乙醇汽油对车用汽油机的影响及对策

乙醇汽油对车用汽油机的影响及对策作者：丁小刚丘源
来源：《企业科技与发展》2018年第10期
【摘要】随着油价的高涨，排放法规的升级，乙醇汽油作为较清洁的替代燃料使用一直比较广泛，但是各种问题不断在使用过程中出现。

文章比较了普通汽油与燃料乙醇汽油的物理和化学特性的异同。

结合普通汽油与乙醇汽油做对比试验后的结果数据进行分析，探讨乙醇汽油的优点和缺点，以及这些特点对车用汽油机的影响。

针对车用乙醇汽油在使用过程中的常见问题，探讨出现问题的原因，并提出解决问题的对策。

【关键词】乙醇汽油；汽油机；影响；对策
【中图分类号】U473.14 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）10-0181-03
0 前言
随着中国、印度、巴西等发展中国家经济的发展，这些国家已成为全球汽车销售增长量最快的国家，特别是中国已经成为世界汽车销量最大的国家。

目前汽车的燃料仍然以石油为主，然而石油资源毕竟有限，战争和贸易战等因素使得油价的波动非常大，使世界各石油消费国面临巨大的经济压力。

同时汽车排放污染物的增加也使得环境污染日益严重。

世界各国政府和汽车厂商都加大了纯电力驱动、混合动力、燃料电池等新动力技术的研发投入。

但由于成本、技术不成熟等原因，使得这些新技术暂时还不能全面推广。

以乙醇汽油、生物柴油为代表的代用燃料以其与石油燃料接近的理化性能和较低的污染物排放，得到了較好的推广运用。

2017年9月，我国制定了乙醇汽油的推广方案。

国家发改委等15个部委联合下发了《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》。

目标是到2020年，将车用乙醇汽油的使用范围推广到全国。

就目前已使用乙醇汽油的地区看，却遇到了一些问题。

司机普遍抱怨汽车油耗增加，加速无力，对推广乙醇汽油很不理解。

由此可见乙醇汽油使用中的问题必须采取有效的措施去解决。

只有把问题处理好，才能促进乙醇汽油等代用燃料产业的健康发展。

1 乙醇汽油的物理化学特性
乙醇的分子组成是C2H5OH，含有2个碳原子、6个氢原子和1个氧原子，含有极性的羟基OH基团。

无限溶于水，与烃类燃料相溶性差，但比甲醇与烃类燃料的相溶性好。

乙醇在标况下与汽油的物理化学特性对比见表1。

它们的不同点在于以下几个方面：①从分子结构上看，汽油中不含氧，而乙醇中含氧。

②从C/H原子量比看，汽油含碳量更高，热值也更高一些，同等热值的情况下汽油排放的CO、CO2更多。

③乙醇沸点（78.5 ℃）比汽油（32～210 ℃）低，这对汽化有利。

但乙醇比汽油挥发性差，对发动机的起动不利[1]。

④乙醇汽化潜热远大于汽油。

⑤乙醇热值比汽油约低40%。

⑥乙醇辛烷值比汽油高，抗爆性更强。

⑦乙醇着火点要比汽油高。

它们也有许多相似点：①从密度上看，它们的差别不大，液体密度相近。

②从凝固点看，两者都较低，都能在低温环境下正常使用。

③从常温下状态看，乙醇和普通汽油都是液体，不需要像天然气、氢气、石油气等代用燃料需要压力容器储存，储运都比较方便。

2 汽油机使用乙醇燃料和普通汽油的对比试验
2.1 试验设备和试验方案
试验用主要试验设备为FC2000发动机自动测控系统、CW100电涡流测功机、AVL 4000Light五组分尾气分析仪。

试验用汽油机为已进行过300 h可靠性试验的五菱柳机LJ465Q-2AE1汽油机。

本试验依据《汽车发动机性能试验方法》（GB/T 18297—2001）和《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》（GB 18285-2005）标准的规定，在LJ465Q-2AE1汽油机上使用93号汽油及在93号汽油中按体积比分别添加了20%、50%燃料乙醇的乙醇汽油，进行总功率及怠速排放污染物的对比试验。

2.2 汽油机的动力性能分析
分别对3种燃料进行总功率试验和怠速排气污染物试验，结果见表2、表3。

从表中数据可以看出，添加了20%、50%燃料乙醇的乙醇汽油在发动机标定点的功率和扭矩变化不大，各转速段功率降低不超过5%；最大扭矩转速为3 500 r/min时，最大扭矩值相差也不超过5%，但是油耗率随乙醇比例的增加而增大。

说明使用一定比例的乙醇汽油后，汽油机基本保持了原机的动力性能。

2.3 汽油机的经济性分析
表2显示，添加乙醇燃料后，发动机的油耗率相对燃用93号汽油有较大幅度的增加。

其中添加了20%燃料乙醇的乙醇汽油比普通汽油的最低油耗率提高了10.5%，添加了50%燃料乙醇的乙醇汽油提高了15.9%。

这充分说明乙醇燃料含氧量高，热值比纯汽油低，造成做同样多的功，乙醇汽油的燃油消耗率较普通汽油高。

而且乙醇比例越高，燃油消耗率也更高。

2.4 汽油机的怠速排放分析
由于乙醇的碳原子数目为2，分子结构中含有氧原子，而且乙醇分子结构简单，有利于稳定燃烧。

加入乙醇的汽油形成含氧燃料，燃料分子完全燃烧的条件得到改善，有利于未完全燃烧CH、CO的氧化，可以减少HC、CO的排放[2]。

表3显示，随着乙醇比例的增大，混合燃料的含氧量越高，燃料越容易充分燃烧，生成的CO和HC也越少。

表2还显示，随着乙醇比例的提高，排气温度也相应下降。

这说明乙醇汽油在气缸内的最高燃烧温度也有所下降，有利于减少NOx的生成。

3 乙醇汽油的优缺点分析及对策
通过以上乙醇与普通汽油物理化学特性和汽油机对比试验数据的分析，可以知道车用汽油机使用乙醇汽油有利有弊。

3.1 乙醇汽油的优点
（1）有毒有害尾气排放少。

乙醇汽油含氧量高，燃料燃烧充分，据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[1]。

（2）储存运输方便。

乙醇常温下为液体，相对氢气、天然气、石油气等需要压力容器储存的燃料，其储运更方便。

（3）适应性强。

使用乙醇汽油混合燃料时，发动机结构可不改动或者小幅改动。

（4）来源丰富。

含糖、含淀粉作物等都可以发酵生产乙醇。

各地可以结合自身的自然环境特点生产乙醇。

例如，广西利用榨糖后剩下的甘蔗渣发酵生产乙醇，做到了废物利用，减少了自然资源的损耗，降低了生产成本。

3.2 乙醇汽油的缺点
（1）乙醇热值低，做功能力比汽油差。

因此燃料用量要比纯汽油多。

在油价居高不下的情况下，在一些封闭使用乙醇汽油的省区，高油耗引起很多车主的不满。

（2）乙醇对车辆的腐蚀性强。

乙醇氧化会产生乙酸。

乙醇含量超过15%时会腐蚀铜等金属，因此必须添加腐蚀抑制剂[1]。

同时，乙醇作为优良的有机溶剂，对密封橡胶及一些非金属合成材料也会产生腐蚀。

（3）乙醇汽化潜热大。

这会引起发动机进气温度降低，也使内燃机压缩终点温度降低。

另外，乙醇的点火能量大于汽油，更难点燃。

这些问题的存在使得燃用乙醇汽油的发动机的冷启动较困难。

（4）积炭增多。

第一，由于乙醇的汽化潜热远远高于汽油的汽化潜热，乙醇喷射到进气阀背面，由于温度低造成的雾化不良，会形成结焦，从而在进气阀背面易形成积炭[3]。

第二，乙醇汽油由于其胶质高出基础无铅汽油，因此进气阀积炭增加更多更快。

第三，乙醇汽油含氧量高，最终氧化而成为醌形结构。

这种物质能与醛、酮等含氧化合物发生反应，生成不溶性的树脂状的深色沉积物[3]。

最终随着积炭的增加，会影响进气阀关闭的严密性，导致燃烧不完全、油耗上升，发动机抖动增加。

（5）机油变质快。

乙醇氧化生成乙酸，它能使机油中的抗氧防腐剂失效，加速机油老化。

这使得发动机加速磨损，严重影响发动机使用寿命。

3.3 针对乙醇汽油缺点的对策
由于乙醇汽油有这样的缺点，我们必须有针对性地采取措施克服其缺点。

（1）严格控制乙醇汽油中乙醇的含量。

从世界各国的使用经验来看，按1∶9比例将乙醇与汽油混配使用，对汽车发动机的动力不会产生明显影响。

所以，推广使用乙醇含量10%以下的乙醇汽油，可改善其动力性能和经济性。

同时政府部门在制定乙醇汽油的价格时要充分考虑这方面的因素，适当降低乙醇汽油的价格，减轻车主的经济压力。

（2）改变发动机机体的金属材料，使用耐腐蚀的金属制造发动机。

选择含耐腐蚀成分的合成橡胶或塑料材料作为燃料系统部件，以提高发动机的耐腐蚀性能。

发动机生产厂家可以针对销往乙醇汽油使用省区的发动机做个性化生产，有针对性地调整点火正时和混合气浓度配比等参数，研发推广抗乙酸的发动机机油。

石油公司在销售的乙醇燃料中也应加入合适的添加剂和乙醇汽油清洁剂，以减轻乙醇汽油对发动机金属材料、橡胶和塑料材料的腐蚀，消除乙醇汽油带来的积炭增多现象。

（3）使用乙醇汽油车辆的车主要经常清洁油箱、油路，及时清理积炭，以减少胶质沉积，消除积炭对发动机的不良影响。

4 结论
车用乙醇汽油在实际使用过程中能显著降低汽车尾气排放量及缓解石油资源匮乏带来的压力，对环保有一定帮助。

同时乙醇汽油也存在着油耗高、经济性差、腐蚀发动机、积炭多、启动困难等缺点和问题。

这些缺点和问题是可以通过采取一定的措施改善或解决的。

对政府来说，解决这些问题有利于减轻推广乙醇汽油的阻力。

对广大发动机生产厂家来说，既是挑战又是机遇。

如果能针对乙醇汽油的缺点和问题，开发出适合使用乙醇汽油的发动机，将是打开使用乙醇汽油省区市场的有力“武器”。

总之，只有在政府、发动机生产厂、乙醇汽油生产商和车主的共同努力下，才能更好地克服乙醇汽油的弊端，推动乙醇汽油等代用燃料產业的健康发展。

参考文献
[1]李永平. 乙醇燃料的特点及使用性能分析[J]. 城市车辆，2007（7）.
[2]戚宁，田忠民. 乙醇汽油的改性机理及对使用性能的影响[J]. 烟台职业学院学报，2007，13（2）.
[3]郭瑞莲，鲍晓峰，岳欣，等. 车用乙醇汽油对发动机进气系统沉积物的影响[J]. 汽车工程，2007，29（8）.
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