目前，汽油機(jī)和柴油機(jī)依然是車用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要機(jī)種。而汽油和柴油都是不可再生資源。隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)石油的需求量越來越大。我國(guó)從 1993 年起， 已由石油輸出國(guó)成為石油進(jìn)口國(guó)，到 2000 年，進(jìn)口石油已達(dá) 6 300 萬 t，可以預(yù)計(jì)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油進(jìn)口量還會(huì)增加。據(jù)美國(guó)能源部和世界能源理事會(huì)預(yù)測(cè)，全球的石油產(chǎn)量在 2010~ 2025 年間將達(dá)到最大值。全球礦物燃料資源的預(yù)測(cè)生命期，石油為 40 年，天然氣為 60 年，煤為 220 年。日趨嚴(yán)重的能源危機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的常規(guī)燃料提出了新的挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于世界汽車保有量的增加和各國(guó)對(duì)環(huán)保的重視，車用發(fā)動(dòng)機(jī)面臨著既要繼續(xù)提高現(xiàn)有性能，又要降低排放的雙重壓力。而發(fā)動(dòng)機(jī)的排放成分除與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過程組織有關(guān)外，還與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料有直接的關(guān)系。汽油和柴油在改善廢氣的有害排放方面可做的工作已經(jīng)相當(dāng)有限，許多國(guó)家目前已把研究的目光轉(zhuǎn)向?qū)で笪廴据^小的代用燃料，這一方面可有效地減少?gòu)U氣的排放，另一方面也可保存原油產(chǎn)品和保護(hù)能源。
所謂代用燃料, 是指能夠取代或部分取代目前內(nèi)燃機(jī)傳統(tǒng)燃油 (汽油、 柴油、 煤油)的燃料。良好的代用燃料應(yīng)能滿足下列要求: 資源豐富、 價(jià)格適宜;燃料的熱值尤其是混合氣熱值能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的要求;能滿足車輛起動(dòng)性能、 行駛性能以及加速性能等方面的要求;能量密度較高、 儲(chǔ)存運(yùn)輸方便;發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變動(dòng)較小、 技術(shù)上可行; 現(xiàn)有的燃料儲(chǔ)運(yùn)分配系統(tǒng)能用得上;對(duì)人類健康、 環(huán)境保護(hù)以及安全防火等無有害的影響; 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命以及可靠性沒有不良影響。  已開發(fā)的代用燃料有氣態(tài)烴 (壓縮天然氣( CNG )、液化天然氣( LNG )、液化石油氣 ( LPG ) )、醇燃料、二甲醚、生物柴油 、氫、燃料電池等。下面足以介紹一下每種代用燃料的發(fā)展?fàn)顩r。  天然氣：  天然氣( Na t u r a l   Ga s ，簡(jiǎn)稱 NG) 是一種無色、無味的氣體，9 0 ％以上成分為甲烷( C H 4 )。由于天然氣擁有資源豐富、污染很小、經(jīng)濟(jì)和安全上的優(yōu)勢(shì)，從而得到了大力地推廣，它是一種很好的清潔燃料。天然氣具有如下比較突出的優(yōu)點(diǎn)：( 1 )著火極限寬。 ( 2 )抗爆燃性能好。  ( 3 )排放污染小 。 ( 4 )發(fā)動(dòng)機(jī)壽命延長(zhǎng) ( 5 )燃料經(jīng)濟(jì)性好，使用費(fèi)較低。  ( 6 )安全性高。   正是由于天然氣汽車具有上述優(yōu)點(diǎn)，在世界 日益重視環(huán)境保護(hù)、車輛安全性能和經(jīng)濟(jì)性能的 背景下，天然氣汽車的發(fā)展前景越來越廣闊。  作為車用燃料的替代品，天然氣根據(jù)其存在 形式不同，分為壓縮天然氣( C o mp r e s s e d   Na t u r a l  G a s ，簡(jiǎn)稱 C NG )液化天然氣( L i q u e f i e d   Na t u r a l  G a s ，簡(jiǎn)稱 L NG) 。壓縮天然氣是將天然氣經(jīng)過脫水、脫硫凈化處理后，經(jīng)多級(jí)壓縮至20Mpa左右存貯在氣瓶中，使用時(shí)經(jīng)減壓器減壓后供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒即可 ?，F(xiàn)在天然氣汽車中運(yùn)用最為廣泛的就是CNG，它的技術(shù)要求較LNG要低，但也存在一些問題，如續(xù)駛里程小等缺點(diǎn)。液化天然氣是將天然氣經(jīng)過一定工藝，使其在162℃左右變?yōu)橐簯B(tài)，存貯在高壓氣瓶中。由于液化天然氣對(duì)貯存技術(shù)要求較高，使得貯存容器的成本高，這從一定程度上限制了液化天然氣汽車的發(fā)展。但由于液化天然氣在貯存能量密度、汽車?yán)m(xù)駛里程、貯存容器壓力等方面均優(yōu)于壓縮天然氣，能解決壓縮天然氣汽車存在的一些問題，所以液化天然氣作為天然氣的使用方式之一，是今后的重點(diǎn)發(fā)展方向。而為了解決動(dòng)力性不足的缺點(diǎn)，現(xiàn)在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用提高充量系數(shù)、稀薄燃燒和增壓中冷、提高壓縮比以及采取優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)和噴油提前角等技術(shù)，相信天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)能成為即汽油機(jī)和柴油機(jī)之后的又一主流。

　　醇類燃料： 1、甲醇燃料  甲醇的理化特性同汽油較為接近,并且由于甲醇與汽油的相容性好, 所以容易實(shí)現(xiàn)各種比例的摻燒。一般以低比例5%~ 30%摻燒為多 (M5 ~ M30),高比例摻燒可達(dá)85%(M85)。使用甲醇汽油可使尾氣中的CO 和HC的排放量明顯降低 (根據(jù)美國(guó) APlRP研究報(bào)告, M85汽車可使 CO下降13%, H C降低 31% ), 因此, 目前世界各大汽車廠都在積極研究開發(fā)不同方案的甲醇燃料汽車, 低比例甲醇汽油已在美國(guó)、法國(guó)、意大利等國(guó)家商品化。由于甲醇與柴油的理化性質(zhì)差別較大,與柴油的相容性也較差,因此柴油機(jī)摻燒甲醇的研究主要集中在摻燒方式上。目前概括來說有熏蒸法、雙燃料系統(tǒng)法和乳化液法3種摻燒方法。采用熏蒸法和雙燃料系統(tǒng)法時(shí),汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變化較大,所以不易在現(xiàn)使用的柴油車上推廣。采用乳化液法時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)可以不做變動(dòng)而摻燒甲醇燃料, 比較易于推廣應(yīng)用,但目前尚未研究出性能好、價(jià)格廉的助溶劑。甲醇毒性問題一直很受人們的關(guān)注,在七五期間, 我國(guó)對(duì)甲醇對(duì)人體健康的影響等課題作了研究。結(jié)論是,對(duì)接觸甲醇燃料人群, 只要遵守操作規(guī)程, 沒有發(fā)現(xiàn)人體健康有異常。目前,關(guān)于甲醇毒性問題仍存在較多爭(zhēng)論,因此對(duì)甲醇的毒性問題仍有必要進(jìn)行深入研究。  2、乙醇燃料  車用乙醇汽油是將燃料乙醇與普通汽油按一定比例調(diào)配而成的新型汽車燃料。乙醇的辛烷值比汽油高,并且著火燃燒濃度極限范圍比汽油寬得多。乙醇分子中含氧,汽油中添加一定比例的乙醇后, 不僅能部分替代汽油,還可以改善燃燒,降低有害排放。例如,在汽油中加入 10%的變性燃料乙醇,可使辛烷值提高 3 %,氧含量增加 3-5 %,能大大改善汽油的使用性能,使燃燒更徹底,并且不污染環(huán)境。近年來,我國(guó)乙醇燃料的研究及應(yīng)用工作有所加強(qiáng),在2001年制定了車用乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并且確立了三個(gè)生產(chǎn)燃料乙醇的建設(shè)項(xiàng)目, 開始推廣含10%乙醇的車用乙醇汽油混合燃料。與甲醇燃料在柴油機(jī)上的應(yīng)用相似,柴油機(jī)摻燒乙醇燃料的研究也主要集中在摻燒方式上?，F(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)是乳化液法,各國(guó)正在研究性能較好的助溶劑使乙醇與柴油形成穩(wěn)定的混合燃料。目前存在的問題是乙醇制取能耗較大、成本較高,約為汽油的兩倍,需要在生產(chǎn)技術(shù)上尋求突破,降低能耗和成本,這樣乙醇燃料會(huì)有非常廣泛的應(yīng)用前景。  二甲醚：  二甲醚是最簡(jiǎn)單的醚類化合物,分子式為CH3- O- CH3, 簡(jiǎn)稱DME,含有34. 8%的氧(重量比) ,其自燃溫度為235℃,低于柴油,而十六烷值高達(dá)55- 60, 高于柴油, 所以DME 具有良好的著火性能。二甲醚分子式中只有C—O 和C—H 鍵,沒有C—C鍵,此外它是高含氧燃料,有利于減少燃燒生成的煙度和微粒。同時(shí),它可以使用更大的排氣再循環(huán)率( EGR) ,降低NOx 的排放。二甲醚的低熱值只是柴油的64. 7%, 為了達(dá)到柴油機(jī)的動(dòng)力性,必須增大二甲醚的循環(huán)供油量。 二甲醚的十六烷值比較高, 遠(yuǎn)高于其他代用燃料,因此在柴油機(jī)上燃用二甲醚時(shí)不需要采取助燃措施。二甲醚在常溫常壓下的飽和蒸汽壓力0. 5Mpa,隨著溫度的升高, 其飽和蒸汽壓增大,為防止汽阻現(xiàn)象的發(fā)生,燃料供給系統(tǒng)的壓力遠(yuǎn)高于柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)。二甲醚的毒性低于甲醇, 但與液化石油氣( LPG)相當(dāng)。它基本無味, 對(duì)環(huán)境無污染, 對(duì)人體無致癌作用,對(duì)金屬無腐蝕, 性能穩(wěn)定,即使長(zhǎng)期暴露與空氣中也不會(huì)像二乙基醚那樣生成過氧化物。DME 的使用安全性要好于丙烷和丁烷。二甲醚是一種溶劑,對(duì)燃油系統(tǒng)中橡膠密封件等有破壞作用。因此,使用DME 時(shí)應(yīng)保證整個(gè)燃油系統(tǒng)密封性良好,以防止DME 向大氣中泄露。通常而言, 針對(duì)液化石油氣采用的安全防范措施同樣也適于DME。  DME 具有較高的十六烷值, 可用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料,其燃燒效果比甲醇燃料好,除具有甲醇燃料所具有的優(yōu)點(diǎn)之外, 還克服了其低溫啟動(dòng)性和加速性能差的缺點(diǎn)。DME 燃料具

　　有高效率和低污染的優(yōu)點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)無煙燃燒,并可降低噪音。另外,研究表明, DME 的成本雖然高于柴油,但成本和污染都低于液態(tài)丙烷和壓縮天然氣等低污染替代燃料。因此, DME 作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料有很好的發(fā)展前景。  生物柴油：  生物柴油是植物柴油和動(dòng)物柴油的總稱,它是一種由從植物油或動(dòng)物脂的脂肪酸烷基單酯組成的一種可替代柴油燃料,一般由大豆或其它油類植物、動(dòng)物油脂等通過酯化過程合成。有機(jī)油類和醇類(甲醇或乙醇)在催化劑存在的情況下,發(fā)生酯化反應(yīng),形成硬脂 (甲酯或乙酯) ,就是通常所指的生物柴油。其有如下的特點(diǎn):  ( 1)發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體排放減少。使用生物柴油與純柴油的發(fā)動(dòng)機(jī)排放對(duì)比, 可見使用生物柴油除NO稍有增加外, CO排放降低了 15. 64%, HC排放降低了 17 . 65%,微粒排放降低 38 . 1 %。此外,由于生物柴油中硫含量低, 使得二氧化硫和硫化物的排放減少約 30 % (有催化劑時(shí)為 70 % ) ,生物柴油中不含對(duì)環(huán)境造成污染的芳香族烷烴,因而廢氣對(duì)人體損害低于柴油。  ( 2)具有較好的低溫使用性能, 無添加劑時(shí)的冷濾點(diǎn)達(dá)- 20  。  ( 3)具有較好的潤(rùn)滑性能, 可減輕發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)的噴油泵、 噴油器等部件的磨損。  ( 4)使用安全性好。由于其閃點(diǎn)高于礦物柴油且不屬于危險(xiǎn)品,因此, 在運(yùn)輸、 儲(chǔ)存、 使用方面的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。  ( 5)利于自然環(huán)境保護(hù)。首先, 生物柴油燃燒所排放的二氧化碳遠(yuǎn)低于植物生長(zhǎng)過程中所吸收的二氧化碳。所以,會(huì)降低因二氧化碳的排放而導(dǎo)致的全球變暖這一有害人類的重大環(huán)境問題; 其次,生物柴油的生物分解率高 ( 3周后分解率: 生物柴油98 %, 礦物柴油 70% ),當(dāng)拋灑到自然界中后會(huì)快速自然分解,有利于環(huán)境保護(hù)。  ( 6)可再生特性好。與礦物油不同, 它可通過農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)家的努力, 充分利用自然資源進(jìn)行再生產(chǎn),可供應(yīng)量不會(huì)枯竭。  多元化的能源結(jié)構(gòu)是清潔汽車發(fā)展的必由之路，也只有通過發(fā)展新的能源，才能減少對(duì)石油資源的依賴，減小環(huán)境污染，造福于人類。  氫氣：  氫燃料的性能優(yōu)于碳?xì)淙剂?。同礦物燃料相比, 氫具有發(fā)熱量大、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁⒅鸾缦迣?、點(diǎn)火能量小等優(yōu)點(diǎn); 氫造成的污染小。氫在空氣中燃燒產(chǎn)生水和極微量的一氧化氮。鑒于以上優(yōu)點(diǎn), 氫被認(rèn)為是最具前景的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)代用燃料。  氫內(nèi)燃機(jī)的理論空燃比為34.3:1, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。因氫氣為氣體燃料, 比液體燃料占據(jù)了更多的燃燒室空間,導(dǎo)致空氣所占空間比例減小。由于氫氣有較低的點(diǎn)火能量限制, 易于點(diǎn)燃, 可采用汽油機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)。燃燒稀混合氣火焰速度會(huì)減小, 宜采用雙火花塞。兩個(gè)火花塞同時(shí)著火, 燃燒室內(nèi)形成強(qiáng)烈的渦流, 火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤? 同時(shí)火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x縮短1 /2, 燃燒時(shí)間縮短, 提高了燃料熱量利用率, 另外還可以防止點(diǎn)火失敗, 保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)行。氫氣的分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 比熱比大, 理論上氫內(nèi)燃機(jī)的熱效率要高于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)采用的壓縮比決定于燃料的抗爆震能力, 氫的辛烷值大于130, 遠(yuǎn)大于汽油,故氫內(nèi)燃機(jī)可采用比傳統(tǒng)汽油機(jī)大的壓縮比。壓縮比大, 熱效率提高, 但相應(yīng)的摩擦損失和傳熱損失也大。  面對(duì)目前世界范圍內(nèi)油價(jià)上漲和越來越嚴(yán)格的排放法規(guī), 各大汽車公司和研究機(jī)構(gòu)都致力于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率、燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放和開發(fā)代用燃料汽車的研究。氫以其優(yōu)異的物理化學(xué)性能成為發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料。氫燃料汽車的最終出路是燃料電池, 但燃料電池的產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程, 在此之前, 將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成燃?xì)浒l(fā)動(dòng)機(jī)或雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。因此, 研究氫內(nèi)燃機(jī)有著光明的前景。

　　燃料電池：  燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。  燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系統(tǒng)及自動(dòng)控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。總的來說，燃料電池具有以下特點(diǎn)： （1）能量轉(zhuǎn)化效率高 他直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過燃燒過程，因而不受卡諾循環(huán)的限制。目前燃料電池系統(tǒng)的燃料—電能轉(zhuǎn)換效率在45%～60%，而火力發(fā)電和核電的效率大約在30%～40%。（2）有害氣體SOx、NOx及噪音排放都很低 CO2排放因能量轉(zhuǎn)換效率高而大幅度降低，無機(jī)械振動(dòng)。 （3）燃料適用范圍廣。 （4）積木化強(qiáng) 規(guī)模及安裝地點(diǎn)靈活，燃料電池電站占地面積小，建設(shè)周期短，電站功率可根據(jù)需要由電池堆組裝，十分方便。燃料電池?zé)o論作為集中電站還是分布式電，或是作為小區(qū)、工廠、大型建筑的獨(dú)立電站都非常合適。 （5）負(fù)荷響應(yīng)快，運(yùn)行質(zhì)量高 燃料電池在數(shù)秒鐘內(nèi)就可以從最低功率變換到額定功率，而且電廠離負(fù)荷可以很近，從而改善了地區(qū)頻率偏移和電壓波動(dòng)，降低了現(xiàn)有變電設(shè)備和電流載波容量， 減少了輸變線路投資和線路損失。  燃料電池其原理是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負(fù)兩個(gè)電極(負(fù)極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實(shí)的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器。電池工作時(shí)，燃料和氧化劑由外部供給，進(jìn)行反應(yīng)。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。  多元化的能源結(jié)構(gòu)是清潔汽車發(fā)展的必由之路，也只有通過發(fā)展新的能源，才能減少對(duì)石油資源的依賴，減小環(huán)境污染，造福于人類。