(jī)上 熾熱表面法；僅用于柴油機(jī)上 加入著火改善劑法：僅用于柴油機(jī)上,3）改質(zhì) 現(xiàn)在主要是指醇類燃料的改質(zhì)。 甲醇利用發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱將甲醇生成為h2和co，然后輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。采用甲醇改質(zhì)需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行較大的改造，最好重新設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)。 變性燃料乙醇指乙醇脫水后再添加變性劑而生成的以乙醇為主92.1(v/v)的燃料。,3醇類燃料的現(xiàn)狀,1909年，美國(guó)人henry ford設(shè)計(jì)并制造了世界上第一輛燃用乙醇的汽車。20世紀(jì)

4、2030年代美國(guó)、巴西、德國(guó)、法國(guó)、新西蘭等國(guó)先后將乙醇與汽油的混合燃料用于汽車。 20世紀(jì)70年美國(guó)重點(diǎn)開發(fā)燃燒m85、m100的專用甲醇燃料汽車。德國(guó)、瑞典、新西蘭等國(guó)先后曾推廣使用含15甲醇的m15汽油。,1998年12月世界汽車制造商組織聯(lián)合發(fā)布的“世界燃料規(guī)范”中要求“不允許使用甲醇”；2000年4月新一版的燃油規(guī)范中，再次明確要求“不允許使用甲醇”。,目前，有40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開發(fā)應(yīng)用了乙醇汽車，以美國(guó)和巴西應(yīng)用最多。在乙醇方面，巴西、美國(guó)等國(guó)曾先后推廣使用含10、22、85等不同比例乙醇的車用燃料。美國(guó)市場(chǎng)上以10乙醇含量的乙醇汽油為主。,二、醇類燃料主要特性,甲醇和乙醇均是無(wú)色

5、透明、易揮發(fā)的可燃液體。甲醇和乙醇與汽油相比，熱值低、蒸發(fā)潛熱大、抗爆性好、含氧量高。甲醇略帶酒精味，有毒，進(jìn)入人體會(huì)引起胃痛、肌肉痙攣、頭昏、乏力等癥狀，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致失明甚至死亡。乙醇有強(qiáng)烈的酒精氣味，對(duì)人體的大腦神經(jīng)有麻痹作用。,醇類燃料在汽車上應(yīng)用特點(diǎn),（1）醇類燃料中含氧量大熱值低，所需要理論空氣量比汽油或柴油少，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能不降低。 （2）辛烷值比汽油高，采用高壓縮比提高熱效率。普通汽油與1520的醇類燃料混合，辛烷值可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)汽油的水平。 （3）常溫下為液體，操作容易，儲(chǔ)帶方便。,（4）可燃界限寬，汽油的著火極限為1.47.6；甲醇的著火極限為6.736，燃燒速度快，

6、火焰?zhèn)鞑ニ俣缺绕涂?，可以?shí)現(xiàn)稀薄燃燒，利于排氣凈化和空燃比控制。 （5）與傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有繼承性，特別是使用汽油醇類混合燃料時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)變化不太大，減少燃燒室表面的燃燒沉積物和改善排放性能。,（6）由于十六烷值低，著火性差，著火延遲期長(zhǎng)，在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中采用醇類燃料要困難得多，在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用較廣。 （7）蒸發(fā)潛熱大，使得醇類燃料低溫起動(dòng)和低溫運(yùn)行性能惡化。但在汽油中混合低比例的醇，由燃燒室壁面給液體醇以蒸發(fā)熱，這一特點(diǎn)可成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的有利因素。,（8）熱值低，甲醇的熱值只有汽油的48，乙醇的熱值只有汽油的64。因此，與燃用汽油相比，在同等的熱效率下，醇的燃料經(jīng)濟(jì)性

7、低。 （9）沸點(diǎn)低，蒸汽壓高，容易產(chǎn)生氣阻。,（10）腐蝕性大。醇具有較強(qiáng)的化學(xué)活性，能腐蝕鋅、鋁等金屬。甲醇混合燃料的腐蝕性隨甲醇含量的增加而增加。另外，醇與汽油的混合燃料對(duì)橡膠、塑料的溶脹作用比單獨(dú)的醇或汽油都強(qiáng)，混合20醇時(shí)對(duì)橡膠的溶脹最大。 （11）醇混合燃料容易發(fā)生分層。醇的吸水性強(qiáng)，混合燃料進(jìn)入水分后易分離為兩相。因此，醇混合燃料要加助溶劑。 （12）甲醇有毒，會(huì)刺激眼結(jié)膜，也會(huì)通過(guò)呼吸道、消化道和皮膚進(jìn)入人體，刺激神經(jīng)，造成頭暈、乏力、氣短等癥狀。,第二節(jié) 醇類燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理,巴西為世界上唯一不使用純汽油作汽車燃料的國(guó)家，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)專門為醇類燃料而設(shè)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)在主

8、要采用混合比為10%的醇類混合燃料。發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)燃料基本相同。 混合比不同，在結(jié)構(gòu)需要有所改進(jìn)或不同。,一、摻燒式車用醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn),1混合燃料法的醇類燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) 1）在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上摻燒甲醇 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用低比例（m3-5）甲醇汽油，不需使用任何添加劑，發(fā)動(dòng)機(jī)不做任何發(fā)動(dòng)，車輛可以正常使用。汽油機(jī)使用比例m15甲醇汽油，發(fā)動(dòng)機(jī)不做大變動(dòng)，使用技術(shù)成熟，氣阻、腐蝕、溶脹、互溶等技術(shù)故障可解決。,2）在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中摻燒甲醇 不是醇類燃料應(yīng)用的主渠道。主要改進(jìn)方法： 加入點(diǎn)火促進(jìn)劑；使用較多 改善點(diǎn)火性能；使用較多 高壓縮比及廢氣再循環(huán)； 電熱塞法； 柴油引燃法； 高

9、能電火塞法； 乳化甲醇柴油。,柴油機(jī)燃用甲醇應(yīng)用較多的國(guó)家有美國(guó)、德國(guó)、日本等，使用的汽車多為城市公交客車和載重汽車。但因點(diǎn)火促進(jìn)劑或發(fā)動(dòng)機(jī)制造成本較高，未能使甲醇燃料在柴油機(jī)上普遍使用，同樣乙醇柴油也存在類似問(wèn)題研究工作及應(yīng)用較慢。,3）車用摻燒乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) 我國(guó)主要應(yīng)用的摻燒比例比較小時(shí)（10%），發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基本不變，大部分汽油車使用，如奧迪、紅旗等。,2薰蒸法的醇類燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) 薰蒸法是利用醇燃料表面張力及黏度低的特點(diǎn)，通過(guò)不同方式將醇燃料霧化、氣化后從進(jìn)氣管送入燃燒室。 可利用流動(dòng)的空氣流、機(jī)械部件等使醇燃料霧化，或者利用冷卻水或排氣的熱量加熱醇燃料，使其氣化。,

10、1）低壓噴嘴法的醇類燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)： 在缸蓋進(jìn)氣道3上 安裝甲醇噴油器4 這種方法可摻燒70的甲醇， 每缸要安裝一個(gè)甲醇噴油器， 而且需有控制噴甲醇的時(shí)間 及噴醇量的裝置。,2）甲醇蒸氣法的醇類燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)：,利用廢氣熱量使甲醇變成蒸氣的裝置 甲醇蒸氣可用于汽油機(jī)及柴油機(jī)，可以摻燒甲醇或者實(shí)現(xiàn)純醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。,利用循環(huán)水熱量甲醇蒸發(fā)器 當(dāng)真空壓力管4處真空度較大時(shí)，則通過(guò)壓力調(diào)節(jié)桿的移動(dòng) ,使閥門關(guān)閉。甲醇蒸氣出口處輸出的醇蒸氣量減少。 當(dāng)真空壓力管處的真空度小時(shí)，使閥門打開，于是輸出的甲醇蒸氣量增加。,3雙燃料噴射系統(tǒng)的醇類燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn),1）兩套噴油泵及噴油器 其

11、中一套噴射醇燃料，而另一套噴射引燃柴油。在u型和型兩種燃燒室上，全負(fù)荷時(shí)甲醇噴射量（體積比）達(dá)到90，引燃柴油為10。,2) 供油管及噴油器的結(jié)構(gòu)變動(dòng) 出油閥7回位時(shí)，在出油閥上部至噴油器之間的高壓油管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，醇或其他代用燃料在此負(fù)壓作用下，通過(guò)單向閥8被吸入噴油器，被吸入的代用燃料在高壓柴油紊流作用下形成乳化液11后噴入燃燒室,3）雙燃料汽車用新型供油系統(tǒng) 引燃的柴油可靠著火，同時(shí)又能點(diǎn)燃甲醇，必須具備兩個(gè)條件： 一是甲醇油束緊靠著柴油油束； 二是引燃柴油必須集中，形成能可靠著火的較濃混合氣。,在原來(lái)柴油機(jī)用的油泵、油嘴的基礎(chǔ)上開發(fā)了單一的油泵、油嘴供應(yīng)雙燃料的新型供油設(shè)備,二、車用高比

12、例和純醇類燃料發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn),1甲醇點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) （1）提高電動(dòng)汽油泵的供油壓力，以避免產(chǎn)生氣阻，影響供油，如有的汽油泵采用3.0mpa以上壓力。 （2）混合氣的形成裝置必須與甲醇較低的熱值及較少的空氣需要量相適應(yīng)。 （3）采用高壓縮比以充分利用甲醇高辛烷值的特性，壓縮比可提高到911。 （4）更合適的混合氣形成裝置，對(duì)混合氣形成裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 （5）火花塞和火花塞間隙的選擇，壓縮比提高后，宜采用冷型火花塞。,（6）解決冷起動(dòng)不利的因素，如：輔助汽油噴射、電加熱、火焰起動(dòng)裝置、熱分解燃油、催化分解燃油、增加點(diǎn)火能量、燃油的霧化、燃油中添加低沸點(diǎn)的添加劑。 （7）改善有關(guān)零件的抗腐蝕

13、性和抗溶脹性等，尤其是提高供油管路的金屬件、橡膠件和塑料的性能，如油壓調(diào)節(jié)器的膜片。 （8）加大燃料箱，以保證必要續(xù)駛里程?；虿捎秒p油箱結(jié)構(gòu)。 （9）在提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，為充分利用醇類燃料高辛烷值的特點(diǎn)，應(yīng)加大點(diǎn)火提前角調(diào)整25度。,2乙醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) 純燒乙醇應(yīng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行必要的改動(dòng)；提高壓縮比（911），充分發(fā)揮乙醇辛烷值高的優(yōu)勢(shì)。壓縮比提高后，宜采用冷型火花塞；加大輸油泵的供油能力，以避免氣阻；用附加供油系統(tǒng)及加強(qiáng)預(yù)熱等措施，改善冷起動(dòng)；加大燃料箱，以保證必要續(xù)駛里程；改善有關(guān)零件的抗腐蝕性和抗溶脹性等。,3醇類燃料的柴油機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) （1）火花塞法 1）燃料噴射時(shí)間及點(diǎn)火時(shí)間：

14、2）火花塞的位置及電極長(zhǎng)度： 采用較長(zhǎng)的火花塞 使其電極達(dá)到b或c位置,（2）電熱塞法 在燃燒室中 安置電熱塞 是使醇燃料 著火，并實(shí) 現(xiàn)較為穩(wěn)定 燃燒的措施。,（3）裂解甲醇法 將無(wú)水或含水很少 的甲醇分解成h2及 co稱為裂解甲醇。 甲醇先在蒸發(fā)器中 變成氣體，然后在 裂解反應(yīng)器中被分 解為h2及co，然 后經(jīng)過(guò)冷卻，與空 氣混合，進(jìn)入發(fā)動(dòng) 機(jī)。,（4）表面著火法 電阻絲加熱帶所產(chǎn)生的熱量，使不銹鋼套燃燒室內(nèi)表面的溫度高于甲醇的著火溫度，由噴嘴噴出的甲醇油霧接觸到高溫表面后便自行著火。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，便不再消耗電能加熱表面。,（5）采用著火改善劑 在柴油機(jī)中使用加了著火改善劑的純

15、醇燃料，就無(wú)需對(duì)柴油機(jī)作大的變動(dòng)，并且隨時(shí)可以改用柴油，是一種較簡(jiǎn)便理想的方法。關(guān)鍵是要研究出優(yōu)良的添加劑。如環(huán)己基銷酸鹽、三乙基銨硝酸酯、異丙基硝酸酯等。,（6）高壓縮比壓燃法 適用于分負(fù)荷工況下工作的時(shí)間較多的公共汽車的醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，主要的技術(shù)是高壓縮比加助燃劑。,4甲醇改質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn) 改質(zhì)氣的最大火焰?zhèn)鞑ニ俣热匀桓哌_(dá)215cm/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽油。這個(gè)特性有利于熱效率的提高。 改進(jìn)控氣裝置，有利于熱效率的提高，很容易實(shí)施稀混合氣燃燒 。co和hc排放少，nox的排放濃度也較低。,5醇類靈活燃料發(fā)動(dòng)機(jī) （1）甲醇靈活燃料發(fā)動(dòng)機(jī) （2）乙醇汽油靈活燃料發(fā)動(dòng)機(jī),三、醇類燃料的應(yīng)用實(shí)例,1m8

16、5甲醇燃料汽車,2 乙醇汽油汽車 中國(guó)汽車技術(shù)研究中心對(duì)乙醇汽油進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，選用兩種車型（分別采用 1.8l電噴發(fā)動(dòng)機(jī)和1.6l電噴發(fā)動(dòng)機(jī)）對(duì)三種乙醇汽油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其摻燒比例分別為：7.7（e7.7）、10（e10）、15（e15），并與燃用93號(hào)汽油的結(jié)果進(jìn)行比較：,1）動(dòng)力性 不做任何調(diào)整，乙醇汽油的動(dòng)力性與基礎(chǔ)汽油變化不大。 2）燃料經(jīng)濟(jì)性 從燃料經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，摻燒乙醇的比例也是不宜太大。 3）排放性 試驗(yàn)表明，燃用乙醇汽油與燃用汽油相比，由于含碳比例減少和含氧燃燒較為完全，怠速排放co和hc有所下降。三種方案nox排放與燃用汽油相比，大體相近，有高有低。 乙醇汽油的甲醛排放比汽

17、油高。,第三節(jié) 醇類燃料汽車維護(hù) 一、醇類燃料的正確使用 1車用乙醇汽油 （1）車用乙醇汽油的組成 車用乙醇汽油由車用無(wú)鉛汽油、變性燃料乙醇和改善其使用性能的添加劑組成。,（2）車用乙醇汽油的牌號(hào) 按gb 183512004車用乙醇汽油規(guī)定，我國(guó)車用乙醇汽油目前有四個(gè)牌號(hào)，分別是90號(hào)、93號(hào)、95號(hào)和97號(hào)，與車用無(wú)鉛汽油一樣，其牌號(hào)是按研究法辛烷值大小來(lái)劃分的，數(shù)值越大，表示車用乙醇汽油的抗爆性越好。,（3）車用乙醇汽油的正確選用 車用乙醇汽油的基本選用原則是： 壓縮比在8.0以下的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用90號(hào)車用乙醇汽油； 壓縮比在8.08.5之間的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用93號(hào)車用乙醇汽油； 壓縮比在8.59.5之間的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用93號(hào)、95號(hào)車用乙醇汽油； 壓縮比在9.510.5之間的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用97號(hào)車用乙醇汽油。,2車用甲醇汽油 車用甲醇汽油沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但其牌號(hào)應(yīng)達(dá)到gb 179301999車用無(wú)鉛汽油的相關(guān)要求，其使用可參照車用乙醇汽油的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。,二、醇類燃料汽車使用注意事項(xiàng) 1使用前需要對(duì)汽車進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整 （1）徹底清洗燃油系統(tǒng)和油