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第二代超级汽油发动机研发成功,同时具有柴油机和汽油机的优点

已有 1251 次阅读 2018-7-3 14:42 |个人分类:研究工作|系统分类:科研笔记| 超级汽油, 碳排放, 节能, 内燃机

第二代超级汽油发动机研发成功,同时具有柴油机和汽油机的优点

周向进 

【导读】二代超级汽油发动机模糊了柴油机与汽油机的界限,将两种发动机的优点集合到一台发动机上,使其既有柴油机高压缩比和压缩点火的技术特征,又有汽油机火花塞点火的技术特征,不但比普通汽油机省油30%、减排30%,而且能够像汽油机那样在冬季和冷车状态下容易启动。第二代超级汽油发动机还降低了对超级汽油产品的规格要求,使其生产成本降低。预计超级汽油价格可以比现在市场上普通汽油便宜1.02.5元/升。油电混合动力汽车使用超级汽油发动机,比纯电动汽车(新能源汽车)碳排放更低,而且续航里程不受充电时间限制。

什么是第二代超级汽油发动机呢?简单地说就好比是给柴油发动机添加火花塞点火系统,同时使用汽油做燃料。众所周知,柴油是无法使用火花塞点火的,但超级汽油却可以。普通汽油是无法在柴油机压缩点火的,但超级汽油却可以。第二代超级汽油发动机很好地解决了压燃式发动机冷车启动困难的问题,尤其是冬季冷车启动困难的问题,同时降低了对超级汽油辛烷值的规格要求,使得超级汽油的产品成本大幅度降低。

超级汽油到底是汽油还是柴油呢?超级汽油既有汽油的部分属性又有柴油的部分属性,集合了两者的优点。对于内燃机工程师来说,超级汽油是一种新型柴油,一种超级轻质柴油,一种蒸发性与汽油相媲美的柴油。

汽油的优点是蒸发性好、与空气混合均匀、燃烧充分,缺点是燃点高,不能在柴油机气缸的压缩空气高温条件下自燃着火,所以不能直接在柴油机上使用。柴油则因燃点低,可以作为压燃式发动机的燃料,具有效率高的优点。柴油的缺点是蒸发性差,不容易与空气混合均匀。因此,汽车工程师希望使用汽油作为压缩点火的发动机燃料,综合利用汽油和柴油的优点。类似的发动机研究成果有汽油均质压燃发动机HCCI。但是HCCI发动机很难说是一种成功的发动机,因为目前还没有作为单一动力装置应用于汽车的案例。

汽车工程师内心一直希望获得一种燃料,这种燃料的燃点像柴油,蒸发性像汽油。但是他们没有说出来,因为在他们看来,这是一种不可能得到的内燃机燃料。然而,中国石化总部的高级工程师周向进利用业余时间发明了这种燃料,一种低辛烷值汽油,并且完成了应用试验。这种燃料具有汽油一样的密度和外观,具有汽油的馏程和蒸发性,同时具有柴油的低温自燃燃点。2016625日,媒体把这种燃料命名为“超级汽油”,受到了社会的广泛关注。

对于汽车工程师来说,超级汽油正是他们梦想获得的内燃机燃料。

      对于炼油工程师而言,柴油就是黏度较高的燃点较低的内燃机燃料,汽油就是蒸发性良好的燃点很高的燃料,而且汽油的燃点越高(辛烷值越高)越好。

超级汽油产品模糊了柴油和汽油的概念,把柴油的低温自燃燃点特性和汽油的高蒸发性特性集合到一种内燃机燃料中,从而取得了技术突破。这项技术突破是在内燃机研究与内燃机燃料研究同步进行,并且跨领域技术综合、协同创新的结果。

超级汽油与普通柴油相比具有良好的蒸发性,容易与空气混合均匀,燃烧充分,尾气中碳烟排放少,颗粒物杂质少。既减少了空气污染,又减少了未燃燃料的排放比例。

第二代超级汽油发动机进一步模糊了柴油机与汽油机的界限,充分利用柴油机的优点和汽油机的优点,把两种发动机的优点集合到了一台发动机上。在第一代超级汽油发动机使用燃点低的超级汽油进行压缩点火的基础上,增加了火花塞点火系统。这一改进使得第二代超级汽油发动机不仅比普通汽油机省油30%、减排30%,而且冷车启动性能与普通汽油机汽车一样优异,同时解决了尾气中碳氢(HC)排放高的问题。

然而,一些炼油工程师认为超级汽油发动机采用火花塞点火是一种技术落后的表现。这是一种误解。从实际效果看,第二代超级汽油发动机是一种技术进步,从哲学上讲,这是一种螺旋式上升、波浪式前进。

第二代超级汽油发动机研发成功使得汽车对超级汽油燃料辛烷值的要求放宽,原来对超级汽油辛烷值的要求在25-35(25号汽油-35号汽油,25#-35#汽油),现在可以放宽到50-60(50#-60#汽油)。因此,第二代超级汽油产品可以使用直馏汽油或者石脑油作原料,原料来源更加丰富,原料成本进一步降低。超级汽油产品制造过程的能耗物耗也大幅度降低。

读者非常关心超级汽油的成本和价格问题。超级汽油比普通汽油省油30%,但是它的成本不但没有增加,反而比普通汽油降低每升一块钱左右。换句话说,超级汽油的零售价格应该比普通汽油便宜1.0~2.5元/升。

         表几种内燃机的性能和燃料价格比较


汽油机

柴油机

超级汽油机

第二代超级汽油机

热功效率(%)

28-36

38-46

39-47

41-48

冷车启动性能

优秀

一般

良好

优秀

功重比(千瓦/公斤)

0.8-1.2

0.5-0.7

0.6-0.8

0.7-0.9

燃料价格(元/升)

6.05-7.56

6.10-7.02

5.50-5.90*

4.99-5.31*

    *:预计的价格。


   表2 中国石化销售公司北京石油分公司成品油价格*1

   油品

/升(人工)

/升(自助)

89号汽油

6.05

6.05

92号汽油

6.46

6.46

95号汽油

6.88

6.88

98号汽油

7.56

7.56

0号柴油

6.1

6.1

-10号柴油

6.46

6.46

-20号柴油

6.77

6.77

-35号柴油

7.02

7.02

*1: 2017年3月23日挂牌价格


2018年6月22日,超汽油发动机《压燃式低辛烷值汽油发动机》收到美国《发明专利授权通知书》。

2018年1月05日,超汽油发动机《压燃式低辛烷值汽油发动机》获得日本发明专利授权。专利证书参见下图:

        2016年,超汽油发动机《一种压燃式低辛烷值汽油发动机》和超级汽油产品《一种清洁高效环保的汽油产品》先后获得中国发明专利。


        第二代超级汽油发动机对炼油工业的技术进步将起到重要的推动作用。

目前,第二代超级汽油发动机已经制得两台样机,其中一台样机已经安装在汽车样车中,安全平稳地试运行。   

背景资料:

 超级汽油比普通汽油省油30%减排30%,推广应用超级汽油,北京市空气污染物排放可以减少9-10%(北京市机动车尾气占空气污染源30%),可以大幅度减少雾霾。2016年中国大陆汽油表观消费量为11209万吨(产量为12157万吨),节约30%3362.7万吨,价值约2000亿元。相当于节省原油5000万吨/年,减少二氧化碳排放1亿吨/年。




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