文/程遠(yuǎn)超

靈活燃料汽車應(yīng)用進(jìn)展報告

文/程遠(yuǎn)超

靈活燃料汽車概念

靈活燃料汽車（FFV）是一種“替代燃料汽車”，其內(nèi)燃機(jī)能夠使用一種以上燃料運行。通常是汽油與乙醇混合的燃料，兩種燃料被儲存在同一箱體中?，F(xiàn)代靈活燃料汽車能夠根據(jù)其燃料成分傳感器探測到的實際混配比例來自動調(diào)整燃料噴射和火花定時器，所以其燃燒室可以燃燒任何比例的混合燃料。靈活燃料汽車是區(qū)別于雙燃料汽車的，雙燃料汽車的兩種燃料被儲存在不同的箱體中，而且在同一時間點引擎只使用一種燃料，例如：CNG，LPG，或氫。

靈活燃料汽車發(fā)展歷史

第一款商業(yè)化靈活燃料汽車是1908到1927年期間的福特Model T.它裝有可調(diào)噴射器，可以使用汽油或乙醇，或者兩者的混合物。其他的汽車制造商也提供燃料乙醇引擎。后來便宜的石油使汽油成為主導(dǎo)燃料,直到1973年石油危機(jī)給靈活燃料汽車帶來了新的發(fā)展契機(jī)。巴西發(fā)展了400萬輛純乙醇（E100）汽車，但是后來受國際糖價上漲的沖擊而迅速減少。1990年代末，巴西工程師開始著重研究、開發(fā)靈活燃料技術(shù)，巴西大眾汽車公司于2003年3月最先將可以使用任一比例汽油和乙醇的混合燃料的第一款靈活燃料汽車——高爾（GOL）1.6完全靈活燃料汽車（如圖1）投入巴西市場。該車進(jìn)入市場兩個月后，通用雪佛蘭也將靈活燃料車Corsa 1.8 Flexpower投入巴西市場。到2011年，共有12家汽車制造商生產(chǎn)靈活燃料汽車：大眾、通用雪佛蘭、菲亞特、標(biāo)致、福特、雷諾、雪鐵龍、本田、豐田、三菱、日產(chǎn)和起亞。

美國為了應(yīng)對石油危機(jī)和大氣污染問題，也進(jìn)行了靈活燃料汽車的開發(fā)。加利福尼亞州引領(lǐng)了可持續(xù)替代燃料的探索，最初專注于甲醇車的開發(fā)，1981年福特公司生產(chǎn)的40輛專門燒甲醇的M100應(yīng)加州要求開始運行。巴西的純乙醇汽車生產(chǎn)使用經(jīng)驗被轉(zhuǎn)化到甲醇汽車開發(fā)上。1983年501輛M100被送到加州，81輛被送到新西蘭、瑞典、挪威、英國和加拿大。1996年的“福特金?！笔堑谝豢羁梢詿鼸85或M85與汽油混合物的靈活燃料汽車。20世紀(jì)90年代末，開發(fā)重點轉(zhuǎn)移到E85-FFV上，因為使用乙醇對農(nóng)業(yè)更有利。

瑞典也測試了E85和M85靈活燃料汽車，最終因為農(nóng)業(yè)政策而將重點放在了E85-FFV上。另外，支持乙醇是因為它是生物質(zhì)燃料，對解決氣候變化和溫室氣體排放有益。

在20世紀(jì)90年代末發(fā)現(xiàn)汽油增氧劑MTBE（甲基叔丁基醚）污染地下水之后，美國的玉米乙醇生產(chǎn)得到了極大的激勵。因為乙醇是一種環(huán)境友好型的增氧劑。之后美國在2005年超過巴西成為世界最大的乙醇生產(chǎn)國，這一轉(zhuǎn)變也使E85靈活燃料車的生產(chǎn)和銷售自2002年以來急劇增加。

巴西靈活燃料汽車一般帶有適用兩種燃料的油箱和乙醇發(fā)動機(jī)各一。早期純乙醇車上第二輔助汽油箱用于在低溫情況下起動乙醇發(fā)動機(jī)，這一設(shè)計在巴西首代靈活燃料汽車上保留下來，主要使用范圍是溫度經(jīng)常降到15℃（59°F）的中、南部地區(qū)。第二輔助油箱直到2009年才在靈活燃料汽車上消失。

2009年3月，巴西大眾汽車公司投入波羅（Polo）E-Flex車型，這是全球第一款無須第二輔助油箱即可低溫冷起的靈活燃料汽車。該車使用博世公司開發(fā)的靈活燃料起動系統(tǒng)。在起動過程中加熱乙醇燃料這一重要技術(shù)創(chuàng)新使靈活燃料汽車可在-5℃的環(huán)境中（巴西境內(nèi)能遇到的最低溫度）常規(guī)冷起動。與上—款靈活燃料汽車相比，2009年的新一代靈活燃料發(fā)動機(jī)可以進(jìn)一步降低燃油消耗量和尾氣排放約10%～15%。

巴西靈活燃料技術(shù)的創(chuàng)新關(guān)鍵點是不需要額外的專用傳感器。該傳感器主要用于監(jiān)控乙醇汽油的混合比例情況。靈活燃料發(fā)動機(jī)被設(shè)計成高壓縮比的主要優(yōu)勢在于可以用含高比例乙醇的混合燃料并最大化乙醇的高含氧量，以獲得更低的排放和改進(jìn)燃油效率。表1列舉了巴西不同代靈活燃料發(fā)動機(jī)的改進(jìn)評估情況。

從1993年起，巴西禁止銷售純汽油燃料，強(qiáng)制使用含20%～25%以上乙醇的汽油-乙醇混合燃料。因此，所有巴西汽車制造商都優(yōu)化了靈活燃料汽車，以適用E20-E25燃料。所有巴西靈活燃料汽車可以使用含有20%～100%乙醇的汽油-乙醇混合燃料（E100）運行。只有雷諾Clio Hi-Flex和菲亞特Siena Tetrafuel兩個車型裝有適用純汽油燃料（E0）的靈活燃料發(fā)動機(jī)，其他靈活燃料汽車均不能正常使用純汽油燃料（E0）。

靈活燃料汽車推廣應(yīng)用情況

福特、通用、豐田、大眾等汽車公司于20世紀(jì)80年代中后期相繼開發(fā)了甲醇靈活燃料汽車，并面向市場銷售。福特、通用、雷諾、標(biāo)致、菲亞特、大眾、本田等汽車公司在巴西市場紛紛推出了各自的乙醇靈活燃料汽車，巴西是目前世界上應(yīng)用乙醇靈活燃料最多的國家之一，此外，美國、瑞典等國家正在力推乙醇靈活燃料。

2004年巴西靈活燃料汽車占新車銷量的22%，2005年提高到73%，2008年7月達(dá)87.6%，2009年8月則升至94%。從2003年～2010年3月起，靈活燃料輕型商用車和乘用車總產(chǎn)量累計達(dá)1 000萬輛，2011年12月，靈活燃料輕型商用車和乘用車總產(chǎn)量達(dá)到1480萬輛，占巴西機(jī)動車總產(chǎn)量的21%，占所有注冊輕型車的31.8%。

巴西政府在全國范圍內(nèi)進(jìn)行配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以推廣E25靈活燃料，2006年是乙醇靈活燃料汽車市場推廣的一個里程碑：巴西已建成33 000個加油站，每個加油站至少配置一個乙醇泵，確保了靈活燃料汽車的成功應(yīng)用。2008年，巴西超過50%的燃油消費量被甘蔗乙醇替代。

汽油-乙醇靈活燃料汽車具有清潔環(huán)保的優(yōu)勢，而且性能與傳統(tǒng)車輛相近，在巴西政府關(guān)于生物燃料的政策法規(guī)支持下，靈活燃料汽車得到快速發(fā)展。2009年在巴西全境，注冊的靈活燃料汽車有65%是使用乙醇燃料的，乙醇主產(chǎn)地的稅率較低，價格比汽油便宜得多，使用乙醇燃料的比例很高，例如圣保羅洲的使用率高達(dá)93%。在節(jié)能與環(huán)保的時代發(fā)展趨勢下，該類汽車有望在全球其他國家獲得市場推廣。

目前，世界市場上最常見的市售靈活燃料汽車是乙醇靈活燃料汽車，截至2013年10月，全球大約生產(chǎn)并銷售了3 900萬輛汽車、摩托車和輕型貨車。主要集中在四個市場：巴西（2 300萬輛）、美國（1 500萬輛）、加拿大（60萬輛）和歐洲，瑞典（22.94萬輛）居首。巴西的靈活燃料交通工具包括2009年至2013年10月生產(chǎn)的300萬輛靈活燃料摩托車。

巴西消費者可以根據(jù)乙醇和E20-25的市場價格來決定兩者的混合比例，一般而言，只有在乙醇價格比汽油低30%的情況下，使用含較高比例的乙醇的汽油-乙醇混合燃料是比較劃算的。這是因為乙醇燃料經(jīng)濟(jì)性比汽油要高34%左右。巴西靈活燃料汽車可減少5%～10%的燃料消耗，并降低20%的CO2排放。其與傳統(tǒng)汽油機(jī)性能方面的比較見表1。

圖1 巴西第一款靈活燃料車-大眾GOL1.6

表1 不同代巴西靈活燃料發(fā)動機(jī)的性能對比（百分比體現(xiàn)于傳統(tǒng)汽油機(jī)相比性能方面的變化情況）

基于國內(nèi)能源以及國際替代燃料發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，中國在21世紀(jì)初也開始了靈活燃料汽車的開發(fā)與推廣，并且取得較好的成果，后來因為糧食乙醇受到危及糧食安全的質(zhì)疑而不得不轉(zhuǎn)向海外市場。搭載乙醇燃料發(fā)動機(jī)的江淮轎車自2011年3月18日在巴西上市，累計銷量突破5萬臺，奇瑞汽車有限公司開展了靈活燃料汽車的研發(fā)工作，并且取得了階段性成果，下表為奇瑞靈活燃料汽車配置表。

表2 奇瑞靈活燃料汽車配置表

江蘇匯動汽車電子公司成功開發(fā)出靈活燃料發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)控制軟件，江淮汽車自主正向設(shè)計開發(fā)的1.5L E100乙醇靈活燃料發(fā)動機(jī)獲“‘中國心’2013年度十佳發(fā)動機(jī)”稱號，是面向巴西特殊乙醇燃料市場開發(fā)的系列產(chǎn)品之一。此款發(fā)動機(jī)是滿足用戶使用任意比例乙醇燃料（E22-E100）的靈活燃料發(fā)動機(jī)，采用了電加熱型噴油器、PWM閉環(huán)控制模塊、冷型火花塞等先進(jìn)技術(shù)，成功實現(xiàn)乙醇燃料自動識別切換及100%乙醇低溫冷啟動性，極大提高了用戶的使用安全性及便利性，排放達(dá)到巴西L6標(biāo)準(zhǔn)。

未來展望

目前，靈活燃料汽車（FFV）的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，市場推廣也相當(dāng)成功，中國的燃料乙醇生產(chǎn)與推廣也積累了充分的經(jīng)驗。在化石能源日益短缺和環(huán)保壓力與日俱增的今天，生產(chǎn)和推廣乙醇靈活燃料汽車是我國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善大氣質(zhì)量的必然選擇。