靈活燃料汽車應用進展報告

文/程遠超

靈活燃料汽車應用進展報告

文/程遠超

靈活燃料汽車概念

靈活燃料汽車（FFV）是一種“替代燃料汽車”，其內燃機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代靈活燃料汽車能夠根據其燃料成分傳感器探測到的實際混配比例來自動調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。

靈活燃料汽車發展歷史

第一款商業化靈活燃料汽車是1908到1927年期間的福特Model T.它裝有可調噴射器，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燃料,直到1973年石油危機給靈活燃料汽車帶來了新的發展契機。巴西發展了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、開發靈活燃料技術，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家汽車制造商生產靈活燃料汽車：大眾、通用雪佛蘭、菲亞特、標致、福特、雷諾、雪鐵龍、本田、豐田、三菱、日產和起亞。

美國為了應對石油危機和大氣污染問題，也進行了靈活燃料汽車的開發。加利福尼亞州引領了可持續替代燃料的探索，最初專注于甲醇車的開發，1981年福特公司生產的40輛專門燒甲醇的M100應加州要求開始運行。巴西的純乙醇汽車生產使用經驗被轉化到甲醇汽車開發上。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90年代末，開發重點轉移到E85-FFV上，因為使用乙醇對農業更有利。

瑞典也測試了E85和M85靈活燃料汽車，最終因為農業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燃料，對解決氣候變化和溫室氣體排放有益。

在20世紀90年代末發現汽油增氧劑MTBE（甲基叔丁基醚）污染地下水之后，美國的玉米乙醇生產得到了極大的激勵。因為乙醇是一種環境友好型的增氧劑。之后美國在2005年超過巴西成為世界最大的乙醇生產國，這一轉變也使E85靈活燃料車的生產和銷售自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動機各一。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動機，這一設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常降到15℃（59°F）的中、南部地區。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的靈活燃料起動系統。在起動過程中加熱乙醇燃料這一重要技術創新使靈活燃料汽車可在-5℃的環境中（巴西境內能遇到的最低溫度）常規冷起動。與上—款靈活燃料汽車相比，2009年的新一代靈活燃料發動機可以進一步降低燃油消耗量和尾氣排放約10%～15%。

巴西靈活燃料技術的創新關鍵點是不需要額外的專用傳感器。該傳感器主要用于監控乙醇汽油的混合比例情況。靈活燃料發動機被設計成高壓縮比的主要優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燃油效率。表1列舉了巴西不同代靈活燃料發動機的改進評估情況。

從1993年起，巴西禁止銷售純汽油燃料，強制使用含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）的靈活燃料發動機，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用情況

福特、通用、豐田、大眾等汽車公司于20世紀80年代中后期相繼開發了甲醇靈活燃料汽車，并面向市場銷售。福特、通用、雷諾、標致、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量累計達1 000萬輛，2011年12月，靈活燃料輕型商用車和乘用車總產量達到1480萬輛，占巴西機動車總產量的21%，占所有注冊輕型車的31.8%。

巴西政府在全國范圍內進行配套基礎設施建設以推廣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保的優勢，而且性能與傳統車輛相近，在巴西政府關于生物燃料的政策法規支持下，靈活燃料汽車得到快速發展。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93%。在節能與環保的時代發展趨勢下，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月生產的300萬輛靈活燃料摩托車。

巴西消費者可以根據乙醇和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濟性比汽油要高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。其與傳統汽油機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動機的性能對比（百分比體現于傳統汽油機相比性能方面的變化情況）

基于國內能源以及國際替代燃料發展現狀與趨勢，中國在21世紀初也開始了靈活燃料汽車的開發與推廣，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疑而不得不轉向海外市場。搭載乙醇燃料發動機的江淮轎車自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出靈活燃料發動機控制系統控制軟件，江淮汽車自主正向設計開發的1.5L E100乙醇靈活燃料發動機獲“‘中國心’2013年度十佳發動機”稱號，是面向巴西特殊乙醇燃料市場開發的系列產品之一。此款發動機是滿足用戶使用任意比例乙醇燃料（E22-E100）的靈活燃料發動機，采用了電加熱型噴油器、PWM閉環控制模塊、冷型火花塞等先進技術，成功實現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，排放達到巴西L6標準。

未來展望

目前，靈活燃料汽車（FFV）的生產技術已經非常成熟，市場推廣也相當成功，中國的燃料乙醇生產與推廣也積累了充分的經驗。在化石能源日益短缺和環保壓力與日俱增的今天，生產和推廣乙醇靈活燃料汽車是我國優化能源結構、改善大氣質量的必然選擇。