發(fā)動機燃料正向多樣化過渡
車用發(fā)動機的燃料最初采用的是煤氣。隨著石油的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用,才使汽車發(fā)動機真正成為人類的得力工具。目前主要的汽車發(fā)動機燃料仍然是汽油和柴油。由于石油是化工燃料,總有被采盡的一天,那么未來的發(fā)動機供求矛盾隨著石油燃料的枯竭而退出歷史舞臺嗎?這是人們普遍關(guān)心的大問題。應(yīng)該說,這種擔心是合理的。
但根據(jù)目前的資料顯示,全球的石油資源至少在未來的40~50年內(nèi)還不會出現(xiàn)完全枯竭的情況。隨著人類對全球資源的進一步調(diào)查,還會發(fā)現(xiàn)一些過去沒有勘探到的資源。另外,采油技術(shù)的進步也會提高石油的儲采比,會把一些過去認為不能采或采不到的資源采出來。但是無論怎樣,石油資源會有枯竭的一天,因此人們已經(jīng)在探索石油后的發(fā)動機燃料并已取得很大的進展。
醇類燃料 醇類作為燃料主要有乙醇和甲醇。乙醇來自生物質(zhì),如糧食、木材等,這是最理想的燃料,因為乙醇可以實現(xiàn)二氧化碳的全球循環(huán)平衡,只要有太陽照射,植物就可以實行光合作用,便可實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
一些國家如巴西便把其蔗渣經(jīng)發(fā)酵后生產(chǎn)乙醇,然后大量摻入汽油作燃料,醇汽油是該國的標準汽車燃料。除巴西外,美國也將其汽油摻入部分乙醇燃料使用。我國去年也啟動了燃料乙醇的項目,并在河南、山東、吉林等若干省份作試點。乙醇作燃料在現(xiàn)有汽油機上應(yīng)用是完全可以的,幾乎可以不要改動發(fā)動機。今后的問題是如何擴大產(chǎn)量。
甲醇是可以由煤和天然氣生產(chǎn)的產(chǎn)品。其燃燒速度快,燃燒時無煙、無焰,NOx排放低,熱值約為汽油的一半。全球的煤資源與石油相比要大的多,按目前的能源消耗水平,至少還可以用幾百年,因此,甲醇是最有發(fā)展前景的發(fā)動機燃料。目前在點燃式發(fā)動機上燃用甲醇是完全可以的,除燃油系統(tǒng)的個別密封件需要更換外,基本不需對原發(fā)動機進行改裝。但壓燃式發(fā)動機應(yīng)用仍然需要采用一些特殊技術(shù)。無論怎樣甲醇作為燃料已經(jīng)提供人們一個光明的前景。
二甲基醚 這是一種由甲醇進一步脫水而成的產(chǎn)品,與甲醇一樣也可以由煤或天然氣生產(chǎn),其資源與甲醇一樣。上
世紀由丹麥人首先在大型壓燃式發(fā)動機上試驗。二甲基醚的特點是其性質(zhì)非常接近于柴油,極易被壓燃。
但與柴油不同,它本身非常容易汽化,因此燃燒時無煙,廢氣排放十分清潔。由于 其在常溫下是氣態(tài),所以用到發(fā)動機上時,燃料系統(tǒng)必須特別處理。國內(nèi)有關(guān)單位對其進行了大量研究,并裝車做了試驗,發(fā)現(xiàn)運轉(zhuǎn)是很平穩(wěn)的。
天然氣 天然氣的主要成分是甲烷,作為車用燃料是完全可以的。我國
北京的公交車發(fā)動機大部分采用天然氣作燃料。世界上已有近千萬輛車采用天然氣作燃料。
植物油 主要是菜子油。這也是生物質(zhì)燃料,在一些有條件的國家和地區(qū)已經(jīng)作為燃料。如比利時等國采用菜子油在壓燃式發(fā)動機上作燃料。
人造汽油和柴油 由煤轉(zhuǎn)化為汽油和柴油,在二次世界大戰(zhàn)期間,德國人便開始這項研究。目前在南非已經(jīng)取得成功并商業(yè)化。我國也一直十分關(guān)心這方面的進展。國家已經(jīng)投資啟動這一項目并使之工業(yè)化。
未來發(fā)動機在理論上的發(fā)展
汽車內(nèi)燃機是通過燃料的燃燒,把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,再將熱能轉(zhuǎn)化為機械功的熱動力機械。熱力學(xué)、燃燒學(xué)和機械學(xué)的理論分析表明,內(nèi)燃機是熱效率最高的熱力機械,但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。
對于量調(diào)節(jié)式的汽油機而言,在部分負荷時,供求矛盾因
節(jié)氣門開度小而造成發(fā)動機的泵氣損失大,從而降低發(fā)動機的機械效率,影響到經(jīng)濟性。取消節(jié)
氣門就是提高汽油楓經(jīng)濟性的最根本措施。但由于目前的汽油機是用節(jié)氣門來調(diào)節(jié)混合氣量的,取消節(jié)氣門,發(fā)動機的動力輸出無法控制,因此必須探索新的途徑。汽油直接噴射技術(shù)就是基于這一思路。
將汽油機的節(jié)氣門調(diào)節(jié)動力輸出,改為用噴油量控制動力輸出。這樣一來,采用汽油直接噴射的汽油機與目前的電控噴射發(fā)動機相比,燃油消耗量可以減少15%左右。現(xiàn)有的三效催化系統(tǒng)難以發(fā)揮作用,使發(fā)動機的廢氣排放品質(zhì)下降,因此還需要探索新的途徑。目前的混合氣均質(zhì)壓燃理論為解決這一問題提供了很好的思路。
該理論是在汽油機上取消節(jié)氣門,用噴油量調(diào)節(jié)輸出,采用大量的高溫廢氣混合到適當比例的燃料和空氣混合氣中,用發(fā)動機的壓縮
行程用
活塞壓縮使混合氣自己著火,從而解決汽油機無節(jié)氣門下的動力輸出與同時采用三效催化轉(zhuǎn)化器的矛盾。同樣這一理論也可以應(yīng)用到柴油機上,使柴油機在均質(zhì)混合氣時壓燃著火,而不是現(xiàn)在的邊噴油、邊著火的擴散燃燒模式,從而使柴油機的廢氣排放達到最低,特別是煙度排放和NOx排放。
目前均質(zhì)混合氣壓燃著火的理論正在付諸實施之中。一旦這一新理論在實踐得到應(yīng)用,可以預(yù)見,今后的發(fā)動機供求矛盾更加高效、更加清潔,汽車的使用將更加安全且有利環(huán)保。(姚春德)