甲醇汽車?yán)淦饎?dòng)性研究朱慶功,張夢(mèng),包偉,陶薇薇(長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院,陜西西安710064)摘要:甲醇的冷起動(dòng)性是車用甲醇然料應(yīng)用中普遍存在的問題。本文針對(duì)這一問題,分析了甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)差的原因,闡述了當(dāng)前改善甲醇發(fā)動(dòng)?xùn)i冷起動(dòng)性的方法,通過對(duì)比分析得岀:預(yù)熱和甲醇中添加改善冷起動(dòng)性的添加劑可以保證環(huán)境溫度較低時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠的冷起動(dòng)性,與電熱塞預(yù)熱相比,電熱絲預(yù)熱和共軌管預(yù)熱甲酹發(fā)動(dòng)?xùn)i冷起動(dòng)可靠性好。關(guān)鍵詞:甲醇發(fā)動(dòng)機(jī);冷起動(dòng);預(yù)熱中圖分類號(hào):U469.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.3969/isn.1673-6478201304.006Research of the cold start for methanol automobileZhu Qinggong, Zhang Meng, Bao Wei, Tao WeiweiSchool of Automobile Changan University, Shaanxi Xi'an 710064, China)Abstract: The cold start behavior of methanol is a common problem in the application of vehicle methanolfuel. In this thesis, in order to solve this problem, the clod start problem of methanol engine be analyzed, the methods of promoting the cold start of the methanol engine be discussed. Through the contrastanalysis we get the results: preheated and added additive to improve cold start behavior in methanol can ensure the cold start reliability of the engine when the environment temperature is low, compared with theglow-plug preheating, the cold start reliability of heating wire preheating and common rail pipe preheatingKey word: methanol engine; the cold start; preheating1概述的是電動(dòng)汽車和天然氣汽車,電動(dòng)汽車由于續(xù)駛里程短和電池壽命的影響目前還不能大力推廣使用目前,世界各國(guó)都在致力于保護(hù)環(huán)境,維護(hù)生天然氣汽車也是由于續(xù)駛里程短的原因,目前只用態(tài)平衡,把充分有效地開發(fā)利用自然資源作為本國(guó)于城市公交汽車和出租車上,而甲醇汽車不受續(xù)駛發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略。面對(duì)石油資源的日益短缺和里程的限制,并且甲醇燃料本身含氧,在汽車發(fā)動(dòng)排放法規(guī)的限制,世界各大汽車生產(chǎn)廠家也在不遺機(jī)中燃燒更加完全,效率高,排放污染少,辛烷值余力地硏究可替代石油的燃料。我國(guó)硏究應(yīng)用較多高,發(fā)動(dòng)機(jī)抗爆震性能増強(qiáng),是一種能替代石油的作者簡(jiǎn)介:朱慶功(1989-),男,碩士研究生,研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)代用燃料。E-mail:331860273@ q9 con2013年第3期汽車工程| automobile engineering表1甲醇和汽油的理化性質(zhì)30產(chǎn)生項(xiàng)目甲醇汽油20起動(dòng)容易化學(xué)式4~C12的10CH3OH起動(dòng)困難烴化合物0分子量出溫度不能起動(dòng)碳含量(質(zhì)量比%)氫含量(質(zhì)量比%)12.5氧含量(質(zhì)量比%)圖110%餾出溫度對(duì)汽油機(jī)性能的影響理論空燃比/(質(zhì)量比)14.9雷德蒸汽壓(37.8℃)/MPa限,造成起動(dòng)困難。燃料蒸發(fā)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)是餾沸點(diǎn)/℃C64.5程和蒸汽壓,而燃料餾程中10%餾岀溫度標(biāo)志著它閃點(diǎn)/℃的起動(dòng)性,圖1為燃料10%餾出溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能凝點(diǎn)/℃C的影響,甲醇的沸點(diǎn)為64.5℃,從圖中可以看出汽化潛熱/KJ當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃時(shí),燃燒甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料低熱值MJ·kg43.5會(huì)起動(dòng)困難。研究法(RON)而且,甲醇的汽化潛熱為1109KJ/kg,而汽油值馬達(dá)法(MON)70~84的汽化潛熱只有310KJ/kg,甲醇的汽化潛熱為汽油的三倍多,蒸發(fā)時(shí)吸收的熱量多,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣性能優(yōu)良的汽車燃料。道及氣缸的溫度急劇下降,新鮮充量中甲醇的蒸發(fā)甲醇是煤化工產(chǎn)業(yè)的下游產(chǎn)品之一,以一定比條件惡化。假設(shè)燃料蒸發(fā)吸收的熱量來自與之混合例添加在汽油中成為甲醇汽油。甲醇是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的空氣,燃料與空氣按照理論空燃比混合,混合氣的飽和一元醇,是一種無色、有酒精氣味的、有的溫度下降可表示為毒、易揮發(fā)而且易燃的液體,與水、乙醇以及其他q/(A/FX cp)有機(jī)溶劑能夠互溶,理化性能如表1所示。式中,q為燃料的汽化潛熱,A/F為燃料理論空燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒甲醇燃料時(shí),由于甲醇的汽化潛熱比,c為常溫常壓下空氣的定壓比熱容為汽油的3倍多,甲醇燃料蒸發(fā)形成混合氣需要吸c(diǎn)n=1.004K/kg·K。收更多的熱量,會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度降低,在空通過計(jì)算,在不考慮混合氣壓縮條件下,可以氣溫度較低的寒冷地區(qū),當(dāng)發(fā)動(dòng)?xùn)i燃燒髙比例甲醇得出理論空燃比下燃料完全蒸發(fā)時(shí)混合氣溫度的下汽油(通常為M85、M100)時(shí),會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)降(表2),甲醇混合氣溫度下降172.59K,汽油混困難。合氣溫度下降只有21K,甲醇與空氣混合后,混合本文分析了高比例甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)困難氣溫度的下降,使甲醇的蒸發(fā)更加困難。的原因,參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究成果、文獻(xiàn),闡述了同時(shí),甲醇的閃點(diǎn)為11℃,而汽油的閃點(diǎn)只當(dāng)前改善高比例甲醇汽油冷起動(dòng)性的方法,解決高比例甲醇汽油在推廣中存在的技術(shù)問題表2燃料完全蒸發(fā)混合氣溫度的下降值2高比例甲醇汽油冷起動(dòng)問題燃然料汽油甲醇汽化潛熱/KJ·kg1109冷起動(dòng)時(shí),由于環(huán)境溫度低,燃料蒸發(fā)困難,理論空燃比使得形成的混合氣濃度過低,達(dá)不到燃料的著火極At/K21.00172.59交通節(jié)能與環(huán)保| Energy Conservation& Environmental Protection in Transportation汽車程| automobile engineering有-45℃,與汽油相比,由于低閃點(diǎn)使得甲醇不容冷起動(dòng)。易著火燃燒,也會(huì)加劇甲醇的冷起動(dòng)困難。電熱絲的安裝位置與電熱塞相同,網(wǎng)狀電熱絲由于上述原因,高比例甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)在環(huán)境溫度均勻分布在進(jìn)氣道中,可以保證更多的混合氣被加較低冷起動(dòng)時(shí),只有少量甲醇蒸發(fā),可燃混合氣的熱,保證即使在寒冷地區(qū),甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)也能可靠起濃度達(dá)不到著火界限,冷啟動(dòng)困難。研究表明,甲動(dòng)醇發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)環(huán)境溫度低于16℃時(shí),即使增加了冷起共軌管預(yù)熱是在發(fā)動(dòng)機(jī)噴油高壓共軌油管的外動(dòng)時(shí)的噴油量,也難實(shí)現(xiàn)可靠的冷起動(dòng)。解決甲醇側(cè)安裝加熱裝置,以提髙甲醇燃料的溫度,改善蒸發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難應(yīng)從改善燃料蒸發(fā)和霧化的條件人發(fā)性能來保證可靠起動(dòng)。預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)手,使進(jìn)入氣缸的可燃混合氣濃度達(dá)到著火界限環(huán)境溫度來調(diào)整,但是不應(yīng)低于甲醇的沸點(diǎn),以保證不會(huì)發(fā)生氣阻3改善甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)的方法3.2進(jìn)氣道噴射輔助起動(dòng)燃料甲醇在環(huán)境溫度較低時(shí)只能部分蒸發(fā),形成的由于在冷起動(dòng)階段甲醇蒸發(fā)形成混合氣困難混合氣過稀,不能可靠點(diǎn)火,通常采用預(yù)熱、起動(dòng)因此可以在冷起動(dòng)階段通過在進(jìn)氣道中噴入容易蒸時(shí)噴入輔助起動(dòng)燃料等方法來改善甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的冷發(fā)形成混合氣的LPG、純汽油或丁烷等,在較低的起動(dòng)性。環(huán)境溫度中也能形成較濃的混合氣,保證高比例甲3.1預(yù)熱醇發(fā)動(dòng)機(jī)可靠點(diǎn)火燃燒,以改善高比例甲醇汽油發(fā)預(yù)熱分為進(jìn)氣道預(yù)熱和共軌油管預(yù)熱。進(jìn)氣道動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng)性。預(yù)熱是在進(jìn)氣道中安裝預(yù)熱裝置,而共軌管預(yù)熱是以LPG為例,通常冷起動(dòng)階段噴入的LPG與甲在共軌油管上安裝預(yù)熱裝置。醇噴射采用兩套獨(dú)立的進(jìn)氣道電控噴射系統(tǒng),噴射進(jìn)氣道預(yù)熱改善甲醇的冷起動(dòng)性是通過在進(jìn)氣脈寬和噴射時(shí)刻由控制系統(tǒng)單獨(dú)控制,LPG噴嘴安道中安裝加熱裝置,一般為電熱塞、網(wǎng)狀電熱絲裝在甲醇噴嘴和發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋之間。 Gong Chang等。在冷起動(dòng)時(shí)用來加熱甲醇和空氣的混合物,提Mig等"在一臺(tái)單缸電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)甲醇和高進(jìn)氣道溫度,改善甲醇蒸發(fā),保證冷起動(dòng)時(shí)混合LPG的混合燃料火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的的冷起動(dòng)性進(jìn)行氣足夠的濃度,確保甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)可靠點(diǎn)火。了實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明進(jìn)氣管中噴入適當(dāng)數(shù)量的對(duì)于進(jìn)氣道噴射發(fā)動(dòng)機(jī),電熱塞一般安裝在節(jié)LPG可以促進(jìn)甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的冷起動(dòng),并且LPG的數(shù)氣門后噴油器與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋之間,通過獨(dú)立的控制量對(duì)冷起動(dòng)燃燒有很大的影響,優(yōu)化控制后的LPG系統(tǒng)控制電熱塞是否加熱。甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí),正時(shí)提高了冷起動(dòng)的可靠性,并且減少了冷起動(dòng)階電熱塞對(duì)甲醇進(jìn)行加熱蒸發(fā),增加進(jìn)入氣缸的甲醇段HC的排放。但與預(yù)熱塞對(duì)冷起動(dòng)階段HC排放減蒸汽量,使可燃混合氣的濃度達(dá)到著火界限,從而少相比減少較少,原因是摻燒LPG后,LPG在混合解決甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)問題。宮長(zhǎng)明,王舒等在氣形成和參與燃燒中占主導(dǎo)地位,低溫下甲醇燃燒環(huán)境溫度為8℃的一臺(tái)嘉陵J125T-3風(fēng)冷四行程汽差,甚至不參與燃燒,直接排出氣缸外的緣故,因由機(jī)進(jìn)氣管上,安裝一個(gè)40W的電熱塞對(duì)甲醇發(fā)動(dòng)此對(duì)HC排放減少較少。而且,起動(dòng)噴入LPG對(duì)發(fā)機(jī)的冷起動(dòng)性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明電熱塞預(yù)熱可動(dòng)機(jī)改動(dòng)較大,需要加入獨(dú)立的噴射和控制系統(tǒng),以使發(fā)動(dòng)機(jī)可靠點(diǎn)火,并且使發(fā)動(dòng)機(jī)的噴射脈寬減成本較高。少近40%,冷起動(dòng)階段HC排放也有所下降33起動(dòng)時(shí)引入廢氣(EGR)電熱塞預(yù)熱只能預(yù)熱電熱塞附近的混合氣,對(duì)廢氣再循環(huán)(EGR)一般用于發(fā)動(dòng)機(jī)中等負(fù)荷于環(huán)境溫度更低的寒冷地區(qū),電熱塞也不能保證可時(shí)來降低燃燒溫度抑制NO的生成。而對(duì)于高比例靠的冷起動(dòng)性,需要采取電熱絲預(yù)熱來保證可靠的甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)而言,冷起動(dòng)時(shí)排氣溫度與進(jìn)氣管2013年第3期汽車工程| automobile engineering和缸內(nèi)溫度相比較髙,在起動(dòng)暖機(jī)時(shí),通過調(diào)節(jié)需調(diào)整燃料的噴油脈寬就可以保證甲醇汽車良好的E(R閥獲得較高的EGR率,使得較多的熱廢氣進(jìn)冷起動(dòng)性入進(jìn)氣系統(tǒng),提高進(jìn)氣道的溫度,促進(jìn)甲醇蒸發(fā)形對(duì)比上述幾種改善冷起動(dòng)的方法(表3)可以成混合氣,保證可靠點(diǎn)火。 Gardiner d.P, Rao vK.得出,預(yù)熱和甲醇中加入冷起動(dòng)添加劑可以保證環(huán)等在環(huán)境溫度為0℃時(shí)對(duì)一臺(tái)單缸甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)境溫度較低時(shí)可靠的冷起動(dòng),而且電熱絲和共軌管進(jìn)行測(cè)試硏究,結(jié)果表明高的EGR率可以得到更高預(yù)熱較電熱塞相比更能保證冷起動(dòng)可靠性,這種方峰值壓力,并且峰值壓力出現(xiàn)的更早,放熱更快法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)較小,容易實(shí)現(xiàn)在甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)上的更容易實(shí)現(xiàn)怠速穩(wěn)定不停轉(zhuǎn),因此可以在冷起動(dòng)階應(yīng)用段通過高的EGR率來促進(jìn)缸內(nèi)混合氣的形成,保證甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)。對(duì)于裝有EGR系統(tǒng)汽油機(jī)4結(jié)語只需要改變控制策略就可以使得甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)可靠起面對(duì)石油資源的日益短缺和排放法規(guī)的限制,3.4甲醇中加入提高冷起動(dòng)性的添加劑甲醇作為一種較為清潔的替代能源,以其來源廣泛除了上述在車輛方面的方法來改善高比例甲醇且具有良好的性能受到越來越多的重視。汽車的冷起動(dòng)性外,可以在甲醇中添加提高甲醇蒸通過分析甲醇汽油冷起動(dòng)性差的原因和對(duì)幾種發(fā)性的易揮發(fā)的添加劑,用來改善環(huán)境溫度低時(shí)甲改善冷起動(dòng)方法的研究得出:預(yù)熱和甲醇中添加改醇汽車的冷起動(dòng)性。添加劑要求熱值較高,不能低善冷起動(dòng)性的添加劑可以保證環(huán)境溫度較低時(shí)可靠于甲醇,閃點(diǎn)低,與甲醇互溶,蒸發(fā)性能好,與甲的冷起動(dòng)性,而且電熱絲預(yù)熱和共軌管預(yù)熱較電熱醇理化性能相似等。這種方法對(duì)車輛改動(dòng)很小,只塞相比更能保證冷起動(dòng)可靠性,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)較小,容易實(shí)現(xiàn)在甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。表3改善冷起動(dòng)方法對(duì)比參考文獻(xiàn)改善冷起動(dòng)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)劉生全,等.車用甲醇汽油燃料技術(shù)性能[長(zhǎng)安大學(xué)保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠報(bào)(自然科學(xué)版),207,048-91預(yù)熱點(diǎn)火,冷起動(dòng)階增加了預(yù)熱裝置2]朱建軍,等.純甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)系統(tǒng)的研發(fā)U汽車工排放也有和預(yù)熱控制系統(tǒng)所下降程,2011,4(33298-3023]宮長(zhǎng)明,等預(yù)熱對(duì)電控噴射甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)著火特性保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠發(fā)動(dòng)機(jī)改動(dòng)較進(jìn)氣道噴射輔助點(diǎn)火,冷起動(dòng)階大,需要加入獨(dú)的影響吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2008,5(38:1029起動(dòng)燃料段HC排放也有立的噴射和控制1034.所下降系統(tǒng),成本較高。[4] Gong Chang-Ming, Wang Shu et al., Cold start firing be冷起動(dòng)怠速時(shí)引havior of electronically controlled injection methanol engine起動(dòng)時(shí)引入廢改善冷起動(dòng)性(EGR)發(fā)動(dòng)機(jī)改變較小入廢氣,容易怠with LPG as ignition improver. Jilin Daxue Xuebao速不穩(wěn)ban),2008,2(38:75-79冷起動(dòng)添加劑不用調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)添加劑研發(fā)困難5羅涵.甲醇汽車使用技術(shù)的研究方向及技木方案團(tuán)交通節(jié)能與環(huán)保,2011,(2):15-16交通節(jié)能與環(huán)保| Energy Conservation& Environmental Protection in Transportation