Potentiality of Ethanol As a Fuel for Dedicated Engine
Potentiel de l'éthanol en tant que carburant pour un moteur dédié
Institut français du pétrole
Corresponding author: nicolas.jeuland@ifp.fr
One of the major challenges of the automotive industry is to reduce the greenhouse gases, and especially CO2 emissions. Many research programs are currently being led on this subject, aiming at reducing the fuel consumption of vehicles, but also at optimizing the fuel composition. The overall process must indeed be taken into account, from the fuel production to the vehicle emissions, and a "well to wheel" balance has to be calculated for each technology. Ethanol seems to have important assets to comply with these new constraints: it is extracted from the biomass and consequently has a good "well to tank" CO2 emission balance. Moreover, its properties, especially in terms of octane number and latent heat of vaporization allow a large improvement of the engine. The present paper aims at taking stock of the ethanol path. The main production ways are tackled, especially concerning their energy balances. The main advantages and drawbacks of the use of such a fuel are then summarized. Finally, an example of the gains that can be obtained by an optimization of the engine using pure ethanol is presented. A small supercharged engine has already been modified to benefit from the potential of ethanol, especially in terms of knock resistance. The performances of this engine have been compared with those of the initial gasoline engine, showing that important gains can be obtained with such a technology.
Résumé
Un des défis majeurs de l'industrie automobile est de réduire les émissions de gaz à effet de serre et, en particulier, celles du CO2. Plusieurs programmes de recherche sont en cours sur ce sujet, visant la réduction de la consommation des véhicules, mais aussi l'optimisation de la composition des carburants. Il est en effet essentiel de prendre en compte l'ensemble du processus, de la production des carburants aux émissions des véhicules, et un bilan "du puits à la roue" doit être effectué pour chaque technologie. L'éthanol possède des atouts importants pour satisfaire ces nouvelles contraintes : étant extrait de la biomasse, son bilan d'émission du CO2 "du puits à la roue" est favorable. De plus, ses propriétés, en particulier en termes d'indice d'octane et de chaleur latente de vaporisation, permettent une optimisation du fonctionnement du moteur. La présente étude a pour but d'évaluer la voie éthanol. Les moyens de production sont considérés, en particulier leur bilan énergétique. Les principaux avantages et inconvénients de l'utilisation d'un tel carburant sont résumés. Enfin, nous présentons un exemple des gains qui peuvent être réalisés en optimisant un moteur pour l'utilisation de l'éthanol pur. Un moteur suralimenté de petite cylindrée a en effet été optimisé afin de bénéficier du potentiel de l'éthanol, notamment en termes de réduction du cliquetis. Les performances de ce moteur sont comparées à celles du moteur initial à essence, démontrant que des gains importants peuvent être obtenus avec une telle technologie.
© IFP, 2004