甲醇燃料在汽車中應用分析

劉少波

(黑龍江龍運集團，黑龍江 哈爾濱 150001)

1 引 言

汽車工業使經濟得到了快速的增長，但對能源、環境和安全的負面影響影響也逐漸被大家關切，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定的、排放清潔的汽車替代燃料。在各國科學家研究過程中發現甲醇燃料是相對分子質量較小的單質，燃燒產物中基本沒有碳煙，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定生產。同時，作為液體燃料，其儲運、分配、攜帶、使用都與傳統的汽、柴油相差無幾，因而受到國際重視。

2 國內應用甲醇燃料概況

我國對甲醇代用燃料的研究已進行了多年，低比例甲醇燃料在部分特定地區短期運行的結果來看，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，不需要對內燃機進行升級改造，只是需要對點火系統進行調整，密封材料和供油系統也要采取一定的措施，防止腐蝕，此類辦法還需進行一定時間的驗證，暫時不具備廣泛使用條件。對于高比例甲醇燃料來說，內燃機及噴油點火系統必須進行特殊的改造，還需要大量的試車實驗工作。1989年1月到1990年7月，中國科學院生態環境研究中心將德國大眾提供的甲醇發動機安裝到桑塔納轎車上，并使用M15和Ml00甲醇代用燃料進行了臺架和道路試車試驗研究分析。

3 甲醇作為發動機燃料須考慮的因素

(1)化學成分及燃燒產物醇類燃料含氧及C、H比較多，化學當量比汽油和柴油低，充分燃燒時產生的水較多，產生CO2較少。在起動、暖機期間及缸內溫度不高時，容易在缸壁上形成冷凝物，促便酸性物質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增大。

(2)沸點及凝點相對于汽油來說，醇類燃料的沸點低，這有助于燃料—空氣混合氣的形成，但因其中缺乏高揮發性組分，對起動不利。醇類燃料的凝點很低，在環境溫度較低時無需擔心結冰。

(3)熱值甲醇的熱值是優質汽油的47%，在理論空燃比下單位質量的醇類燃料—空氣混合氣的熱值與石油燃料混合氣的熱值基本一樣，相應調整供油系統，增加供油量，不影響發動機的輸出功率。

(4)汽化潛熱醇的分子間有強氫鍵，汽化潛熱大，混合氣形成后溫度降敢較大。當過量空氣系數為1時，在絕熱條件下，汽油的溫降約20 ℃，而純甲醇的溫降為122 ℃。高汽化潛熱產生的冷卻效應妨礙了在運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。壓縮終了缸內溫度降低，使壓燃著火延遲期變長，還會影響起動性能。但高的汽化潛熱可降低壓縮負功，提高充氣效率。

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

(6)十六烷值醇類燃料的十六烷值很低，在壓燃式內燃機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)火焰傳播速度醇類燃料的火焰傳播速度比汽油高，這對醇類燃料的使用十分有利。

4 甲醇燃料在發動機上的使用

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》國家標準。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數，甲醇汽油習慣上稱為MX(X為甲醇的體積分數)，如M5(指甲醇5%)、M10(含甲醇10%)、M85(含甲醇85%)等。

醇類燃料在應用中的主要問題：

(1)對金屬腐蝕性甲醇對汽車燃料系統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。混合燃料中即使含有3%的醇也使燃料腐蝕性大大增強，醇含量越高，腐蝕性越大。防止醇燃料腐蝕發動機金屬的基本途徑有兩個：一是改變內燃機材料，使用抗腐蝕的合金制造內燃機；二是在燃料中添加防腐蝕劑。相比之下，前者成本高，且只適用于新發動機的制造；而后者則更簡便，而且成本低，效果好。實踐證明，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，發動機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，在醇燃料中會發生溶脹、變硬、變脆或軟化等現象，纖維墊片會逐漸軟化而導致漏油。

當使用混合燃料，或用汽油作為改善燃醇類燃料冷起動性能的添加劑時，對橡膠和塑料部件的腐蝕性更強。這是由于混合燃料中的醇能增強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部滲透的緣故。

應該注意的是，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，應選擇合適的橡膠或塑料材料作為燃料系部件。

(3)發動機磨損醇燃料發動機在使用中，氣缸和活塞環的磨損加工重。這被認為是由于甲醇能夠將這些部位的潤滑油膜清理掉。另外，醇燃燒時會生成有機酸(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使其發生變質，使各接觸不見間的潤滑惡化從而導致磨損加劇或損壞。

5 為促進甲醇燃料汽車的發展，提出幾點建議

(1)借鑒國外技術經驗，為了更好地利用甲醇燃料，各國根據實際情況采取相應措施解決甲醇燃料汽車發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用在燃料供給系統和密封件上，這樣就避免了甲醇對發動機部件的腐蝕。

(2)對于管理水平高，實力強的企業應給予支持，使他們在現有生產條件下不斷進行技術革新，研制出甲醇燃料發動機所需要的特殊零部件并解決儲運甲醇技術，提高整體技術水平，降低成本，為甲醇燃料發動機的推廣奠定基礎。

(3)建議政府支持甲醇燃料汽車應用試驗的基礎上，制定相應配套的政策法規，尤其是對產品價格和甲醇汽車生產、銷售方面，要給予必要的優惠政策，進一步促進我國甲醇燃料的綜合發展。