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1、车用发动机代用燃料的研究现状及发展趋势 摘 要:本文具体介绍了国内外发动机代用燃料的开发与应用现状,并综合国内外的探讨结果指出自然气、氢气、醇类是将来发动机最有希望的代用燃料。 关键词:发动机 代用燃料 发展 目前,汽油和柴油机依旧是车用发动机的主要机种。而汽油和柴油都是不行再生资源。随着汽车工业的迅猛发展,对石油的需求量越来越大,价格也越来越昂贵。我国从 11013年起,已由石油输出国成为石油进口国,到2022年,进口石油已达2.5亿吨。可以预料,随着国家经济的发展,石油进口量还会增加。据美国能源部和世界能源理事会预料,全球的石油产量在2022至2025年间将达到最大值。日趋严峻的能源危机对
2、发动机的常规燃料提出了新的挑战。 同时,由于世界汽车保有量的增加和各国对环保的重视,车用发动机面临着既要保持和接着提高现有性能,又要降低排放的双重压力。而发动机的排放成分除与发动机的燃烧过程组织有关外,还与发动机的燃料有干脆的关系。汽油和柴油在改善废气的有害排放方面可做的工作已经相当有限,很多国家目前已把探讨的目光转向寻求污染较小的代用燃料,这一方面可有效地削减废气的排放,另一方面也可保存原油产品和爱护能源。 为了应对能源危机和环保压力,内燃机工作者早在上世界60年头就对代用燃料进行了分析,并渐渐得到国家相关部门的支持。 1.代用燃料探讨现状 1.1 自然气 自然气是一种高效、清洁、价廉的工用
3、和民用燃料及重要的化工原料。由于它的主要成分是甲烷,用作发动机燃料时,发动机尾气中的非甲烷碳氢化合物比汽油机的低,甲烷的排放量则相对要高。对于采纳同样排放限制技术类型的汽车,由于运用的燃料不同,其尾气排放水平为:自然气汽车的非甲烷碳氢排放物比汽油车的低 90,而甲烷则高出 9倍;其CO的排放水平约为汽油车的20%-80%;而NOx视不同类型有很大不同,大多数状况下二者相同,而最低时自然气汽车的仅为汽油车的40。用自然气作为发动机的代用燃料,对改善和优化我国的能源结构和削减发动机的排放污染,具有重要的作用。 自然气作为发动机代用燃料的应用形式目前主要有两种,分别是:压缩自然气 ( CNG)、液化
4、自然气( LNG)。 1.1.1压缩自然气 ( CNG) CNG作为发动机代用燃料的探讨进行得较早,基本技术较为成熟。但早期由于压缩问题没解决,用作发动机的代用燃料受到很大限制。近年,由于CNG技术的成熟和加气网点的完善以及对发动机排放限制的提高,特殊是电子限制技术在发动机上的应用,CNG作为车用发动机代用燃料的探讨重新受到重视。探讨主要集中在以下几个方面:发动机燃烧特性;燃料限制系统的设计;为使自然气发动机和双燃料发动机达到较高排放要求而采纳的气体燃料电控喷射技术的探讨;自然气发动机专用催化转化器的探讨,后二项探讨处于起步阶段。通过这些探讨,对常见的机型,尤其是城市出租和公交车的改装供应了技
5、术支持。 1.1.2液化自然气 ( LNG) LNG是自然气经过加工后的产品,在常压下,只有在162以下才能呈现为液态。LNG具有成份单一、纯度高(甲烷含量较CNG的高)、燃烧性能好、排污低、平安性和运用性好等特点。在国外,LNG不仅用于汽车领域,还应用于铁路和航运。但对于商业运用来说,LNG的低温制取、存储及加气设施建设须要较大的投资;车用的电控燃料供应系统比较困难;排放成分中,HC和CO较低,但NOx较高。国内对LNG的探讨处于起步阶段,已有多家单位进行这方面的探讨,如北京理工高校已开展LNG发动机电控多点喷射技术的探讨;中原油田正进行LNG制取、储运技术的探讨等。国家已确定在广东建两个L
6、NG接收站,以改善当地的能源结构,这为当地在国内事先将LNG作为车用发动机代用燃料供应了发展机遇。 1.2氢气 氢燃料是一种最志向的清洁燃料,虽然在自然界中氢的含量与氧相比要少得多。但由于它分布广,含氢化合物在自然界中也特别多。例如电解水就可得到氢气,因而它是一种有希望的新型能源。在通常状态下氢是无色无味的气体,其密度为空气的1/14.4,在高压低温的条件下氢气可以以液态方式存在。它的热值很高为12000Kj/Kg,是汽油的2.7倍。燃烧可以放出大量的热。由于燃料中不会有碳,所以以氢为燃料的发动机只有NOx一种有害排放物,并不会存在CO和HC的排放污染,故而氢气作为发动机的动力有利于环境爱护。
7、目前,许多国家都在致力于氢发动机的开发探讨。日本马自达公司首先在汽车上试验胜利了一种新的氢发动机,它是燃烧氢气的双转子式发动机。其燃料氢气是自来水和电,可以说是取之不尽、用之不竭的能源。发动机的排气还可以反复再生利用,其排气污染是非常稍微的。 氢燃料燃烧有一个显著的特点,即氢气与空气混合气的着火界限很宽广,火焰形成快,传播速度也快。因此,氢发动机不行采纳浓的混合气,假如混合气太浓,由于火焰燃烧速度快,会加剧气缸压力、温度的增高率,简单导致燃烧异样,加大NOx的排放。反之,假如混合气过稀,燃料速率也会慢,整个燃烧过程可能持续到排气或进气过程,易于产生回火、工作不稳定等故障。氢气发动机与汽油机一样
8、,着火方式都是采纳点燃式。故而,汽油机易于改为氢发动机。这就为将来氢气发动机的开发运用供应了一个有利的条件。目前探讨过程中,氢气发动机的关键是氢气的储存。由于其密度很小,须要在很大的加强下才能储存肯定量的气体,所以对氢气的应用,必需破解储存的难题。 1.3醇类燃料 醇类燃料在发动机上运用主要有甲醇和乙醇两大类。 醇类燃料由于可以从煤、自然气和植物中提炼,加之它是液体燃料可以沿用传统石油燃料的运输、贮存系统。因而被认为是内燃机最有希望的代用能源。 醇类燃料与汽油相比具有以下特点: 1.3.1 热值低 甲醇仅为汽油的46,乙醇为汽油的61.86,但甲醇、乙醇的理论空气量也少,甲醇为汽油的43,乙醇
9、为汽油的60。因而,汽油机上燃用甲醇、乙醇时须要增大主量孔的直径或调整主量孔的圈数,加大燃料供应量才能使发动机在燃用醇类燃料时不会降低动力性能指标和保证合适的空燃比。 1.3.2汽化潜热比汽油要大得多 甲醇的汽化潜热是汽油的3.7倍,乙醇为汽油的2.9倍。这不利于燃料的蒸发。在工作中须要采纳额外的加热措施。 1.3.3醇类燃料的辛烷值高,有较强的抗爆性能 在汽油机上运用可以提高压缩比,有利于提高发动机动力性能和经济性能。 由于醇类燃料碳氢比低,燃料中有氧,可实现干净尘粒无烟燃烧,污染极为稍微。同时醇类还是汽油良好的溶解液。所以,目前在实际中醇类燃料在汽油机上运用时常进行肯定一百零一分比的掺混。
10、那就是将汽油与肯定比例的甲醇(或乙醇) 混合起来组成一种混料。然后再向其中加上苯、丙酮等助溶剂。 试验表明,混合燃料中醇类含量低于30%以下时,发动机有良好的起动性能。由于醇类汽化潜热较大,虽有利于提高发动机的充气效率和动力性。但不利于燃料的低温蒸发。故而当醇类含量大于30以后,发动机在结构上可实行对进气管加热以及排气对进气加热等方法措施来改善其蒸发性。总的看来,燃用甲醇或其混合燃料运转时,发动机可提高功率和改善排放,显示出这种燃料的生命力。 我国已经在山西建立了甲醇-汽油混合加油站,并在某些型号发动机上进行了相关的试验。总体表明:若对发动机结构参数进行调整,可获得较好的经济性、动力性和排放指
11、标。因此,目前专家认为它是一种较成熟的代用燃料。 2.展望与发展 随着世界石油资源的不断消耗和全球范围内更严格的排放法规的制定,新能源的开发与探讨就更加显得迫切。目前形势表明,自然气、醇、氢在发动机上的运用已渐渐显示出其强大的潜力。我们信任在科研工作者的共同努力之下,新能源的开发应用也将步入一个崭新的时代。 参考文献: 1 陈敏.国内发动机代用燃料探讨综述J.柴油机.2003(5). 2 孙天松.能源危机与内燃机发展前景J.山东内燃机,2001(3). 3 周玉明.内燃机代用燃料J.材料燃料, 2002(6). 4 王珂等.液化自然气及其车用技术J.柴油机,2002(3). 5 陈柏霖.汽车燃料的发展趋势J.汽车工业探讨,2003(8). 6 申章庆等.车用发动机代用燃料J.柴油机,2022(2). 7 廖世勇等.发动机代用燃料的开发J.柴油机,2002(3). 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页
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