甲醇燃料在汽車中應(yīng)用分析

劉少波

(黑龍江龍運(yùn)集團(tuán)，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 引 言

汽車工業(yè)使經(jīng)濟(jì)得到了快速的增長，但對能源、環(huán)境和安全的負(fù)面影響影響也逐漸被大家關(guān)切，特別是對石油需求造成很大壓力。世界各國都非常注重找到穩(wěn)定的、排放清潔的汽車替代燃料。在各國科學(xué)家研究過程中發(fā)現(xiàn)甲醇燃料是相對分子質(zhì)量較小的單質(zhì)，燃燒產(chǎn)物中基本沒有碳煙，NOX的排放濃度也很低，是一種低污染性燃料，可以由一氧化碳和氫氣合成，因此它可以較方便地由天然氣、油頁巖及煤制取，這些原料不僅儲量較大，而且大都可以再生，這就保證甲了醇燃料的穩(wěn)定生產(chǎn)。同時(shí)，作為液體燃料，其儲運(yùn)、分配、攜帶、使用都與傳統(tǒng)的汽、柴油相差無幾，因而受到國際重視。

2 國內(nèi)應(yīng)用甲醇燃料概況

我國對甲醇代用燃料的研究已進(jìn)行了多年，低比例甲醇燃料在部分特定地區(qū)短期運(yùn)行的結(jié)果來看，此種燃料可代替汽油，無需添加助溶劑和腐蝕抑制劑，已經(jīng)初步具備了推廣使用條件。對于中比例甲醇燃料的使用，不需要對內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行升級改造，只是需要對點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，密封材料和供油系統(tǒng)也要采取一定的措施，防止腐蝕，此類辦法還需進(jìn)行一定時(shí)間的驗(yàn)證，暫時(shí)不具備廣泛使用條件。對于高比例甲醇燃料來說，內(nèi)燃機(jī)及噴油點(diǎn)火系統(tǒng)必須進(jìn)行特殊的改造，還需要大量的試車實(shí)驗(yàn)工作。1989年1月到1990年7月，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心將德國大眾提供的甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到桑塔納轎車上，并使用M15和Ml00甲醇代用燃料進(jìn)行了臺架和道路試車試驗(yàn)研究分析。

3 甲醇作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料須考慮的因素

(1)化學(xué)成分及燃燒產(chǎn)物醇類燃料含氧及C、H比較多，化學(xué)當(dāng)量比汽油和柴油低，充分燃燒時(shí)產(chǎn)生的水較多，產(chǎn)生CO2較少。在起動(dòng)、暖機(jī)期間及缸內(nèi)溫度不高時(shí)，容易在缸壁上形成冷凝物，促便酸性物質(zhì)的生成及磨損的增加。醇類燃料燃燒后，混合氣的分子變更系數(shù)增大。

(2)沸點(diǎn)及凝點(diǎn)相對于汽油來說，醇類燃料的沸點(diǎn)低，這有助于燃料—空氣混合氣的形成，但因其中缺乏高揮發(fā)性組分，對起動(dòng)不利。醇類燃料的凝點(diǎn)很低，在環(huán)境溫度較低時(shí)無需擔(dān)心結(jié)冰。

(3)熱值甲醇的熱值是優(yōu)質(zhì)汽油的47%，在理論空燃比下單位質(zhì)量的醇類燃料—空氣混合氣的熱值與石油燃料混合氣的熱值基本一樣，相應(yīng)調(diào)整供油系統(tǒng)，增加供油量，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

(4)汽化潛熱醇的分子間有強(qiáng)氫鍵，汽化潛熱大，混合氣形成后溫度降敢較大。當(dāng)過量空氣系數(shù)為1時(shí)，在絕熱條件下，汽油的溫降約20 ℃，而純甲醇的溫降為122 ℃。高汽化潛熱產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)妨礙了在運(yùn)行溫度下的完全汽化，使甲醇的霧化、汽化困難，難以形成良好、均勻的混合氣。壓縮終了缸內(nèi)溫度降低，使壓燃著火延遲期變長，還會(huì)影響起動(dòng)性能。但高的汽化潛熱可降低壓縮負(fù)功，提高充氣效率。

(5)辛烷值醇類燃料的辛烷值高，是點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)好的代用燃料，也可作為提高汽油辛烷值的優(yōu)良添加劑。

(6)十六烷值醇類燃料的十六烷值很低，在壓燃式內(nèi)燃機(jī)中使用醇類燃料很困難。

(7)著火極限醇類燃料的著火上下限都比石油燃料寬，能在稀混合氣區(qū)工作，有利于排氣凈化和降低油耗，也利于空燃比控制。

(8)著火延遲期由于十六烷值低，著火性差，著火延遲期長。

(9)火焰?zhèn)鞑ニ俣却碱惾剂系幕鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣缺绕透?，這對醇類燃料的使用十分有利。

4 甲醇燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)上的使用

近年來，我國在河南等省試行使用車用醇類汽油，并頒布了GB 18350—2001《變性燃料甲醇》國家標(biāo)準(zhǔn)。甲醇與汽油的混合燃料稱為甲醇汽油。按照醇在燃料中所占的體積分?jǐn)?shù)，甲醇汽油習(xí)慣上稱為MX(X為甲醇的體積分?jǐn)?shù))，如M5(指甲醇5%)、M10(含甲醇10%)、M85(含甲醇85%)等。

醇類燃料在應(yīng)用中的主要問題：

(1)對金屬腐蝕性甲醇對汽車燃料系統(tǒng)的許多金屬都有腐蝕性，它們可以腐蝕銅、鐵、鋁、鉛、鋅、鎂及它們的許多合金?；旌先剂现屑词购?%的醇也使燃料腐蝕性大大增強(qiáng)，醇含量越高，腐蝕性越大。防止醇燃料腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)金屬的基本途徑有兩個(gè)：一是改變內(nèi)燃機(jī)材料，使用抗腐蝕的合金制造內(nèi)燃機(jī)；二是在燃料中添加防腐蝕劑。相比之下，前者成本高，且只適用于新發(fā)動(dòng)機(jī)的制造；而后者則更簡便，而且成本低，效果好。實(shí)踐證明，在燃料中加入少量防腐劑就能有效防止金屬腐蝕。

(2)對其它材料的影響醇類燃料還對橡膠和塑料部件有腐蝕作用，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系中的許多零部件都是橡膠、塑料等材料制成的。在醇類燃料中會(huì)溶脹、變粘或皴裂；燃油泵隔膜和燃油軟管是橡膠制品，在醇燃料中會(huì)發(fā)生溶脹、變硬、變脆或軟化等現(xiàn)象，纖維墊片會(huì)逐漸軟化而導(dǎo)致漏油。

當(dāng)使用混合燃料，或用汽油作為改善燃醇類燃料冷起動(dòng)性能的添加劑時(shí)，對橡膠和塑料部件的腐蝕性更強(qiáng)。這是由于混合燃料中的醇能增強(qiáng)燃料在橡膠和塑料表面的潤濕作用，從而有利于汽油組分向其內(nèi)部滲透的緣故。

應(yīng)該注意的是，不同橡膠或塑料在汽油、混合燃料和純的甲醇中的溶脹作用有明顯的差異，因此在使用醇燃料或混合燃料時(shí)，應(yīng)選擇合適的橡膠或塑料材料作為燃料系部件。

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)磨損醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中，氣缸和活塞環(huán)的磨損加工重。這被認(rèn)為是由于甲醇能夠?qū)⑦@些部位的潤滑油膜清理掉。另外，醇燃燒時(shí)會(huì)生成有機(jī)酸(甲酸)，能直接腐蝕金屬，造成腐蝕磨損。甲酸融入潤滑油中還會(huì)使其發(fā)生變質(zhì)，使各接觸不見間的潤滑惡化從而導(dǎo)致磨損加劇或損壞。

5 為促進(jìn)甲醇燃料汽車的發(fā)展，提出幾點(diǎn)建議

(1)借鑒國外技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為了更好地利用甲醇燃料，各國根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)措施解決甲醇燃料汽車發(fā)展中遇到的各種問題。其中，福特公司將電鍍件及耐腐蝕橡膠應(yīng)用在燃料供給系統(tǒng)和密封件上，這樣就避免了甲醇對發(fā)動(dòng)機(jī)部件的腐蝕。

(2)對于管理水平高，實(shí)力強(qiáng)的企業(yè)應(yīng)給予支持，使他們在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下不斷進(jìn)行技術(shù)革新，研制出甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的特殊零部件并解決儲運(yùn)甲醇技術(shù)，提高整體技術(shù)水平，降低成本，為甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的推廣奠定基礎(chǔ)。

(3)建議政府支持甲醇燃料汽車應(yīng)用試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定相應(yīng)配套的政策法規(guī)，尤其是對產(chǎn)品價(jià)格和甲醇汽車生產(chǎn)、銷售方面，要給予必要的優(yōu)惠政策，進(jìn)一步促進(jìn)我國甲醇燃料的綜合發(fā)展。