乙醇燃料的特点及使用性能分析技术与研究乙醇燃料的特点及使用性能分析李永平内容提要:乙醇汽油作为清洁替代燃料近几年来得到快速的发展,但是在推广应用的过程中遇到了一些问题,本文通过介绍乙醇汽油作为燃料时的物理化学特点,与普通汽油,柴油的理化特性进行对比,得到乙醇汽油的一些优点和缺点.在此基础上,针对车用乙醇汽油在使用过程中常见的一些问题,分析了问题出现的原因,提出了具体的解决方法.只要认识到车用乙醇汽油在使用中常出现的问题,并掌握一定的解决方法,乙醇汽油就能够更广泛的得到推广和应用.关键词:乙醇汽油辛烷值动力性能近年来,我国汽车工业迅速发展,汽车保有量逐年增加.目前汽车的燃料主要以石油为主,而世界石油资源日益减少,发动机燃料的供应将越来越紧张.因此,使用替代燃料是解决我国石油资源短缺的重要措施.另外,车用汽油,柴油造成的环境污染也日益严重.使用清洁替代燃料是减少汽车排放污染的有效途径.在众多清洁替代燃料中,乙醇燃料由于具有来源广泛,丰富,抗爆性好,与石油燃料的理化性能相近,因而受到更多的重视.但是在车用乙醇燃料的推广使用中,遇到一些问题,影响了乙醇燃料的发展,但通过采取有效的措施,可以解决大部分的困难.1乙醇燃料与汽油,柴油物理化学特性的比较乙醇是一种无色透明,易挥发,易燃的液体.内燃机燃用的石油燃料(汽油,柴油等)是烃类燃料,而醇类是烃基和羟基组成的化合物. 这就从化学性质上决定了醇类可以作为内燃机的代用燃料.从分子组成上来看,乙醇的分子式为CHCH,OH,含有2个碳原子,6个氢原子和1个氧原子;而汽油,柴油则是碳原子为5～12或10～2l的液态烃类混合物,不含氧元素. 乙醇和汽油,柴油在自身的物理化学性质上,有相似的地方,也有不同的地方.乙醇与汽油,柴油的理化性质差异主要表现见表1.(1)从分子结构上看,汽油中不含氧,而乙醇中含氧,更有利于促进燃料的燃烧完全,节省燃料. (2)乙醇含氧量高,使燃料燃烧更加充分,大大改善了尾气排放性能,CO和CH化合物平均减少了30%以上.(3)从密度上看,它们的差别不大,混合燃料的密度相近,(乙醇0.79,汽油在0.72～0.78,柴油在0.83～0.86),混合后分离的倾向小.(4)从沸点看,乙醇沸点(78.4℃)比汽油(40～210~C)低,因此在能使汽油沸腾的条件下,乙醇也能沸腾,这对汽化有利.但它是单一组分,缺少高挥发性的组分,对发动机的起动不利.(5)从凝固点来看,两者都较低,在低温环境温度下都能正常使用.(6)闪点是在试验室状态下测量的燃料接触火源时能够着火的温度,它影响到燃料的运输和存放,使表1乙醇与汽油,柴油的理化性质比较理化性质乙醇汽油柴油分子式CHjCH2OHc5烃类cl._21烃类分子量46含氧量/%54.75OO密度(20℃)/kg?m0.78950.72～0.780.85～0.86 沸点/℃78.440～21O18O～570凝点/℃一II7.5—6O～一56—55～1O闪点(闭)/℃15～14—45～一5865～88粘度(20℃)/mPa?S1.200.28——0.595.0～8.0汽化热/kJ,kg0.8540.51～0.540.25～0.50低热值/MJ?kg..26.77845.9～44.442.5～428着火温度/℃454550～468270～550火焰传播速度/m?s..0.58～0.58着火界限/%5.5～18.01.5～7.6理论空燃化/kg,k8.45I4.7～15.0I4.5～14.6理论混合气热值/MJ?kg2670278O～2786272～279 十六烷值cN85～2545～65辛烷值RON～1108O～98～2O2007-7域弓4硒55技术与研究用过程的安全性,乙醇的闪点远低于柴油的闪点.(7)从汽化潜热看,远大于汽油的汽化热,燃料乙醇的汽化潜热为0.854kJ/kg,汽油为0.31～0.34kJ/kg,燃料乙醇的汽化潜热约是汽油的2.7倍,燃料乙醇汽化时吸收的热量比汽油大得多,这会引起发动机进气温度降低,增加了汽车发动机冷起动的困难.(8)从低热值看,乙醇比汽油约低40%,(乙醇26.778MJ/kg,汽油43.9～44.4MJ/kg)因此,做同样的功,用乙醇汽油耗量要比普通汽油要多.(9)从着火温度看,燃料乙醇约为434*(2,汽油为250～468℃,可见通常情况下乙醇要比汽油更难以点燃,这也增加了使用含醇汽油发动机起动的难度.(10)从理论空燃比看,乙醇比汽油小,(汽油14.7～15:1,柴油14.3～14.6:1,乙醇8.45:1).(11)从抗爆性看,乙醇辛烷值高,(乙醇ll0,汽油最高98),抗爆性强,可采用高压缩比,提高发动机功率,降低耗油量,可抵消因热值低耗油量大的不足.(12)从十六烷值看,乙醇十六烷值低,着火性能差,在柴油机中燃用时比较困难.2汽车使用乙醇燃料的优缺点通过以上对比可以看出燃料乙醇和普通燃料相比各有利弊,但利弊相抵,相比起来还是乙醇的利大于弊.乙醇汽油完全可以在汽车发动机上正常使用.2.1汽车使用乙醇燃料的优点(1)资源丰富.我国生产乙醇的主要原料有含糖作物,含淀粉作物以及纤维类原料,这些都是可再生资源且来源丰富,因而使用乙醇燃料可减少车辆对石油资源的依赖, 56域●粕2007-7有利于我国的能源安全.(2)排放性能好.车用乙醇汽油含氧量达35%,使燃料燃烧更加充分,据国家汽车研究中心所作的发动机台架试验和行车试验结果表明,使用车用乙醇汽油,在不进行发动机改造的前提下,动力性能基本不变,尾气排放的CO和CH化合物平均减少30%以上,有效地降低和减少了有害尾气的排放.(3)动力性能好.乙醇辛烷值高,可采用高压缩比提高发动机的热效率和动力性.加上其蒸发潜热大,可提高发动机的进气量,从而提高发动机的动力性.(4)积炭减少.因车用乙醇汽油的燃烧特l生能有效地消除火花塞, 燃烧室,气门,排气管消声器部位积炭的形成,所以避免了因积炭形成而引起的故障,延长部件使用寿命.(5)使用方便.乙醇常温下为液体,操作容易,储运使用方便.与传统的发动机技术有继承性,特别是使用乙醇汽油混合燃料时,发动机结构变化不大.2.2汽车使用乙醇燃料的缺点(1)经济性差.燃料乙醇生产企业需要降低成本,当汽油价格高于乙醇价格时,车用乙醇汽油的销售困难不大,但是,如果乙醇价格高于汽油价格,推广就很困难.国内乙醇的价格长期高于汽油,现在是靠国家扶持,政府补贴,才使车用乙醇汽油的价格维持不变.因此,燃料乙醇生产企业提高副产品的综合利用水平,降低生产成本,是其健康发展的关键.(2)蒸发潜热大.乙醇的蒸发潜热是汽油的2倍多,蒸发潜热大会使乙醇燃料低温启动和低温运行性能恶化,如果发动机不加装进气预热系统,燃烧全醇燃料时汽车难以启动.但在汽油中混合低比例的醇,由燃烧室壁供给液体醇以蒸发热,蒸发潜热大这一特点可成为提高发动机热效率和冷却发动机的有利因素.(3)热值低.乙醇的热值只有汽油的61%,要行驶同样里程,所需燃料容积要大.乙醇尽管热值较汽油小得多,但由于含氧量较高,其理论混合气热值与汽油接近.因此,乙醇可以作为汽油机燃料使用,而且其动力性可以接近使用汽油的发动机.(4)易产生气阻.乙醇的沸点只有78~C,在发动机正常工作温度下,很容易产生气阻,使燃料供给量降低甚至中断供油.(5)腐蚀金属.乙醇在燃烧过程中,会产生乙酸,对汽车金属特别是铜有腐蚀作用.有关试验表明, 在汽油中乙醇含量在10%以下时, 对金属基本没有腐蚀,但乙醇含量超过15%时,则必须添加有效的腐蚀抑制剂.(6)与材料的适应性差.乙醇是一种优良的溶剂,易对汽车密封橡胶及其他合成非金属材料产生一定的轻微腐蚀,溶涨,软化或龟裂作用.(7)易分层.燃料乙醇易于吸水,车用乙醇汽油的含水量超过标准指标后,容易发生液相分离,影响使用.车用乙醇汽油的储运周期只有4～5天,因此必须改造,建设专供车用乙醇汽油的储罐,槽车,调和与加油设施.3使用乙醇燃料的常见问题及解决方案3.1油耗增加31.1原因(1)乙醇沸点低,挥发性强,在环境温度高时,车用乙醇汽油的挥发量要比车用无铅汽油的挥发量大.(2)由于驾驶员对乙醇燃料的特性不太了解,措施要点掌握不够, 如点火时间调整得不合适,混合气偏稀等.(3)随着行驶里程数的增加,车用乙醇汽油比普通汽油更易在进气阀门表面及周围形成积炭,且沉积物的生成会随着行驶里程数的增加而增加,如果不及时清洗,会影响进气阀关闭的严密性,导致燃烧不完全,油耗上升.3.1.2解决办法(1)清洁油箱,油路.(2)适当调整点火时间,混合气浓度等.(3)使用清洗型乙醇汽油清洁剂.3.2易产生气阻(主要在天热的情况下)3.2.1原因尽管乙醇燃料在38~C时的饱和蒸气压比汽油低得多(汽油为74～88kPa,乙醇为17kPa),但乙醇燃料的沸点低,在超过其沸点温度的高温下,蒸气压会迅速增大,因此夏季行车时,在长时间,大功率,大负荷高速行驶和在市区内长时间的低速开空调行驶的情况下,都会引起发动机温度偏高,产生气阻现象.3.2.2解决办法(1)降低乙醇汽油组分油的蒸气压数值.(2)检查油箱附件之一蒸汽阀的工作状况,必要时予以疏通维护或更换.3.3起步发顿和加速不良3.3.1原因(1)一般都与油路不畅有关,致使供油不足,因为在使用乙醇燃料后,将原来粘在油箱壁上的胶质颗粒等杂质冲洗掉,堵塞了汽油滤清器或燃油喷嘴.(2)混合气偏稀.3.3.2解决方法(1)检查清理油路,排除故障.(2)调整点火时间.3.4使用中分层现象3.4.1原因乙醇与汽油可以互溶,但抗水性较差,乙醇汽油一旦遇水就会发生相分离,造成油箱上,中,下各部乙醇与汽油的比例不同,使车用乙醇汽油不能正常燃烧,影响使用效果.3.4.2解决方法GB18351-2004车用乙醇汽油》对水分含量有严格的限制,规定车用乙醇汽油水分含量不大于0.20%.因此,只要是正规加油站出售的车用乙醇汽油就不会出现因含水产生分层而带来的麻烦.3.5金属腐蚀现象3.51原因乙醇在燃烧过程中,会产生乙酸,对汽车燃料系统的许多金属都有腐蚀性,可以腐蚀铜,铁,铝,铅, 镁,锌及它们的许多合金,且乙醇含量越高,腐蚀性越大.3.5.2解决方法(1)改变发动机金属材料,使用耐腐蚀的金属制造发动机.(2)在燃料中加防腐蚀添加剂.3.6橡胶材料出现溶胀裂纹现象3.6.1原因乙醇汽油对供油系统的橡胶部件(如油泵的油封,垫圈等)有一定的溶胀作用,可导致后者产生溶胀,软化,龟裂进而失效,对塑料件也有类似的作用.3.62解决方法(1)选择合适的橡胶或塑料材料作为燃料系统部件,如采用氟橡胶,氟硅橡胶,聚硫橡胶,氯丁橡胶等耐乙醇汽油混合燃料的材料代替丁晴橡胶,聚脂树脂等材料. (2)在燃料中加入某些添加剂也可以减轻乙醇汽油对橡胶和塑料材料的溶胀.3.7发动机磨损技术与研究3.71原因(1)乙醇汽油能将气缸和活塞环等部位的润滑油膜洗掉,加重磨损.(2)乙醇汽油燃烧时生成乙酸,能直接腐蚀金属,造成腐蚀磨损,且乙酸还能与润滑油中的抗氧防腐剂(如二烷基二硫代磷酸锌)发生反应而使其失效,从而增大各摩擦部位的腐蚀与磨损.37.2解决方法(1)改变发动机材料(如活塞环镀铬).(2)使用专用的乙醇燃料发动机润滑油(碱度较高,可中和乙醇燃料燃烧产生的乙酸).4结束语车用乙醇汽油在实际使用过程中能显着降低汽车尾气中HC和CO 的排放量,有利于改善环境.虽然也存在一些油耗增加,经济性差等问题.但是在推广使用中,通过采取一定的措施能够解决这些问题,而且推广使用车用乙醇汽油是国家的一项战略性举措,对缓解我国石油资源短缺,减少对进口石油的依赖性,改善大气环境,促进农业生产和消费的良性循环及可持续发展,具有积极意义.i璺岛jj,一嘲……………●¨'●■…¨'●■------_●_●_ 2007-7域弓4锅57。
