1.1 各国国情综述

1.1.1 国内情况综述

目前，我国的能源结构主要由煤炭、石油、天然气与可再生能源组成。根据国家统计局数据显示，2016年上述能源在国内消费生产总量的占比分别为：64%、18.1%、5.9%与12%^[1]。同过去数据相比，煤炭与石油的占比略有下降，天然气与可再生能源的占比上升。

从长远的角度来看，不可再生能源终究是会消耗殆尽的，因此开发可再生能源是保证持续发展的关键。2014年，国务院办公厅印发的《能源发展战略行动计划（2014～2020 年）》明确规定，在未来的发展中，要优化能源结构，逐渐摆脱石油进口的依赖，大力发展可再生能源^[2]。我国政府正在大力推进可再生能源的发展，从对相关产业的扶持到购买相关商品的优惠政策，也建立了多个新能源的项目，其中包括了生物质制醇的项目。

在交通运输领域，如何降低石油的消耗是日后发展的突破口。我国当前处在石油燃料无法替代、新能源技术尚未成熟的阶段，因此降低石油的消耗需要使用替代燃料，例如醇类燃料、天然气等。

1.1.2 美国情况综述

美国的能源结构相对中国而言较为丰富，从上个世纪的石油危机开始，美国就对于能源相当敏感。除了和固定战略伙伴保持原油进口的关系外，为了解决石油能源不足的问题，美国政府也在尽可能的推进醇类燃料的应用^[3]。

1.1.3 巴西情况综述

巴西的石油储备并不充足，因此早在上个世纪，巴西就已经立法强制要求在汽油中添加一定比例的乙醇^[4]。目前巴西的醇类燃料相关技术已经非常成熟，政府对其的补贴也非常优惠。除了已有的掺烧以外，巴西现有的发动机还有纯乙醇发动机。

1.2 甲醇与乙醇理化特性

为了分析醇类燃料在发动机上的应用，首先要从醇类燃料的理化特性入手。甲醇与乙醇和汽油与柴油理化性质比较如表1.2-1。可以看出，甲醇与乙醇的熔沸点比汽油与柴油低；甲醇与乙醇的热值比汽油与柴油的热值低；甲醇与乙醇的十六烷值比汽油高，但低于柴油；甲醇与乙醇的辛烷值比汽油与柴油高。

由上述数据可以简单分析得出，醇类燃料和汽油与柴油相比，挥发性好，抗爆性强，但是不易着火。

表1.2-1 甲醇、乙醇、汽油与柴油理化性质

1.3 研究现状

醇类燃料一般有两种使用方式，按一定比例混合燃烧与单燃料燃烧。根据使用方式的不同，醇类燃料发动机可分为以下几类。

1.3.1醇类/非醇混合燃料发动机

低浓度醇类/非醇混合燃料一般是醇与汽油（或柴油、二甲醚^[5]）混合后直接使用，而且发动机的结构也不需要调整^[6]。点燃式发动机采用进气道喷射，压燃式发动机采用缸内直喷。低浓度乙醇还有催化燃烧的方式^[7]。

高浓度醇类/非醇混合燃料在使用时需要对发动机的燃油系统进行更改^[6]。除了上述燃油喷射方式外，高浓度醇类/汽油混合燃料还有增压器前喷射、增压器后喷射方式^[8]。

1.3.2 多浓度醇类燃料发动机

这类发动机有双喷射系统^[9]，一个用来喷射汽油或柴油，另一个喷射醇类燃料，可以做到根据不同工况调整醇类燃料和汽油/柴油的比例^[10]。

1.3.3 含水乙醇燃料发动机

含水乙醇在含水比例较低的情况下可以和混合燃料点燃式发动机一样不改变原机结构使用，在压燃式发动机上需采用进气道喷醇的方式^[11]。

含水乙醇的另一种使用方式则是将醇类燃料重整或裂解，将重整气或裂解气通入气缸内燃烧^[12]。

1.3.4 醇类燃料发动机

醇类燃料在压燃式发动机上可以采用均质压燃技术^[13]，SCS燃烧系统^[14]，缸内直喷周向分层燃烧系统^[15]，也可以用少量柴油、二甲醚、助燃剂^[5]作为引燃油。而点燃式发动机上和汽油燃料使用方法类似。

1.4 研究目的

地球上的化石能源是有限的，然而为了保障交通运输的发展，发动机的燃料需要将视线从不可再生能源转移到可再生资源。醇类燃料发动机技术及应用现状分析是对发动机可再生能源之一的讨论与分析，探究醇类燃料作为发动机的能源是否可行，能否为改变能源结构与可持续发展提供一条新路径。

1.5 研究意义

本次对醇类燃料发动机技术及应用现状分析是关于醇类燃料发动机技术的综合，涵盖了醇类燃料发动机的各种种类并有一定的分析。同时还对于国内外能源问题进行了总结与分析，基于目前能源的背景来讨论醇类燃料发动机的可行性并提出发展建议，对于醇类燃料研究有一定的参考价值。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

查阅多方资料，分析对比醇类燃料（甲醇、乙醇）与汽油、柴油的理化特性，从燃料的特点考虑醇类燃料对发动机的影响，分析醇类燃料的优势与不足。收集各个国家能源相关的资料，包括能源储备与使用情况、国家对相关产业的政策与法规。

在对国内外资料进行理解与分析后，对现有的醇类燃油应用的技术与现状归纳总结。对醇类燃料发动机的种类、燃料供给与控制系统、工作原理、性能、关键技术及市场份额进行深入研究。

在完成上述任务后，应对醇类燃料发动机的原理与性能有一定的认识，从而提出我国醇类燃料发动机的应用技术发展方向，并对如何加快我国醇类燃料在发动机上的推广应用进程提出建议。

2.2 研究目标

本次对醇类燃料发动机技术及应用现状分析主要是对现有醇类燃料应用的一个总结，包括目前国内外的能源情况分析，对醇类燃料在发动机上应用的现状与技术进行归纳。技术分析将包含醇类燃料应用的各种形式，重点在发动机的原理、系统图、性能与关键技术。在阐述了各种形式的原理与优劣后，会对醇类燃料的未来展望，并提出发展建议。

2.3 技术方案及措施

醇类燃料发动机技术及应用现状分析对于资料的需求庞大，为了分析问题，需要从数据和论文开始收集。

数据的收集一般在国家网站上查询，国内的数据可以在国家统计局搜索年鉴，国外的数据能够通过国家官网相关的渠道寻找，另外部分公开数据可以从相关企业的报表中搜索。

而论文则需要利用各个平台进行搜索，除了国内的几个常见数据库外，国外也有SAE的数据库。

在研究这个问题时，首先要从醇类燃料的性质入手。通过查阅资料，可以整理出甲醇、乙醇与汽油、柴油的理化性质对比表，从而直观的分析对比。

之后需要根据收集的应用技术资料分类别整理，选择按照燃料的类型进行分类，第二级按照发动机点火方式分类。因此在研究方向拟出后，应该按照规划的类别分别进行检索与学习。

具体研究某一方面时，首先应该掌握发动机的原理，绘制出系统图。然后根据论文提供的数据，将使用非醇燃料的情况相对比，关注发动机的性能、排放与缺陷。并且针对发动机的关键技术与缺陷仔细分析，寻找解决方法。

同时还需要整理不同国家的国情，包括能源储备与使用情况和国家相关政策与法规，在后期结合情况分析时不会偏离初衷。

技术路线流程图如右（图 2.2-1）。

[1] BP p.l.c..bp-statistical-review-of-world-energy-2016-full-report[J/OL].UK：BP p.l.c.，2016[2017-3-14].bp.com/statisticalreview.

[2] J. W. G. Turner， R. J. Pearson， B. Holland，et al. Alcohol-Based Fuels in High Performance Engines.[J] SAE international，2007.

[3] J. W. G. Turner，R. J. Pearson，B. Holland，et al. Alcohol-Based Fuels in High Performance Engines.[J] SAE international，2007.

[4] Bill Likos，Timothy J. Callahan，C.A. Moses.Performance and Emissions of Ethanol and Ethanol-Diesel Blends in Direct-Injected and Pre-Chamber Diesel Engines Bill Likos.[J] SAE international，1982.

[5] 能源研究与利用.能源结构调整助推节能减排进程[J]能源研究与利用2014(6)：1.

[6] 韦志康，姚起宏，黄大明，等. 柴油/乙醇双燃料发动机燃料混合比的控制[J]. 车用发动机，2005（4）：27-29 34.

[7] 李会芬，黄豪中，陈国栋，等.新型多碳醇一柴油燃料在发动机上的应用研究[J].小型内燃机与摩托车2012，41(1)：81-84.

[8] 唐大学. 125毫升排量发动机燃用乙醇燃料的研究[J]. 内燃机与配件，2016（1）：16-17.

[9] 姚春德，徐元利，杨建军，等.甲醇裂解气对点燃式发动机性能影响研究[J].工程热物理学报 ，2009，30(2)：353-356.

[10] 何邦全，王建昕，阎小光. 柴油机含氧燃料的研究进展[J]. 农业机械学报，2003，34（1）：134-138.

王崇明，杜潜.柴油醇发动机性能的试验研究[J].河南机电高等专科学校学报，2011，19（6）：5-6 9.

[11] 孙志军，赵黎明，葛宝山，等.柴油汽车采用醇类燃料技术经济研究[J].汽车技术，2006(7)：17-21

[12] 孙志军，赵黎明，洪伟，等.醇类燃料均质压燃技术及其产业化展望[J].汽车技术，2007(4)：21-25.

[13] 方显忠，刘巽俊，刘忠长，等.缸内双直喷系统压燃式发动机燃用甲醇和乙醇的性能比较[J].内燃机学报，2004，22(6)：514-517

[14] 黄勇成，周保龙，赵慧，等. 缸内直喷周向分层燃烧系统燃用醇类燃料的试验研究[J]. 内燃机学报，2000，18（1）：63-67.

1.1 各国国情综述

1.1.1 国内情况综述

目前，我国的能源结构主要由煤炭、石油、天然气与可再生能源组成。根据国家统计局数据显示，2016年上述能源在国内消费生产总量的占比分别为：64%、18.1%、5.9%与12%^[1]。同过去数据相比，煤炭与石油的占比略有下降，天然气与可再生能源的占比上升。

从长远的角度来看，不可再生能源终究是会消耗殆尽的，因此开发可再生能源是保证持续发展的关键。2014年，国务院办公厅印发的《能源发展战略行动计划（2014～2020 年）》明确规定，在未来的发展中，要优化能源结构，逐渐摆脱石油进口的依赖，大力发展可再生能源^[2]。我国政府正在大力推进可再生能源的发展，从对相关产业的扶持到购买相关商品的优惠政策，也建立了多个新能源的项目，其中包括了生物质制醇的项目。

在交通运输领域，如何降低石油的消耗是日后发展的突破口。我国当前处在石油燃料无法替代、新能源技术尚未成熟的阶段，因此降低石油的消耗需要使用替代燃料，例如醇类燃料、天然气等。

1.1.2 美国情况综述

美国的能源结构相对中国而言较为丰富，从上个世纪的石油危机开始，美国就对于能源相当敏感。除了和固定战略伙伴保持原油进口的关系外，为了解决石油能源不足的问题，美国政府也在尽可能的推进醇类燃料的应用^[3]。

1.1.3 巴西情况综述

巴西的石油储备并不充足，因此早在上个世纪，巴西就已经立法强制要求在汽油中添加一定比例的乙醇^[4]。目前巴西的醇类燃料相关技术已经非常成熟，政府对其的补贴也非常优惠。除了已有的掺烧以外，巴西现有的发动机还有纯乙醇发动机。

1.2 甲醇与乙醇理化特性

为了分析醇类燃料在发动机上的应用，首先要从醇类燃料的理化特性入手。甲醇与乙醇和汽油与柴油理化性质比较如表1.2-1。可以看出，甲醇与乙醇的熔沸点比汽油与柴油低；甲醇与乙醇的热值比汽油与柴油的热值低；甲醇与乙醇的十六烷值比汽油高，但低于柴油；甲醇与乙醇的辛烷值比汽油与柴油高。

由上述数据可以简单分析得出，醇类燃料和汽油与柴油相比，挥发性好，抗爆性强，但是不易着火。

表1.2-1 甲醇、乙醇、汽油与柴油理化性质