烧掺水甲醇汽油的汽车燃油系统

毫 囊 t薹量鎏 耋≥釜薹噩薹薹薹 霎 薹量妻 薹薹 --i量 薹 薹i 产品开发 墓薯薹 烧搐水甲醇泛油硇汔车燃油系统 厂 艰 、 、 1 [摘要]以掺水甲醇作汽车代用燃料是今后汽车燃料无铅化和低排放 的一个发展趋势 。全国的氮肥 厂联产粗甲醇将给生产厂和全国运输业带来可观的经济和让 会效益。发展掺水甲醇汽油燃油系统 的关 order tO eliminate leaded ruel and lower exhaust emission．If all the nitrogenous fertilizer plants in Chi— na can procluce methanol，it will give considerable economic benefits tO both the plants and the national trasportation industry．The key point in developing the fuel system is tO make a kind of dual float bowl carburator．To develop internal combustion steam engines on the basis of the fuel system will greatly promote our auto industry in use of alternative fuel，energy saving and exhaust emission reduction． Descriptors：M ethanol-gasoline blend Fuel economy Technological forecas ting Carburetor 大力发展汽车工业，使之成为国民经济的 支柱产业 ，已是我国现今工业发展的方向。我国 已经有了比较雄厚的工业基础，加快汽车工业 的发展就能带动其他工业的振兴。当然，石油开 采及其炼制工业、燃料工业也要跟上，否则发展 汽车工业 ，轿车进入普通家庭只能是说说而已。 从 6O年代开始，我国的石油工业从年产几 十万吨原油到现在年产 1．2亿 t原油花费了 3O 余年时间，现人均 0．it原油。这一点油还要出 口一小部分 ，作为石油化工原料和其他工业燃 料用掉一部分，生产的成品燃料油和其他油料 也只能满足国内目前 830余万辆保有量的汽车 和航空用油，且其价格高、品种少、品位低。如果 将全国汽车保有量在 l5年之内提高到 2 000 余万辆，那么原油产量至少应翻一番，这给石油 工业及其炼制工业的压力很大。尽管国家对石 油工业投入大量资金和人力、物力，在西北和近 海进行有效的钻探开采工作，但在新油田产量 提高的同时，老油田的产量将不断下降，在短期 内将原油产量提高到 2．5亿 t，其难度是很大 的。然而 ，动力燃料要立足国内，绝不能依赖进 口国外石油或石油制品来满足 l2亿人口、2．7 亿个家庭这样一个大国市场的需求。 蠹 薯i≥ 作为：汽 菱薯 善葺-： 7O年代以来，西方国家为摆脱能源危机及 解决汽车排放污染问题，开始在汽车上采用代 用燃料，提出在汽油中掺入“含氧”燃料(这主要 是指醇类与醚类燃料)可以减轻汽车的污染。作 为汽油掺合组分的醇类或醚类燃料的最大特点 是它的辛烷值高达 i00(研究法)以上 ，以它取 代四乙基铅，可提高发动机的压缩比和升功率， 节约能源，减少污染。表 l列出数种含氧燃料与 汽油的辛烷值。 表 l 部分含氧燃料与汽油的辛烷值(研究法) 燃料 汽 油 异丙醇 乙 醇 甲 醇 叔丁醇 甲基叔丁基醚 辛烷值 9O～97 1O6 111 112 113 117 1995年第 6期 国 ．m 摊 厂 ～ 月 ／ I口- 蒸Z0 m 一 内幺 ／h 臀 一 汽列性Ⅲ 制 ～ 水世油 趔 呲 一一～一～ 重曼 一 能甲一叫 一 产用词 煳 维普资讯 http://www.cqvip.com 产品开发 一l_ 一 ll 一一 一- l_l 一 ：-1_lll _I ⋯-羔 一兰- 曼 ⋯ _．． 纛毒_t薹薹至 1980年后 。我国许多科研机构和单位也开 展了掺醇燃料的试验研究，并取得可喜的成果， 但至今也未能普及和推广应用，其中原因是多 方面的。 在汽 油中掺 入 甲基叔 丁基 醚 (MTBE)，是 我国也是世界各国大力推广应用以取代四乙基 铅提 高 汽油 辛烷 值 减 少污 染 的方 法之 一。 MTBE是二次加工产品．其产量受到原料—— 异丁烯的限制，价格高，不可能大量作为汽车代 用燃料和提高汽油品质的添加剂。只有醇类才 是我国甚至世界汽车较好的代用燃料。具体是 采用甲醇还是 乙醇 ，要根据各国的具体国情来 定。例如美国的农产品过剩，其粮食价格便宜， 对用粮食糖化发酵方法制取乙醇的工厂主，政 府在其税收和财政补贴方面又有优惠政策，当 然对农场主和乙醇厂主有利，所以美国政府在 l994年作出决定 ，赞成用乙醇作为汽油的代用 品或添加剂 。 在燃料中掺水也是节约能源的手段之一。 各炼油厂、化工厂生产过程中产生的软化污水 也完全可以利用 。 1．1 我国的合成氨厂联产甲醇有利可图 燃料立足国内，合成氨厂联产甲醇是一个 好方法 ，其工艺技术条件成熟。用水煤气(不是 半水煤气)中的一氧化碳与氢气进行合成，因使 用催化剂的不同和合成工艺条件的不同，生产 的粗甲醇的组成亦不相同。表 2列出了某厂粗 甲醇的组成 。 表 2 合成粗甲醇的组成 ％ 组 分 甲 醇 二甲醚 初馏物 (总) 水 异丁基油 合 计 质量分数 86．3 3．5 o．5 8．6 1．1 1oo 表 2中，除水分外 ，其他组分(辛烷值很高) 均可以作为汽车燃料。粗甲醇含水对甲醇汽油 本来是最忌讳的，本文将阐明以含水的粗甲醇 直接用作汽油的代用品，除降低汽车的运营成 本之外，水分还能对提高汽车性能发挥作用。 发展石油工业的同时发展 甲醇工业 ，是我 国解决汽车燃料问题的最好方法之一。我国的 合成氨厂遍及全国各地，这些厂利用他们的潜 在资源、技术力量和设备联产甲醇，对提高这些 厂的经济效益是非常有利的。产 lt粗甲醇所耗 合成气与 lt氨所耗合成气相当，它还能降低变 换工序的负荷。只要在造气和压缩两个工序上 增加一些投资就能增产粗 甲醇，不影响合成氨 的产量。 精甲醇的生产成本仅为汽油的 1／2，而粗 甲醇的生产成本大约是汽油的 1／3。 1．2 生产甲醇的原料丰富 我国是煤炭生产大国，天然气储量也大，给 合成甲醇提供了丰富的原料。此外 ，炼油厂也可 以充分利用石油开采与炼制过程中所产生的油 田气和炼厂气合成甲醇。 · 1 8 · 1．3 减少燃料运输 炼油厂在全国的布局不尽合理 ，燃料运输 路线长。各省、市、地、州或县的合成氨厂生产的 粗甲醇如能满足所需汽车燃料的 3O％，就地销 售，那么全国的燃料运输吨位就减少近 3O ， 这给全国紧张的运输业带来极大的社会和经济 效益。 麓囊 i _ ___l__ 含醇燃料特别是含醇车用汽油在许多国家 得到广泛的重视和迅速发展，正在向商品化迈 进。美国、西欧、Et本以及一些发展中国家均开 展了含醇燃料的试验研究工作，重点是在汽油 中仅添加 5 9／5～1O 9／6甲醇，其意义有如下几点。 2．1 开发了新能源 甲醇能取代部分现用的能源，使汽车的动 力燃料来路广，不必完全依靠唯一的、有限的石 油资源。 2．2 减轻对环境的污染 美国能源研究中心的结论是，汽车排放中 汽车研究与开发 维普资讯 http://www.cqvip.com 薹≥ 羔篓三≥篓 蓁 薹；__l ：三兰薯 ≯ l— --一； ≤ i—i 7- 一= 曼 兰羔 曼 产品开发 _ll l 薹 的一氧化 碳含 量减 少 30 ，其他烃 类 、氮氧 化 合物和醛类排放量与汽油没有太大差异。同样 ， 瑞典科学家得出的结论是，烃类没有差别，氮氧 化合物排放量减少 10 。共同的结论是．减少 了汽车的排放，汽油中不再加入四乙基铅，消除 了汽车的铅污染 。 2．3 提高了汽车的动力性 由于 甲醇 中含氧 50 ，与汽油混 合燃烧 时 空燃 比较小 ，发动机 升功率提高 。排气中惰性 气 体 (氮气)减少，爆燃后的温度、压力均有所提 高．因此其动力也有所提高。根据理论计算．汽 油中 甲醇含量对发动机性能的影响列于表 3。 表 3 汽油中甲醇含量对发动机性能的影响 分 子数 甲醇 的 空气 量 ，mol 对 比 空气 爆燃时 爆燃 时 空燃比 最高压 最高温 对比动力性 辛烷 甲醇 质量分数 氧 氮 系 数 力 ，MPa 度 ，℃ n b e { g—f／i 5．028 ^ ，二=h／3．8O3g 1．O0 0。O0 O．OOO l2．50 47．O24 l5．028 1。O00 3．803 267O．O33 1．000 0．75 0．25 8．556 9．75 36．679 l4．32l 0．953 3．8O6 267l_6l7 1．050 O．5O 0．50 21．918％ 7．O0 26．333 l3．1 69 O．876 3．81l 2674．566 1．143 0．40 0．60 29．629 5．90 22．195 l2．504 O．832 3．814 2676．499 1．2O5 0．33 0．67 35．955 5．17 19．437 l1．959 O．796 3．816 2678．156 1．26l O．25 O．75 45．7l0％ 4．25 l5．988 l1．117 O．740 3．821 2681．Ol7 1．358 O．2O 0．8O 52．900 3．70 l3．919 1O．499 0．699 3．825 2683．350 1．440 0．17 O．83 58．394 3．33 l2．54O lO．243 O．682 3．828 2685．289 1．477 0．O0 1．O0 1O0．000 1．5O 5．643 6．438 O．428 3．863 27O6．319 2．37l 注：1．甲醇的热值取 727．04kJ／mol 2．空气中氧的体积分数按 21％计算； 3．计算中使用的燃料(甲醇与燃料之和)是按 lmol计算的； 4．计算最高温度时未计入燃料在 300℃时的显热。 从表 3可以出随甲醇用量的增加，出 现以下趋势：①空气用量减少，空燃比下降，充 气率可相对提高 ，是提高升功率的方法之一；② 爆燃温度、压力均有所提高；③基于上述情况， 汽车的动力性相对提高 。 由此而得出以下结论 ： ①在标准大气压下使用甲醇汽油的汽车， 其功率随甲醇含量的增加而增大 ，大于原设计 工况下的功率； ②在高原缺氧地区(低气压地区)使用甲醇 汽油的汽车，随气压的降低，增加甲醇用量将使 汽车的功率同标准大气压下使用时相同。高原 汽车使用甲醇汽油不会再因气压低而使其载荷 降低 20 ～30 。 2．4 甲醇汽油还存在的一些问题 当前世界各国使用的甲醇汽油是将甲醇掺 入汽油中，即液相混合的甲醇汽油，这种燃料 尚 存在 以下几个问题 。 2．4．1 甲醇与汽油互溶性差 不含水 的 甲醇 与 汽油在 油温 高 于 28℃时 相溶性很好 ，可以按任何比例互溶，但低于此温 度 时就 不同了(参见表 4)。 表 4 甲醇在不同温度汽油 中的溶解度 9 温度 ，℃ 一7 一l 15 2O 25 28 25 2O l 5 l ， 甲醇 8 9 l5 19 27 34 45 55 59 67 7O 汽油 92 91 85 81 73 66 55 45 41 33 3O 甲醇的吸湿性很强，在生产精制时就带水， 在运输和使用中不可避免要接触空气而吸收其 1995年第 6期 维普资讯 http://www.cqvip.com 薹薹篓茎 产品开发 i薹孽j雾 =薹雾 冀薹茎蒌 三 中的水分 。汽油在生产、储运中也带有一定的水 分。甲醇与水是互溶的，一旦接触汽油中的水， 就将汽油中的水萃取出来，因其密度比汽油大， 就从汽油中分离出来。含水的甲醇汽油随含水 量增加，分层的温度也提高 ，所以一般使用甲醇 汽油时，分层是经常发生的。 国内外学者们正集中精力将甲醇一汽油的 互溶性作为今后的主攻方向，寻找一些来源容 易、价格低廉的助溶剂来解决这一难题。笔者与 此持相反的意见，认为须改变此种燃料的混合 方法 ，因为此法所用的甲醇须是精甲醇 ，还需要 助溶剂 ，这就提高了燃料的生产成本。 2．4．2 甲醇汽 油的腐蚀性 甲醇与汽油均是有机溶剂 ，它们对某些品 种的橡胶和塑料有溶解、溶胀能力。根据笔者多 年试验的结果，汽油中掺入甲醇后对橡胶、塑料 的溶胀能力更甚 ，特别是含芳烃或以芳烃作助 溶剂的甲醇汽油。 国外使用甲醇汽油的驾驶员们一直在埋怨 用甲醇汽油作汽车燃料对汽车的腐蚀太大。这 里的腐蚀是指两种情况：一种是指对橡胶与塑 料的溶解、溶胀；另一种是指对金属的腐蚀。 针对第一种情况 ，可以选用一些耐溶解、耐 溶胀的材质，例如油泵的膜片、浮子室的塑料浮 子换成金属材料来解决。 对金属的腐蚀也有两种情况：一种是真正 对金属有腐蚀性 ，如液相甲醇对铅、铝等有腐蚀 性，这就要换材质 ；另一种是汽车冷起动时甲醇 汽油在化油器中没有得到很好的雾化 ，进入气 缸后没有汽化，使甲醇汽油顺缸壁下流，洗去缸 壁上的机油，再流到曲轴箱中又稀释了机油，甲 醇与机油中的水分互溶 ，在机油泵强烈的搅拌 下发生乳化，两者均破坏机油的润滑性能 ，使部 件加速磨损。 2．4．3 低温起 动性 能差 甲醇的蒸发潜热与汽化潜热为汽油的 2．5 ～ 4倍，因此当汽车冷起动时，甲醇汽油混合燃 料在化油器中吸热量大，喉管以下的温度比纯 汽油低得多，使汽油与甲醇进入气缸后不易蒸 发而成液态。燃料在气缸中汽化的轻组分少，可 · 2O · 燃混合气太稀，不易点火而造成起动困难。 2．4．4 蒸汽压过 高 甲醇的沸点在 101．3kPa(1标准大气压) 下为 65 C，是一种单沸点碳、氢、氧化合物。汽 油是由沸点不同的碳、氢化合物组成的混合物 ． 沸点范围为 35～195℃。汽油在某一温度下液 体处于饱和状态时，其 ∑K。X 一1。在同一温度 下，当 xi中的轻组分增加 (甲醇掺入汽油中) 时，∑K Xi>1，此时燃料处于过饱和状态，相同 的温度下燃料就沸腾。另外甲醇与汽油中的轻 组分会形成共沸物 ，也使其蒸汽压急剧上升，使 原规定的汽油在 38℃时的雷特蒸汽压(夏季 66．7kPa，冬季 8O．0kPa)超标，而造成输油管路 发生气阻或出现燃料损失，甚至有发生火灾、人 员中毒的危险。 为解决甲醇汽油蒸汽压过大的问题 ，生产 甲醇汽油的厂主们将原先掺入汽油中的 c 、c。 馏分去除一部分 ，使这部分高品位(高辛烷值组 分)的汽油轻组分损失掉，这就失去了用甲醇作 代用燃料的部分意义了。同时，汽车因燃料中的 轻组分少了，其起动性能就更差了。 2．4．5 毒性 、火 灾危险性 大 ． 甲醇对人的视神经有破坏性，误食或吸入 甲醇蒸汽将会损害视神经。但一般情况下不会 对人身造成伤害。甲醇爆炸范围宽，其火灾 、爆 炸的危险性也大。 精麓 赫 鉴于甲醇与汽油液相混合使用存在诸多问 题，且直接解决这些问题也比较难，笔者认为应 设法改变此种使用方法，在不改动汽车主要零 部件的情况下，设计生产一种烧甲醇一汽油或 掺水甲醇一汽油的发动机燃油系统，以适应大 规模使用甲醇汽油的局面。 3．1 甲醇一汽油气相混合的汽车燃油系统 除压燃式内燃机外，其他内燃机均可以采 用这一系统 ，在正常供汽油的同时供 甲醇燃料 或向气缸中喷水 。以图 l为例 ，将汽油与甲醇在 化油器喉管中进行气相混合即可避免液相混合 汽车研究与开发 维普资讯 http://www.cqvip.com 薹 薹耋!薹兰 薹耄耋薹蒌 薹薹 薹 薹 萋 妻蚕耄要塞薹 耄· 茎羔 ． 耋耋至耋妻薹薹 蒌垂薹薹 薹兰≤ 产品开发 堇鬟菱耋 时甲醇汽油存在的诸多问题。 油泵 油箱 化油器 图 l 甲醇一汽油燃油系玩 油泵 油 箱 该系统可以单独烧汽油或汽油与水或汽油 与甲醇或汽油与掺水 甲醇等混合燃料，甚至还 可以烧劣质汽油(即辛烷值很低的石脑油)与水 的混 合燃料 。它 由以下主要部分 组成 ： 3．1．1 甲醇油 箱 该油箱的容积与现有的汽油箱相同，也 可 以比汽油箱小。还可以利用目前已设在汽车上 的副油箱作甲醇油箱。此甲醇油箱有两种： 一 种是带微压的油箱 。该油箱上设置安 全 阀和压力自动控制阀，当然还有油量指示表。压 力控制在 0．03～0．05MPa，压力源由制动用的 压缩空气供给。这种油箱可以不设油泵，直接用 油箱内压力压送甲醇进入化油器两个浮子室中 的甲醇浮子室。这就不存在甲醇对橡胶、塑料的 溶胀问题 。带压油箱还可以杜绝甲醇蒸汽的外 逸 ，避免环境污染、人员中毒、甲醇损失、火灾及 爆炸的危险； 1 2 3 4 la 2口 44 5a 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 一 ■ ’一～：芝 46 45 “ 43 42 41 64 7d 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 图 2 甲醇一汽油燃油系统化油器简图 甲醇系、汽油系公用部分；k——起动进气孔 2n—— 小喉管 3日——大喉管 ——阻风门 5n——叶轮式旋流器 6n——节气门 7n——节气门最小开度调节螺钉 甲醇系、汽油系均设部件：l 怠速油道 2 怠速量孔 3 怠速空气量孔 4 加速喷管 5．浮子室平衡孔 6．小嘱管喷 口 7 主空气量孔 8 主喷管 9 空气缸 l0．真空加浓通气道 u 真空加浓装置活塞 l2 空气缸 l3．弹簧 l4 机械加浓 推杆 l5 拉杆 l6 连接板 l7 弹簧 l8 加速泵活塞杆 l9．通气孔 20 加速泵出油道 2l 油管接头螺钉 22 油管 接头 23．针阀座 24．针阀 25．浮子 26 加速泵出油道 27 加速泵活塞 28 加速泵进油阀 29 机械加浓阀 3o．机械 加浓量孔 3l 连杆 32 摇臂 33 真空加浓顶杆 34 真空加浓阀 35 加浓油道 36 真空加浓量孔 37．主量孔螺塞 38 主量孔 39 功率量孔 40．真空加浓通气孔 4l 怠速过度喷口 42 怠速喷 口 43 怠速调节 (油量调节)螺钉 44 怠 速油道 45 石棉垫片 46 量油杆 另一种是普通的常压油箱或将现在用的油 箱一分为二使用。这种油箱要设置油泵，但不必 1995年第 6期 ·2l· 弱 孔 ：s 2s 维普资讯 http://www.cqvip.com 产品开发 量 ．．一-一_--一一 。。。 设安全阀和压力 自动控制 阀。这种油箱配置没 有上一种油箱优越 。 3．1．2 油 泵 是否设置油泵视 甲醇油箱的配置而定。如 果是带微压的油箱就不设置油泵，否则就该设 置一 台容量相当的电动油泵。 3．1．3 带两个浮子 室的化油器 该化油器是本燃油系统的关键。图 2所示 的是以国产 231系列化油器为基型的变型两浮 子室化油器，也可以用任何型号的化油器根据 其结构对应设置结构相同的甲醇系及汽油系两 套浮子系统(5、21、22、23、24、25)、主供油系统 (6、7、8、9、37、38、39)、怠速 系统 (1、2、3、41、42、 43、44)、加速系统 (4、1 7、18、19、20、26、27、28)、 加浓 系统 (10、11、12、13、14、29、30、33、34、35、 36、40)和相应的起动系统 (1a、4a、6a、7a)以及 喉管雾化装置 (2a、3a)。 甲醇系及汽油系机械加浓和加速系统通过 拉杆 1 5、连接板 16、连杆 31、摇臂 32与节气门 6“联接同时工作。两套主供油系统的主供油管 即主喷管 8同时进入化油器小喉管 2n，燃料 由 小喉管喷口6喷出雾化。两套加浓系统的加浓 油道 35通向各自的主供油管。两套怠速系统及 加速系统供油道分别合并引向各 自喷 口42、4。 在两套化油器主供油系统燃料主进口分别设置 两套量油装置 46，该装置由量油杆 46及控制 量油杆开启的杠杆摇臂机构构成，可成 比例控 制两系统出油量的大小。在化油器大喉管 3n处 设置叶轮式向心旋流器 5n，其结构如图 3所 示。气流从上向下流动，通过旋流器 5n能使气 流向心流动，使可燃混合气更趋均匀．发动机各 气缸以及每个气缸的火焰传播速度一致。 3．1．4 其他 增设甲醇油箱到化油器浮子室之间的管路 和其相应的滤清器及仪表等 ，与原汽油油箱的 设置是相同的。 3．2 操作要点 本燃油系统的操作按以下步骤进行。 3．2．1 起动 分冷起动与热起动 。 · 22· 冷起动 ：当汽车处于冷态或冬季时 ．为了避 免甲醇参与起动，将甲醇一边的量油杆 46全部 放下 ，使 甲醇不进 入化油器 的小喉管 内 ．完全用 汽油起动。当冷却水温达到规定要求时 ，慢慢将 甲醇一边的主量油杆提起 。主量油 口的开度要 视冷却水温而定，如温度高就开大一些，温度低 就相应开小一些，直到正常运转为止。 热起动：当汽车处于刚停车状态或夏季炎 热天气时，可以按冷起动方法起动，也可以将甲 醇与汽油混合起动——即热起动。 3口 5a h'。 ' ； —= 、 一 二I 夕 、 一 ／^ 图 3 化油器喉管中的叶轮式向心旋流器简图 3．2．2 正 常运行 ． 正常运行就如同单纯烧汽油时一样．加速、 加浓时同样有甲醇一汽油可燃混合气进入气缸 中。因为甲醇可以在比较稀的混合气(甲醇的过 量空气系数 =1．5，汽油的过量空气系数 0／~--- 1．3)中稳定燃烧 ，故甲醇～汽油可燃混合气就 可在比单纯汽油的空燃比更大的情况下燃烧。 在高原、南方或炎热的夏季，在上坡或载荷 过大时，将甲醇比例调大一些，以保证散热器中 的水不开锅为原则。平常感到功率不足时也应 将甲醇比例加大一些。 3．2．3 停车 夏季停车或冬季短暂停车时与单纯烧汽油 时一样，不作任何调节。冬季停车时间较长时。 为了下次起动的需要，在停车前几分钟将 甲醇 的主量油口关闭，以便冷起动时无甲醇掺入 ，从 而缩短起动时间，同时避免燃料成液体进入气 缸而影响润滑系统的润滑性能，也避免燃料的 浪费。 汽车研究与开发 维普资讯 http://www.cqvip.com 董 一 暑” ≥ ： Ill ： 。 t兰叠 _ 一 产品开发 耄薹主 4 掺水甲醇汽油的延僻l使用__内燃 蒸汽机- jj _ j 众所周知，最早发明的蒸汽机因为它的热 效率低，现在已快被淘汰了 而内燃机的热效率 比蒸汽机高一些但仍不很高。燃油在内燃机内 燃烧产生的热量仅有 200／ 左右被转变成有用 功 ，另外 40 (也有说 50 )的热量通过排气散 失，l3 的热量被发动机外表的空气带走 ，还有 27 的热量由冷却水系统带走。 如何提高内燃机的热效率是世界各国极为 重视的问题。能否在内燃机气缸内喷油的同时 也喷水，使内燃机成为一台内燃式蒸汽机呢?回 答是肯定的。有的国家曾在汽油、柴油中掺水 (乳化油)进行节油试验，取得了较为满意的效 果。笔者在前面提到的粗甲醇不必精制就作为 汽车燃料的用意在此。甲醇中掺水，因两者互 溶 ，不必进行乳化 ，不加乳化剂 ，不耗能 ，因此 不 会 增加燃料 的成本 此外两者互 溶稳定 ，不分 层．低温不冻，还减少了甲醇汽油的危险性。 4．1 节油 无论是柴油机还是汽油机 ，燃料中掺水就 能节油 ，掺水 10 可以节油 10 。一般掺水量 可高达 17 以上。各国的研究表明，在燃油中 掺水，节油是无疑的。 4．1．1 燃烧 完全 4．1．1．1 燃油雾化 好 水是一种单沸点化合物 ，在标准大气压下 的沸点为 loo~c。当它与汽油在雾化中混合后 ． 分散在汽油中的水雾在一定温度条件下一起汽 化时，细小水珠就会同时爆炸破裂，在爆炸水珠 周围的细小油珠被水蒸汽击碎 ，形成了油珠的 二次雾化，使油珠更细，空气与油混合更好，燃 烧速度快而完全，汽油被充分利用。一般燃油燃 烧不完全造成的热量损失最高占燃油总热量的 3O 。由此可见，将燃油与空气充分混合好对提 高燃烧速度和完全燃烧具有重要意义，这也是 提高发动机功率的方法之一。 若在甲醇中掺入 3O 或更多的水，而 甲醇 在燃油中的比例如占 3O 时，则燃油中水分占 1995年第 6期 9，O／o以上。含水 甲醇与汽油在喉管 内混 合雾化后 进入气缸 。首先细小的甲醇液珠在某一温度时 同时汽化发生爆炸，它击碎了周围的水珠与油 珠 ；其次 水 珠又在 另一温度 下同时汽化爆 炸 ， 再一次将油珠击碎 ，形成了三次雾化 ．使油气、 甲醇气和水蒸汽与空气在爆燃前混合更好，燃 烧时既快又完全。甲醇气燃烧时火焰传播速度 比汽油约快 1．4倍，故其可燃混合气在气缸中 的燃烧速度比纯汽油的燃烧速度更快、更完全， 因此在节能的同时还提高 了内燃机的功率。 由于燃料雾化好，可燃混合气还可以在更 稀的状态下燃烧。稀空燃比更节能。 4．1．1．2 水 的分解作用 试验及生产实践表明，任何含水蒸汽的燃 料在高温燃烧时，水在热化学分解的过程中产 生氢气、一氧化碳、甲烷和游离气态氢等，就如 同化肥厂造 气车 间用 油造气一样 (部分 氧化燃 烧产生高温)。这种含游离气态氢的混合燃料燃 烧速度比液态氢的燃烧速度还快 5倍。因此 ，含 水燃料的燃烧速度快而完全。另外，水蒸汽在高 温下与气缸中的积炭也能发生化学反应生成氢 气与一氧化炭 ，两者均是最好的气体燃料，所以 掺水燃料能充分利用燃料中的炭，不积炭就节 能。气缸盖、气门和活塞上的积炭，由于存在上 述化学反应也能被逐步清除，故排放的炭微粒 减少 。 燃料在气缸中点火爆燃时的一瞬间发生上 述反应后，产生的一氧化碳与氢气在膨胀过程 中还在不断地燃烧，使活塞几乎处于等压、等温 膨胀状态，这就提高了汽车的升功率和动力性。 4．1．1．3 排气温度降低 发动机有 4O 的热量从排气中散失，若降 低排气温度就能降低热量损失。掺水甲醇汽油 在爆燃前因水汽化而降低了温度 ，爆燃后的温 度按理论计算也要降低。所以燃料中掺水，能使 发动机排气温度降低。 4．1．2 提 高汽油机 的压缩比 甲醇的辛烷值高 ，可提高压缩比是无疑的。 水在燃烧中产生水蒸汽，它分散在气态燃油中， 起了惰性气体的作用，混合燃料气体被稀释。一 · 23 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 耋 产品开发 量 ⋯ ⋯ · ，⋯ ⋯ 一 般燃料 与空气 中的氧在气 缸 内被压缩 时 ，当压 缩过程中达到某一温度时，燃料会被氧化而 自 燃。从燃料燃烧的链锁反应可知，一个基本反应 可能立即产生几个活化中心，开始新的链锁反 应。由于链锁分支的存在 ，便加速了反应速度， 这就是爆震的原因。水蒸汽的惰性作用使链锁 反应中断，活化中心无法继续发展，因此抑制了 燃料自燃(爆燃)。还有一个重要的原因是水在 汽化时吸热量较大，混合燃料被压缩到很高的 压缩比时，其温度也低，不会达到燃料 自燃的程 度。基于上述理论，掺水甲醇汽油的抗爆震性能 提高了，其压缩比比甲醇汽油混合燃料高，比纯 汽油的压缩比更高。压缩比提高了，发动机功率 就大，经济性也好。这就是掺水燃料能烧劣质汽 油的原因 。 4．2 环保 汽油中掺入水和甲醇 ，因甲醇与水的汽化 潜热比汽油高几倍至几十倍，活塞在压缩到上 止点时混合气温度低，即起始爆燃的温度低了。 又由于水蒸汽的稀释和热载体作用，使爆燃后 的温度降低。水蒸汽的稀释和爆燃后的温度降 低以及空燃 比低 ，使氮氧化合物生成量减少。 另外前面已提到的空气与燃料混合好，燃 烧速度加快 ，燃烧更完全，烃类和一氧化碳的排 放量减少。水蒸汽的存在，还使排气中的炭微粒 减少 。 以上几项减少了汽车排放对大气的污染。 4．3 提高发动机的机械性能 内燃机的气缸、活塞、气门和气缸盖等长期 在高温、高压下工作 ，因此对这些零部件材质的 要求高。在高温、高压下对润滑油的要求也高且 润滑油变质快。掺水的甲醇汽油使发动机工作 时的总体温度下降，这对机件的长期运行与润 滑均有利，可以延长发动机的使用寿命和润滑 油的更换周期。 4．4 趋势 随着甲醇用量的增加以及掺水量的加大 ， 只要发动机 在运行 中不熄火 ，尽量加大掺水量 ， 内燃机就越来越象内燃蒸汽机了。气缸的工作 温度将越来越低 ，届时，发动机可能不需要冷却 水冷却缸体 ，而 只需空冷或许还需要保温 。那时 汽车的缸套、风扇 、水泵和散热器等将不再需 要。一辆构造简单、制造容易、质量小、润滑性能 高、自身动力消耗少、输出功率相应提高、噪声 和排放相对降低的内燃蒸汽汽车必将问世。 ：__5 结柬语 j ill i i _ ．． ： 一。 甜尊 j算 譬 ⋯ -- 。 薯薯搿 搿黼 糍 蔓 冀 景 一 誊 搿 - 发展国民车必将带动汽车燃料工业的发 展。以甲醇和水作汽车代用燃料是今后汽车燃 料无铅化和低排放的一个发展趋势。发展掺水 甲醇汽油燃油系统的关键是生产一种双浮子室 化油器。 为满足汽车进入普通家庭时对燃料的需 求 ，扩大甲醇生产规模是必要的。全国的氮肥厂 联产粗甲醇将给生产厂和全国运输业带来可观 的经济和社会效益。 开发气相混合或喷油嘴前液相机械混合的 甲醇一汽油燃油系统，进而发展内燃蒸汽机 ，使 我国的汽车业在燃料代用、节能和降低排放方 面可能走在世界的前列。 (本文编辑 肖文建) 原稿收到日期：1995—05—26 l 蓝箭汽研设计再添新军 }l 云南蓝箭汽车制造厂重视科技进 步，为加速汽 车研 究、设计 的现代化进程，1995年又投 资建立了 汽车计算机辅助设计系统(CAD System)。 该系统拥有慧普 (hp)586／90C、586／75等计算 机主机 、日立大屏幕高分辨显示器及可喷 255种颜 色、绘制 A0幅面、长 15m 图纸的 hp650C彩喷绘图 仪 ，还配置了当今 国际较为先进且适用的软件。系统 在整车、总成、更换车型的设计，图纸的修改，贮存上 档 ，调用和建立以及广泛运用标准图、标准设计库等 方面的优越性更为显著 此系统一旦输入适 当指令， 计 算机 将 自动完成 计算 、绘 图等工作 ，减 少 了绘 图工 作量，节省设计时间，降低直接设计 费用，易于实现 产品系列化标堆，提高设计精度和效率 计算机辅助设计 系统的建立，无疑将使 蓝箭汽 车的研究、设计更上一层楼，使蓝箭汽车更加 完美。 (英云巢 供稿) 汽车研究与开发 维普资讯 http://www.cqvip.com