车辆工程毕业设计（论文）乙醇油发动机改进关键技术实验研究【全套设计】.doc

本科学生毕业论文乙醇油发动机关键技术改进学院名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 摘 要目前世界石油资源的短缺和环境污染的加剧，为缓解汽车对石油的依赖，改善全球大气环境污染，适应国际能源开发的需要，世界各国都在寻找新的汽车代用燃料。而乙醇凭借其可再生性和燃烧清洁性，已成为国内外汽车代用燃料的研究重点之一。乙醇燃料是一种新型车用替代燃料，与汽油相比具有可再生性、热效率高和排放低等优点，这对于我国的能源、环保、等问题具有重要意义。全套图纸，加153893706本文分析了国际原油价格发展历史，并且在目前高油价的形势下分析了乙醇汽油的发展与前景。通过对美国、巴西两国乙醇燃料发展历史与现状的分析对比，得出了两国发展乙醇燃料各自不同的特点，以及他们共同的发展趋势。在分析的基础上对我国乙醇汽油发展提出了建议和意见。概述了国内外乙醇汽油的发展现状，和发展乙醇汽油的目的和意义。找出乙醇汽油现阶段存在的问题。本文对四种燃料E0、E5、E10和E15的台架试验数据进行了分析，从动力性、经济性和排放性能分别进行了对比试验，研究表明, 本论文对燃用四种低比例乙醇汽油混合燃料后发动机的动力性和燃油经济性做了一定的研究与分析，发现乙醇汽油燃用混合燃料的动力性有所降低，但与原机相差不大：以质量计的燃油消耗率明显增加，燃油经济性有所降低。燃用乙醇汽油混合燃料后，尾气排放中的CO和HC能够明显得到降低，但同时也会引起个别工况下NOx排放量的增加。本文最后参考国内外相关资料进行了分析，并提出了解决建议。关键词：乙醇；排放性；经济性；动力性；实验分析；改进研究ABSTRACTThe world's oil resources shortage and environmental pollution increase, to ease dependence on oil vehicle, improving the global atmospheric pollution, the need to adapt to the international energy development, countries in the world looking for new alternative fuel vehicles. And by virtue of its renewable nature of ethanol and combustion cleanliness, alternative fuel vehicles at home and abroad has become a focus of research. Ethanol fuel is a new alternative fuel vehicle, compared with gasoline with renewable, low thermal efficiency and emissions benefits, which for our energy, environmental protection, and other issues of great significance. This paper analyzes the history of international crude oil prices and high oil prices in the current situation of the development of ethanol gasoline and prospects. Through the United States, Brazil, ethanol fuel between the two countries history and current situation analysis and comparison of the development of ethanol fuel between the two countries reached their different characteristics, and their common trends. Based on the analysis of ethanol gasoline in China has put forward suggestions and comments. An overview of the development of ethanol fuel situation at home and abroad, and developing the purpose and meaning of ethanol gasoline. Identify the existing problems of ethanol gasoline. In this paper, four kinds of fuel E0, E5, E10 and E15 of the bench test data were analyzed, from the power, economy and emissions tests were compared, studies have shown that this thesis, the low proportion of fuel ethanol and gasoline in four mixture of fuel and engine power and fuel economy to do some research and analysis, found that ethanol gasoline blended fuel burning power was somewhat lower, but with little difference between the original machine: the mass of the fuel consumption rate was increased fuel economy decreased. Fuel ethanol blended gasoline fuel, emissions of CO and HC can be reduced significantly, but operating conditions will also cause the individual to increase NOx emissions. Finally, a review of relevant data were analyzed, and the solutions proposed.Key words：Ethanol; Emissions; Economy; Dynamic; Experimental Analysis; Improvement目 录摘 要IABSTRACTII第章 绪 论11.1概述11.2燃料乙醇研究发展现状21.2.1国外发展概况21.2.2国内发展概况41.3本论文研究的目的与内容51.3.1论文研究目的51.3.2论文研究内容51.4推广乙醇汽油的意义6第章 发动机燃烧技术82.1燃料乙醇的理化特性82.2汽油的理化特性92.3 燃料乙醇与汽油理化特性的比较102.4 乙醇汽油的优点112.5 乙醇汽油的缺点122.6 汽车发动机燃烧技术122.7乙醇油燃烧分析132.8 本章小结14第章 实验方案设计及实验设备简介153.1 相关实验台设备153.1.1 实验用汽油机153.1.2 测试系统163.1.3 FC2000发动机自动测控系统163.1.4 FC2100油耗仪183.1.5 AVL i60智能排放仪183.1.6 实验台组成框架简介193.2乙醇汽油的掺比方案193.3 实验方案的设计203.4 汽车动力性能及燃油经济性213.5车用乙醇汽油性能理论分析21第四章 实验结果研究分析224. 1汽油机动力性224. 2汽油机燃油经济性234.3乙醇汽油发动机排放性能254.4 本章小结31第五章 改进技术研究335.1提高汽油机动力性的改进措施335.1.1乙醇汽油动力差的原因335.1.2从发动机本身进行改进335.1.3从燃料本身进行改进345.2提高汽油机燃油经济性的改进措施355.2.1乙醇汽油经济性差的原因355.2.2从汽油机本身改进355.2.3从燃料本身改进355.3降低汽油机排放性的改进355.3.1乙醇汽油排放性好的原因355.3.2从汽油机本身改进365.3.3从燃料本身改进365.4乙醇汽油车冬季滴水问题改进研究365.5本章小结37结 论38参考文献39致 谢41第章 绪 论1.1概述能源是人类生存和发展的第一性保证因素之一。从2000年开始，中国的能源短缺和结构不合理，引发了国内外的严重关注。中国的能源问题已经成为经济可持续发展的主要瓶颈，也直接影响国家能源战略安全。地球上能源种类很多，总体上可分为可再生能源和不可再生能源。可再生能源包括太阳能、风能、生物质能、水能及由可再生资源衍生出来的生物燃料等；不可再生能源包括石油、天然气、煤炭、核能等。目前消耗量最大的是石油、煤炭和天然气这些不可再生能源，由于其储量有限并且已经逐渐枯竭，造成世界各国普遍存在能源问题。我国是能源消耗的大国，占世界一次能源（以石油、天然气、核电和煤炭等优质能源为主）需求总量的10%以上。而能源以煤炭消费（约占75%）为主，石油约占17%。能源结构中低效、高污染能源占相当比重，高效清洁能源所占比例很小，这样的结构不仅造成能源的大量浪费，而且对环境造成很大污染，偏离了世界能源结构发展趋势的主流。今后我国应加速优化能源结构，增加清洁能源和新能源的比重。从上世纪60年代开始，美国、日本和欧盟等国家和地区相继制定了汽车排放限制标准，以控制汽车排放给人类生存环境带来的日益严重的危害。排放限制标准的出台，迫使汽车制造业和相关的研究机构甚至政府部门都倾注了大量的人力和财力来研究降低排气中各种有害物质的对策和控制技术。然而，单纯依靠改善内燃机燃烧和排放系统来改善汽车排放以达到排放标准的措施也受到许多限制。因此，除了设计更高效的发动机以节省燃料资源外，必须寻找其它的能源以部分或者完全替代我们当前正在使用的燃料。乙醇是一种常用的燃料和燃料添加剂，可以充当汽车燃料的替代品，在近代也越来越受到重视。纯乙醇或添加到汽油中，不仅可以提供驱动的动力，还能改善汽车污染物的排放，并且它具有制造方便、价格低廉和辛烷值较高等优点，这些都是促使各国科学家和学者们积极研究的原动力。最好是把研究重点放在乙醇汽油的混合燃料上，而避免对发动机进行改装，节约生产成本。未来，中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五”期间，中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料乙醇生产企业的产能来看，远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五”末，国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到50以上，这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。1.2燃料乙醇研究发展现状乙醇的生产方法，有以生物质为原料的发酵法和以石化产品为原料的化学合成法。20世纪50年代以前，乙醇主要依靠生物发酵法生产，所用原料可以是淀粉质、糖蜜、纤维原料等。普通乙醇生产在我国古代就已开始，是迄今为止生产最成熟、经验最丰富、历史最悠久的可再生能源。50年代以后，随着世界石油化工的迅速发展，乙烯经加温加压水合就能生成乙醇，这种方法在石化工业发达的国家发展很快。化学合成法的生产过程虽然简单，但受原料来源的限制，随着1976年第一次世界范围内“石油危机”的发生，使合成乙醇的发展受挫。世界上除美国有少量合成乙醇生产外，其他国家都没有大规模的工业化生产。燃料乙醇作为一种工业化大规模生产的能源，和以往小规模、食用型的乙醇生产并不完全相同。燃料乙醇产生于20世纪初叶，后因石油的大规模、低成本开发以及其经济性较差而被淘汰。如今，为了减轻对石油的依赖，人们都在寻找可再生能源。由于乙醇进人燃料市场有重大的发展潜势，引起了世界性的重视，因此发酵法生产燃料乙醇的发展动力大大加强。同时农业的快速发展，造成粮食相对过剩，这一切都使燃料乙醇产业的重新崛起、迅速发展成为必然。1.2.1国外发展概况燃料乙醇被认为是替代和节约汽油的最佳燃料之一，能和汽油以一定比例混配成一种车用燃料。这项技术在国外已十分成熟，具有价廉、清洁、安全、环保、可再生等优点。燃料乙醇的发展与国际原油供应情况息息相关。在燃料乙醇的生产、推广和使用方面，美国和巴西走在了世界的前列，两国产量的总和占全球总量的66%。我国2002年乙醇产量为213万吨，仅次于美国及巴西。燃料乙醇的成本随着生产规模的扩大、生产技术和综合利用能力的提高而不断下降。目前使用车用乙醇汽油的国家主要是美国和巴西，欧盟自20世纪90年代初也开始生产、使用车用乙醇汽油。1979年，在石油危机的背景下，美国为减少对进口原油的依赖，联邦政府制定了“乙醇发展计划”，开始大力推广车用乙醇汽油。作为重要的能源战略，美国还制定了相关的法律和扶持政策，对车用乙醇汽油的生产和使用给予财政补贴。据悉，美国清洁空气法曾对新配方汽油（RFG）含氧量提出要求，MTBE被推荐为RFG的含氧化合物。现在，美国15个州将尾随加州禁用MTBE，塞纳特能源议案号召全国在4年内全部禁用MTBE。预计到2004年，美国汽车燃料将需要23亿加仑乙醇，2012年将达50亿加仑。按可再生燃料协会统计，美国乙醇生产量将从2001年17.7亿加仑增加到2002年22亿加仑，1999-2001年增加了20%。6座新装置己于2002年投产，另有14座乙醇生产厂正在建设中。到2002年底，乙醇生产能力将由2001年21亿加仑增加到28.6亿加仑。乙醇的魅力在于它是可清洁燃烧的燃料，可从再生物质能源生产，虽然乙醇生产费用较高，但采用改进技术的新工艺和使用较廉价的原料，可望降低生产费用。美国加州将于2004年1月禁用MTBE，届时将引入RFG含硫新标准30PPm，加州将执行RFG 3标准，平均含硫限值15PPm（现在为30PPm）、含苯0.7%（现在为0.8%）。加州大多数主要炼油厂正在快速向汽油不加MTBE转化，菲利浦斯石油公司已于2002年7月首次在加州加油站推销无MTBE的汽油，另有三家炼制商也将跟随其后。美国现约有200万辆可灵活用油汽车，可使用汽油也可使用乙醇汽油E 85（85%乙醇和15%汽油）。美国现有135座加油站可加用E 85乙醇汽油，大多在明尼苏达州。现还开发了基于乙醇的无铅航空燃料AGZ 85，可用于小型非喷气式飞机按照最近美国国会提议的立法，要求大力发展乙醇工业，今后15年乙醇的使用将翻三番。为了进一步降低生产成本，美国能源部大力支持纤维素乙醇中试及产业化攻关项目，目的是利用木材、稻草、玉米秆等纤维素废料生产燃料乙醇。美国政府实施燃料乙醇政策以来，给国家经济、农业生产、贸易、人民生活等多方面带来了极大的益处，促进了美国农业的发展，改善了环境，减少了原油进口，为社会提供了大量的就业机会。巴西是石油资源贫乏的国家之一。早在上世纪20年代巴西就开始在汽车中应用乙醇汽油混合燃料。1975年巴西政府开始大力实施乙醇全国计划这一新能源政策，因地制宜推动以甘蔗为主要原料的乙醇燃料的发展，目标是减少石油进口，实现能源的多元化。1977年巴西政府制定法规，正式以20乙醇与汽油混配，推向国内燃料市场，用于普通汽油发动机汽车。经过30多年的努力，现在巴西已经成为世界上屈指可数的乙醇生产和消费大国。据不完全统计，目前巴西全国使用乙醇汽油的汽车约有1 600万辆，而完全用含水酒精作动力燃料的乙醇汽车也达到了200多万辆。如今巴西已经形成完整的燃料乙醇供应系统，乙醇和汽油都通过管道输送，与铁路、公路相连接，供应3 1 979个加油站进行零售。燃料乙醇计划的实施，给巴西带来了三大收益，一是形成了独立的经济能源运行系统，保证了国家能源安全；二是刺激了农业和乙醇相关行业的发展，为巴西经济注入了新的活力；三是大大减少了温室气体等有害气体的排放量，使大气质量和生态环境得到显著改善。巴西政府大力发展燃料乙醇行动计划始于1975年，原因有三：第一从国家能源安全和经济发展考虑，当时巴西80%的燃料依赖进口，国家的能源安全不能保证；第二是为了促进国内农业、种植业的发展和保护农民利益，巴西是一个农业大国，拥有全世界最大的甘蔗种植区；第三是为本国发展绿色可再生能源创出新路和保护环境。目前，巴西年产乙醇1200万吨左右，高居世界首位，是世界上最大的燃料乙醇生产和消费国。巴西每年消耗燃料乙醇的数量已占到每年消耗车用汽油的33%，约40%的小汽车完全以乙醇做燃料，其余则以22%的燃料乙醇和78%的车用汽油的混合物作为燃料。每年有470万吨无水乙醇、480万吨含水乙醇用于车中，在全巴西2.6万个加油站有燃料乙醇销售。日本洋马公司经多次试验，基本解决了乙醇与柴油混合的分层问题，正着力进行柴油一乙醇混合燃料的发动机使用试验。美国ADM公司己开展了乙醇柴油的研究工作，含(体积分数)乙醇15、其它添加剂5、柴油80的乙醇柴油已在柴油车上进行了386km的行车试验。1.2.2国内发展概况我国是能源消耗的大国，占世界一次能源需求总量的10以上。高效清洁能源所占比例很小，这样的结构不仅造成能源的大量浪费，而且对环境造成很大污染，偏离了世界能源结构发展趋势的主流。今后我国应加速优化能源结构，增加清洁能源和新能源的比重。我国燃料乙醇的使用始于抗战时期，当时汽油紧缺，就用发酵乙醇部分或全部替代。后由于汽油价格的优势，燃料乙醇退出能源领域。国内再次开展燃料乙醇的研究及应用工作始于20世纪80年代至今。近年来，随着科技的发展，农副产品连年丰收，如果能将粮食适当转化为工业燃料，对缓解农民卖粮难和调节国家粮食储备有利，同时也是对传统能源的补充，起到改善能源结构的作用。目前我国每年汽油消费已超过3500万吨、柴油6200万吨，若有20%的汽油、柴油是含有15%乙醇的汽油、柴油，每年将消费290万吨乙醇，可转化900万吨粮食。若全部汽油、柴油是含有15%乙醇的汽油、柴油，每年将消费1455万吨乙醇，可转化4500万吨粮食，同时还产出约1500万吨DDGS（是酒糟蛋白饲料的商品名，即含有可溶固形物的干酒糟）饲料。所以发展燃料乙醇对农业、酒精行业、副产品加工业以及国家能源安全等方面具有深远的意义。目前，我国已经开始了燃料乙醇产业的建设。正在全国范围内逐步推广使用车用乙醇汽油，使其在两三年内占到市场份额的25%30%。中国燃料乙醇产业起步较晚，但发展迅速，燃料乙醇在中国具有广阔前景。随着国内石油需求的进一步提高，以乙醇等替代能源为代表的能源供应多元化战略已成为中国能源政策的一个方向。中国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。2006年，中国燃料乙醇的生产达到144万吨，按照1：3.3比例计算，大概消耗玉米475万吨。截止2006年，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。目前乙醇柴油的研究主要集中在燃料机外混合后进入汽缸燃烧的方式。这样可以在原机不作改动或是很少改动的情况下使用乙醇柴油混合燃料，满足发动机经济性、动力性和环保的要求。主要工作表现在寻找能使乙醇和柴油互溶的助溶添加剂，和柴油机上的适用性试验。目前，已经开发了数十种助溶添加剂，有些还申请了专利。但这些助溶添加剂普遍较为昂贵，每吨价格为1万元。许多科研机构都参与到这个课题的研究，其中清华大学、吉林大学、上海交通大学等的研究较有特色。他们就乙醇柴油混合燃料的燃烧为课题，对柴油机的动力、经济、排放、燃烧等性能进行了研究，并取得了一定的进展。未来，中国政府还将继续适度发展燃料乙醇行业。“十一五”期间，中国燃料乙醇的潜在市场规模将急剧扩大。以中国四家燃料乙醇生产企业的产能来看，远远不能满足未来国内对燃料乙醇的需求，燃料乙醇装置产能扩张不可避免。因此计划到“十一五”末，国内乙醇汽油消费量占全国汽油消费量的比例将上升到50以上，这意味着届时中国燃料乙醇的产能和产量将会有一个质的飞跃。1.3本论文研究的目的与内容1.3.1论文研究目的针对国际原油供应趋紧和价位偏高的状况，发展可再生生物车用燃料潜力很大，以及我国油品消费需求快速增长的市场前景广阔。乙醇汽油作为新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，在我国完全适用；符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向，改善了油品的性能和质量，技术上成熟安全可靠。1.3.2论文研究内容本论文从乙醇汽油应用在汽油发动机的应用上入手，从动力性、经济性和排放特性三方面来阐述燃料乙醇在汽油发动机上应用的优势，比较不同掺杂比例的乙醇汽油的特性，分析现阶段燃料乙醇发展形势并且探讨性说明燃料乙醇的非常规性排放特性对燃料乙醇有更深入了解燃料乙醇的特性。(1)对乙醇汽油(E0、E5、E10和E15)的理化特性及应用特点进行分析，并指出它们的优缺点。(2)根据实验所得数据绘制出不同工况下各种燃料的排放曲线，对比分析燃用混合燃料后的排放特性。(3)评价发动机燃用混合燃料后的动力性能和燃油经济性。1.4推广乙醇汽油的意义目前，要从技术上完全解决汽车的污染问题还不成熟，但尽量减少汽车尾气的排放，并尽量减少排放后的危害，研究针对我国现实条件下的汽车排放污染物的产生机理和排放控制技术，有着广泛和深远的现实意义，分析排放危害和治理措施也具有广泛的代表性和较高的实用价值。乙醇汽油能够在一定程度上改善大气环境、保障能源安全、推动农业的可持续性发展和节约国家外汇，是未来具有广阔前景的代用燃料。可见，针对乙醇汽油的排放特性和动力性能开展研究是有必要的。（1）节约石油资源乙醇它以玉米、薯类、糖蜜和木质纤维素等为原料，经发酵、蒸馏制成。乙醇汽油可以部分甚至完全取代汽油用作汽车燃料。因为乙醇完全是一种可再生能源，按照目前我国石油如此高的对外依存度，2006年我国的燃料乙醇的产能已达100万吨，按照规划在“十一五”末可达到500万吨的产能，如果都用于燃料，可为国家节约石油资源，进而降低对进口石油的依赖。也为国家节约大量的外汇。（2）减少汽车污染物的排放，保护环境汽车燃烧石油燃料排放出的气体中除有水蒸气外，还有CO、HC、NOx、S02和C02等，这些气体都不同程度对人类、动物和植物等构成了危害。随着汽车保有量的增加，汽车的排放已经成为大气环境污染的首要来源。使用乙醇汽油作为燃料，可以明显降低汽车废气的排放，有效改善大气环境质量。目前世界上汽车对乙醇汽油的使用方法一般有两大类：用汽油发动机的汽车，酒精加入量为5-22；专用发动机的汽车，酒精加入量为85.100。这样汽车就可以降低一氧化碳排放量约30-38，挥发性有机化合物(VOC)约12，氮氧化物排放量约略有上升(绝对量极少)，有害物质排放平均降低l3以上。可以看出，用酒精作增氧剂，可显著降低汽车尾气中的有害物，起到净化空气的功效。（3）振兴地方经济，增加税收推广使用车用乙醇汽油可以有效解决粮食转化问题，稳定粮食价格和农民收入，促进农业生产和消费的良好循环。近年来，我国农业生产连年丰收，但是粮食深加工转化问题未能得到很好的解决，尚未形成“增产,消费,刺激再生产”的良性循环。粮食库存量逐年上升，形成了我国粮食存量的相对过剩。部分存粮已出现陈化。发展车用乙醇汽油，可有效解决粮食作物的转化，形成一个长期、稳定、有效、可控的粮食消费市场，也使国家拥有一个可靠的粮食转化和调控手段。彻底解决了我国粮食的生产、消费和储备这一政府最棘手的问题。更重要的是可以为我国培育一新的经济增长点和经济拉动点。可以带动粮食生产、粮食综合加工、饲料、养殖、肉类加工、有机绿肥、土壤改良等一系列产业链的规模化发展。把我国的“农”字文章做的有声有色，结出丰硕成果。1.5本章小结本章分别对乙醇汽油的国内外的发展现状进行了研究，有阐述了发展我国乙醇汽油事业的目的和意义，说明了乙醇汽油的发展对我国有着重大的战略意义。第章 发动机燃烧技术2.1燃料乙醇与汽油的理化特性21世纪人类面临可持续发展的问题，对能源的需求就要多元化。所以各种代用燃料的研究很有必要。中国国家计委产业发展司司长谈到“今后能源的多元化是一个趋势，不是谁代替谁，而是各自根据它的经济性和技术性的替及程度，各有各的角色，共同承担国民经济发展和老百姓生活需要的能源供给。” 目前，LPG、氢气、NG、醇类（主要是甲醇和乙醇）等代用燃料，它们的生产成本、理化性能、对内燃机排放的改善情况各有不同。因在选择代用燃料时要综合考虑国家资源情况、工业发展水平、生产代用燃料的技术及效益，热机的适应性及发展趋势、环境保护等。表2.1 乙醇与汽油特性对比燃料汽油乙醇分子量11446含氧量0348物理状态液液液态密度gcmO.72O.750.790沸点30220783自燃点260370420十六烷值278最低点火能量O.25O.3可燃体积比1.37.64.319理论空燃比(质量比)14.89.98理论空燃比(体积比)58.414.3比热kJkg2.32.72凝固点-57-114动力粘度20.C cpO.421.2运动粘度20cst0.65O.85乙醇是由烷基(-C2H5)和羟基(-OH)组成的化合物，这就决定了它本身就是一种很好的含氧代用燃料。羟基(-OH)属于极性键，而石油中的烃分子都是非极性分子，因此乙醇与普通的石油燃料有一定的差别，表21列出了乙醇与汽油的主要物理化学特性。与石油燃料相比乙醇有如下特点：是含氧燃料，其燃料的“自携氧性”可达到348；但是乙醇的低热值、凝固点、闪点、粘度和十六烷值都要比汽油低，而辛烷值、自燃温度和汽化潜热相比汽油要高的多，其密度高于汽油，沸点远远高于汽油，着火界限也较汽油宽广。燃料乙醇作为一种清洁能源，是指向汽油或柴油中加入一定比例的无水乙醇作为燃料使用。乙醇又名酒精，是由碳、氢、氧3种元素组成的有机化合物，结构式是C2 H5 OH，相对分子质量为46，是一种无色透明、易挥发、易燃烧的液体。燃料乙醇具有良好的互溶性，燃烧性能与矿物燃料相似，能够完全燃烧，不会产生对人体有害的物质，可直接用作液体燃料或与其他液体燃料混合使用，减少对不可再生资源的消耗。乙醇的辛烷值较高，闪点较低，着火温度较高，十六烷值较低，因而乙醇和汽油的性质较接近，和柴油的性质相差较大，故乙醇在柴油机上的应用较汽油机难度大；由于乙醇燃料“含氧”的特点，燃烧时理论上所需空气接近汽油的一半，对于改善扩散燃烧时由于油气混合不均匀而生成碳烟和微粒具有积极的作用。燃料乙醇可作为基础增氧剂，改善燃烧，降低有害物质的生成，能有效降低汽车尾气的排放。从乙醇的结构式可以看出，乙醇含有2个碳原子，含有1个氧原子，在燃烧时，有自供氧作用，与不含氧原子而碳原子又多得多的石化燃料相比，燃烧充分，排放物中有害物质较少，能减少机动车对空气的污染，达到节能和环保的目的。根据美国和加拿大等国的检测，在汽车中使用添加乙醇的汽油，所排放的臭氧会大大减少，减少了臭氧所造成的危害，对大气的污染会明显减轻，汽车尾气的成分变化如表2.2所示。 乙醇燃料显极性，具有较强的亲水性，能无限溶于水：而柴油属于石油系燃料，具有较强的僧水性，且石油系燃料憎永性顺序为：脂肪族烃>烯径>芳香烃。因为柴油中含有较多的脂肪烃，具有较少的芳香烃，当柴油和乙醇混合时，表现出较差的相溶性，很容易分层，不易形成稳定的乳化液，因而解决柴油与乙醇的相溶性问题是柴油掺混乙醇的一个关键技术目前，汽油和柴油燃料是广泛使用的内燃机燃料。石油燃料燃烧后排出的废气成为大气的主要污染源。这些物质不仅污染大气，还会导致酸雨、光化学烟雾和臭氧层破坏等环境问题。为此，各国制定了大气清洁法等法规，对汽油、柴油规格不断提出新的要求，降低汽油、柴油的芳烃及柴油的硫含量等。实现内燃机燃料的清洁化发展，主要途径：改善现用燃料性能，使其成为清洁燃料；开发清洁的汽油与柴油代用燃料。汽油质量的发展大致可分为：含铅汽油低铅汽油无铅汽油新配方汽油（也称“清洁燃料” ）世界燃料规范等几个阶段。我国汽油规格的改进经过了两个阶段：汽油牌号升级及汽油无铅化。从2000年7月1日全国实现汽油无铅化。目前美国市场销售的汽油有：常规汽油、含氧化物汽油、新配方汽油、乙醇汽油。其中含氧化物汽油是一种加入了富氧化合物，如加人MTBE、乙醇的常规燃料，氧化物能促进清洁燃烧，减少CO排放。新配方汽油（RFG）是调整了成品发动机汽油配方、组成和性质，以满足美国环保局（EPA）根据清洁空气法211款制定的新配方汽油法规。含氧汽油和新配方汽油属于清洁汽油。汽油为复杂烃类（碳原子数约412）的混合物。无色至淡黄色的易流动液体。沸点范围约初馏点30至205，空气中含量为74123g/m3时遇火爆炸。主要组分是四碳至十二碳烃类,易燃。汽油的热值约为44000kJ/kg。燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量,由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分，但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油，不单独作为发动机燃料，而是将其精制、调配，有时还加入添加剂（如抗爆剂四乙基铅）以制得商品汽油。用量最大的轻质石油产品之一，是引擎的一种重要燃料。根据制造过程可分为直馏汽油、热裂化汽油、催化裂化汽油、重整汽油、焦化汽油、叠合汽油、加氢裂化汽油、裂解汽油和烷基化汽油、合成汽油等。根据用途可分为航空汽油、车用汽油、溶剂汽油等三大类。主要用作汽油机的燃料。广泛用于汽车、摩托车、快艇、直升飞机、农林业用飞机等。溶剂汽油则用于橡胶、油漆、油脂、香料等工业。汽油还可以溶解油污等水无法溶解的物质，可以起到清洁油污的作用。汽油作为有机溶液，还可以做为萃取剂使用，目前作为萃取剂最广泛的应用为国内大豆油主流生产技术：浸出油技术。浸出油技术操作方法为将大豆在6号轻汽油中浸泡后再榨取油脂，然后经过一系列加工过后形成大豆食用油5。2.2 燃料乙醇与汽油理化特性的比较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C2H5OH ，含有2 个碳原子、6 个氢原子和1 个氧原子；而汽油则是碳原子为511的液态烃类混合物，不含氧元素。乙醇和汽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。乙醇与汽油的理化性质差异主要表现在：（1）密度乙醇的密度比甲醇小，但略大于汽油，而低于柴油。（2）汽化热 乙醇的汽化热低于甲醇的汽化热。正构烷基醇常压汽化热随其分子中所含碳原子数的增加而迅速减小。乙醇的汽化热高于汽油和柴油的汽化热，但温度愈高，它们之间的差别愈小。乙醇的汽化热高，当内燃机燃用乙醇时，其进气系统或供油系统和燃烧室壁面的热量，被乙醇所吸收，这有利于提高发动机的热效率。乙醇的汽化热随温度的升高而下降，而且，温度愈高，下降的速度愈快。汽油与柴油的汽化热随温度的变化远较乙醇变化缓和。（3）豁度乙醇的薪度高于甲醇和汽油，而低于柴油，这对于采用喷射方式供乙醇到内燃机燃烧室是有利的，其破碎和雾化的程度会好于柴油。（4）辛烷值乙醇的辛烷值与甲醇接近，远高于汽油和柴油，因而乙醇是高辛烷值汽油的调和剂。汽油中加人一定量乙醇或甲醇，调和后的溶液辛烷值高于汽油本身的辛烷值，也明显高于甲醇和乙醇本身的辛烷值。正因为这个特点，乙醇比较适合作为汽油机的代用燃料，也适宜于作为外源点火式乙醇发动机燃料。充分利用这一特点，提高压缩比，喷射式供乙醇，汽油机燃用纯乙醇的效率更高。（5）蒸气压液体的蒸气压与温度有关系。随着温度的升高，乙醇、甲醇、汽油与柴油的蒸气压均相应升高，且升高趋势亦大致相仿。在相同的温度下，乙醇的蒸气压远低于汽油的蒸气压，与甲醇的蒸气压相近，并高于柴油（nc=1030）的蒸气压。其中，冬用汽油的蒸气压又高于夏用汽油的蒸气压；甲醇与乙醇的蒸气压介于汽油与柴油相应值之间。甲醇、乙醇、汽油、柴油几项基本物理特性的比较见表2.3 6。2.3 乙醇汽油的优点与缺点乙醇汽油的有点油有：（1）乙醇是含氧燃料，含氧量达到34.8，因此在燃烧过程中能够产生自供氧效应，使得发动机的缸内燃烧更为充分和均匀，促使燃烧过程中局部缺氧的状况得到改善，从而降低汽车尾气有害物质的排放，达到节能和环境保护的目的。（2）乙醇具有极好的抗爆性能，其研究法辛烷值达到111。若与汽油混合使用，乙醇可以有效地提高燃料的辛烷值，调合辛烷值一般都在120以上，它可有效提高燃料的抗爆指数。目前，汽油机的压缩比一般在8-9.5左右，根据研究，乙醇掺合率在15-20时，可以适当的提高压缩比1-2，从而获得更好的经济性和动力性。（3）乙醇的含氧量高，理论空然比要比柴油低，同样的空气可以燃烧更多的燃料，因此可以增大喷油量，提高发动机的功率。（4）乙醇的汽化潜热很高，标准混合气的汽化温降为74.8，而汽油仅为18。因此乙醇在蒸发时，可以周围大量的吸收热量，从而降低气缸内的温度，从而可以增加进气量，提高充气系数，而且还可以减少发动机爆震现象的产生。（5）乙醇的着火界限宽，火焰传播速度快，而且过量空气系数变化范围为0.6-1.8，因此有利于使用稀薄燃烧技术进一步提高发动机的经济性和减少有害气体排放。乙醇汽油的缺点有：（1）稳定性差乙醇中的羟基与水容易生成氢键，因此在汽油中掺入乙醇容易发生相分离。这是由于乙醇对水很敏感，微量的水分就可以萃取混合燃料中的乙醇，促使汽油和乙醇分层。此外，混合燃料的热稳定性很差，温度的剧烈变化也可以引起燃料发生相分离，因此，需要加入助溶剂来提高燃料的稳定性。（2）易产生气阻尽管乙醇燃料在38时的饱和蒸汽压比汽油低的多，但乙醇燃料的沸点低，在超过其沸点温度的高温下，蒸汽压会迅速增大，因此在夏季高温条件下容易产生气阻现象。（3）腐蚀金属乙醇在燃烧的过程中，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、镁、锌等，且乙醇含量越高，腐蚀性越大。（4）橡胶材料溶胀裂纹现象乙醇汽油对供油系统的橡胶部件有一定的溶胀作用，可导致橡胶部件产生溶胀、软化、龟裂进而失效，对塑料件也有类似的作用。（5）发动机磨损乙醇的汽化潜热大，与汽油相比不易汽化，容易因汽化不良窜入汽缸。因乙醇本身是一种很好的有机溶剂，更易将附着在汽