高濃度乙醇混合燃料(E85)的冷啟動(dòng)特性研究趙秀亮,趙海2,劉鷗(1.山東建筑大學(xué)機(jī)電學(xué)院,山東濟(jì)南250101;2.中國重汽集團(tuán),山東濟(jì)南250031)摘要:E85汽車在低溫環(huán)境下冷啟動(dòng)性將惡化是 temperature reduces4℃. And cold start test showed that其推廣使用的主要障礙之一。分析了乙醇燃料的 the cold start property of E85 has reached the effect of物理化學(xué)性質(zhì)之后,使用單缸機(jī)進(jìn)行冷啟動(dòng)試驗(yàn)、 gasoline餾程試驗(yàn)、雷德蒸汽壓試驗(yàn),結(jié)果表明:在使用添 Key words: ethanol;E85; cold start加了拔頭油的乙醇后,添加15%拔頭油后,E85的引言雷德蒸氣壓達(dá)到了83.6kPa,已經(jīng)超過了普誦汽影響E85燃料推廣的一個(gè)主要原因就是E85汽油的水平。餾程試驗(yàn)表明,其10%餾出溫度相比車在低溫環(huán)境下冷啟動(dòng)性將惡化。這主要是因?yàn)榈推徒档土?℃。而冷啟動(dòng)試驗(yàn)表明,F85的冷啟溫下乙醇的蒸發(fā)性很差加之汽化潛熱較大,蒸發(fā)時(shí)動(dòng)性已達(dá)到汽油的效果。進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道或缸內(nèi)溫度,造成冷啟動(dòng)困關(guān)鍵詞:乙醇;E85;冷啟動(dòng)難或暖機(jī)時(shí)間過長等難題。為了解決乙醇汽車的冷中圖分類號:U473.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A啟動(dòng)特性,國外學(xué)者提出了很多方案,如進(jìn)氣加熱發(fā)動(dòng)機(jī)油路改造燃料增壓汽化(如在燃料中加人H2和The research of ethanol-blended fuelCO)等來提高燃料的蒸發(fā)性。而提高低溫冷啟動(dòng)性最簡易的方法是在乙醇中添加少量的揮發(fā)性組分(輕(E85 in cold start conditions烴組分、二甲醚等)提高E85燃料的蒸發(fā)性和低溫餾出量,以達(dá)到改善低溫冷啟動(dòng)性的目的。ZHAO Xiu- liang1, ZHAO Hai2, lIU Peng1E85的燃料性質(zhì)(l. College of Mechanical and Electrical Eng1.1醇類的物理化學(xué)性質(zhì)Shandong Jianzhu University; Shandong Jinan 250101 China醇類燃料的特點(diǎn):(1)辛烷值比汽油高,可采用高2. China National Heary Duty Truck Group; Shandong壓縮比提高熱效率;(2)蒸發(fā)潛熱大,使得醇類燃料低Jinan 250031 China溫起動(dòng)和低溫運(yùn)行性能惡化;(3)常溫下為液體,操作容易,儲帶方便;(4)可燃界限寬,燃燒速度快,可以實(shí)Abstract: E85 car in low temperature environment cold現(xiàn)稀薄燃燒。start-up will worsen, which is one of the main obstacles1.2乙醇對汽油醇飽和蒸汽壓的影響for popularization. After analysis of the chemical ar我國車用汽油和無鉛車用汽油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定冬季蒸physical properties of ethanol, we carried out the cold氣壓不大于88kPa,夏季不大于74kPa的要求。而乙start experiment, distillation range experiment, RVP ex醇的蒸汽壓僅為17.33kPa且其汽化潛熱是汽油的3periment, by use of single cylinder machine. The results倍左右,因此汽油中加入乙醇后,必定會對其蒸發(fā)性showed that using added 15% Topped oil, the E85 Reid造成一定的影響。圖1是隨著醇摻合率的增加,甲apour pressure reached.6ke, has been more than醇、乙醇與汽油的飽和蒸汽壓的變化曲線。從圖1the normal level of gasoline. Distillation可以看出,隨著甲醇或乙醇摻合率的增加,燃料的飽showed that compared to gasoline, the 10% distillate和蒸汽壓都是先升高然后再降低,而且甲醇汽油的收稿日期:2012-11-09飽和蒸汽壓都V中國煤化工作者簡介:趙秀亮(1985—),男,山東濰坊人,研究生,研3輕烴的CNMHG究方向?yàn)橐掖既剂显诎l(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用從圖2可以看出,隨著溫度的提高,烷烴的蒸汽山東交通科技2013年第1期發(fā)性的好壞同一餾出溫度下的蒸發(fā)量愈多,表明燃甲醇乙醇料蒸發(fā)性愈好,愈有利于可燃混合氣的形成和燃80150乙酵混比(%)圖1醇與汽油的飽和蒸汽壓壓逐漸提高;在同一溫度下,隨著碳原子數(shù)增加,烷烴和醇的蒸汽壓逐漸降低。而乙醇的蒸汽壓高于正辛溫度(K)烷而低于正己烷。由于汽油是由C7~Cl2的烷烴組1一正丁烷;2正戊烷;3—甲醇正已烷;5—乙醇;6正辛烷;成的,所以E85中低沸點(diǎn)成分的蒸汽壓應(yīng)該高于汽油。從圖2可以看出飽和蒸汽壓高于乙醇的烷烴有圖2烴的飽和蒸汽壓丙烷、丁烷、戊烷和己烷。常溫下,丙烷是氣體,因此不適合作E85的摻加成分,所以丁烷、戊烷和己烷被確認(rèn)最佳的E85低沸點(diǎn)成分。圖3是在乙醇中摻加不同濃度的丁烷和己烷后的雷德蒸汽壓?？梢钥闯?隨著乙醇濃度的不斷增加,其雷德蒸汽壓逐漸降低;1、2、34分別表示不同比例的丁烷和己烷混合作乙醇的添加成分。使用己烷時(shí),由于己烷的雷德蒸汽壓低于40kPa,而85%乙醇+15%已烷的雷德蒸汽壓僅為30kPa左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通汽油的65kPa。而使用80%己烷+20%丁烷作乙醇的添加成分時(shí),雖然其雷德蒸汽壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)使用己烷,但是85%乙醇時(shí)的雷德蒸汽壓也只有50乙醇比例(%)kPa左右。使用20%己烷+80%丁烷和丁烷時(shí),85%100%已烷;2-80%已烷+20%丁烷乙醇時(shí)雷德蒸汽壓分別為80kPa和90kPa?？梢?丁320%C己烷+80%丁烷;4-100%丁烷烷可以大幅度的提高E85的雷德蒸汽壓,但是丁烷的圖3乙醇比例對雷德蒸汽壓的影響沸點(diǎn)只有-0.5℃,常溫下是氣體,蒸發(fā)性過強(qiáng),因此使用丁烷和己烷的混合液作E85的添加成分是比較低溫冷啟動(dòng)時(shí),汽油機(jī)進(jìn)氣道和缸內(nèi)溫度都很合適的。低,燃料噴射后只有其中輕烴低沸點(diǎn)成分或輕餾分考慮到燃料來源和成本,使用化學(xué)分析純丁烷、揮發(fā)出來,此時(shí)缸內(nèi)的混合氣濃度較稀,不易點(diǎn)燃,從戊烷和己烷的單劑混合作E85的添加成分在實(shí)際應(yīng)而造成低溫冷啟動(dòng)困難。由于乙醇蒸汽壓過低、汽化用不可能的,因此,本文使用拔頭油作E85的添加成潛熱和沸點(diǎn)溫度高等因素的影響,使得燃料的蒸發(fā)性分。拔頭油主要成分是戊烷、己烷和少量丁烷,通過更差,達(dá)不到低溫下冷啟動(dòng)要求的燃料蒸發(fā)量。為了雷德蒸汽壓試驗(yàn),測得了E85的雷德蒸汽壓,85%乙在乙醇中加入低沸點(diǎn)成分后的蒸餾特性,通過試驗(yàn)做醇+15%拔頭油的雷德蒸汽壓分別達(dá)到了83.6kPa,出了85%乙醇+15%拔頭油、85%乙醇+15%汽油、已經(jīng)達(dá)到了我國車用汽油和無鉛車用汽油的蒸汽壓85%乙醇+15正曲控:n正己烷)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。餾程曲線。由中國煤化了15%體1.4蒸餾特性積比的拔頭油CNMH10%餾出除雷德蒸汽壓外,蒸餾特性也表明了燃料的蒸溫度都要低于純乙醇;但是85%乙醇+15%汽油的趙秀亮,趙海,劉鵬:高濃度乙醇混合燃料(E85)的冷啟動(dòng)特性研究10%餾出溫度降低不大,85%乙醇+15%輕烴的10%調(diào)整點(diǎn)火提前角餾出溫度較乙醇降低了10℃,比汽油高了2℃,而測量機(jī)油溫度85%乙醇+15%拔頭油的10%餾出溫度相比汽油還要低4℃。顯然,在乙醇中加入15%的拔頭油后可以明顯地降低其10%餾出溫度,從而改善乙醇燃料的冷啟動(dòng)性能。是210汽油啟動(dòng)101805+拔頭油后是否點(diǎn)火否是否連續(xù)啟動(dòng)停止10反動(dòng)啟動(dòng)3次20406080100餾出率(%能夠啟動(dòng)匚不能啟動(dòng)圖4E85燃料的餾程曲線圖5冷啟動(dòng)試驗(yàn)流程圖2冷啟動(dòng)試驗(yàn)表2E85冷啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果E85的存在的主要技術(shù)問題是低溫冷啟動(dòng)性。通過在乙醇中添加15%的拔頭油來改善F85的雷德燃料第一次第二次第三次點(diǎn)點(diǎn)火點(diǎn)火蒸汽壓和10%餾出溫度,為了確定添加拔頭油后的85%乙醇+15%汽油E85對汽油機(jī)啟動(dòng)性能的影響進(jìn)行了冷啟動(dòng)性試驗(yàn)85%乙醇+15%戊烷驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)設(shè)備見表1。85%乙醇+15%已烷表1實(shí)驗(yàn)設(shè)備鈴木王單缸機(jī)注:“x”為啟動(dòng)失敗,“V”為啟動(dòng)成功單杠、四沖程風(fēng)冷式表2列出了冷啟動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯?在-5汽缸數(shù)~10℃之間時(shí),E85的冷啟動(dòng)性已達(dá)到汽油的效果。缸徑57.0mm可解釋為,乙醇中加入拔頭油后,E85的蒸發(fā)性得到?jīng)_程48.8mm改善,而在低溫時(shí),其輕餾成分丁烷、戊烷和己烷提前活塞排量蒸發(fā),增加了燃料蒸發(fā)量,形成均勻的可燃混合氣,從最大轉(zhuǎn)速9 500 r/min而E85的冷啟動(dòng)性得到改善。啟動(dòng)形式電啟動(dòng)3結(jié)語壓縮比9.5:1詳細(xì)考察了不同乙醇摻合率對汽油醇飽和蒸汽試驗(yàn)燃料為:汽油和E85,其中E85是由85%乙壓的影響,并分析了輕烴的性質(zhì)及其原料來源,從而醇和15%拔頭油組成。試驗(yàn)條件及主要方法為:(1)提出了利用輕烴成份來解決E85低溫?fù)]發(fā)性的方案,汽油機(jī)使用啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)并保證啟動(dòng)電機(jī)所使通過餾程試驗(yàn)雷德蒸汽壓試驗(yàn)和冷啟動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證了用蓄電池的電壓相同。(2)將汽油機(jī)置于低溫環(huán)境試方案的可行性,得到的結(jié)果:(1)隨乙醇摻合率增加,驗(yàn)室充分靜置。待其機(jī)油溫度達(dá)到所要求的溫度汽油醇的飽和蒸汽壓迅速提高然后又緩慢的降低,當(dāng)時(shí),進(jìn)行試驗(yàn)。由于試驗(yàn)條件的限制,冷啟動(dòng)試驗(yàn)只摻入85%乙醇時(shí)汽油醇的飽和蒸汽壓相比汽油降低能做到-5℃。(3)使用E85燃料啟動(dòng)時(shí),相應(yīng)將其點(diǎn)了37.5%。(2)添加15%拔頭油后,E85的雷德蒸氣火提前角提前1°CA。(4)冷啟動(dòng)試驗(yàn)方法如圖5所壓達(dá)到了836了涌油的水平。餾示。每次冷啟動(dòng)時(shí)間為10s,判定順利啟動(dòng)的依據(jù)是程試驗(yàn)表明,中國煤化工低了4℃。汽油機(jī)著火后是否連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)1min以上。而冷啟動(dòng)試驗(yàn)CNMHG汽油的效果,從而驗(yàn)證了可行性。山東交通科技2013年第1期E, Development of a aurally Aspirated Sparkignition Direct參考文獻(xiàn)Injected Flex-Fuel Engine", SAE Int J. Engines 1(01): 267[1]張為賓,齊云亮,許伯彥.柴油醇的燃料性質(zhì)和燃燒特-25,2008性的研究[J.山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2006,21(01):42[5]CCaD,Y., Operation and Cold Start Mechanisms of Intermal Combustion Ewith Altermative Fuels, present at[2]許伯彥,張為賓,齊云亮等.柴油醇的燃料性質(zhì)和排放14 th Asia Pacific Automotive Engineering Conference,2007特性[冂].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007,43(02):156-162(01):3609,20073]王建盺,閆小光程勇等乙醇-類油混合燃料的燃燒6] Jidoushyayou Gasoline Engine- Kenkyu Kaihatsu Gijut-與排放特性[J]內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2002,20(03):225-229susya no Kiso to Jissai, SANKAIDO, 1988, pp 190( in Japa-[4] Marriott, C D, Wiles, M, Gwidt, J.M., Parrish, S. nese)(上接第75頁)參考文獻(xiàn)真IM].北京:清華大學(xué)出版社,2011.4:161-163[1]高瑞苗長云,王中偉基于 LabVIEW的多軸運(yùn)動(dòng)控[5]李晶電機(jī)C機(jī)自動(dòng)測試系統(tǒng)[D].西安:西北工業(yè)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J]天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(大學(xué),20006):58-61ckel B. Thin king in C++[M].[SL]:Prentice2]叢爽.實(shí)用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版 Hall Inc,200社,2006:50-52[7] Savitch W. Programming Languages: concept sand const[3]張蔚波,齊淑敏,王佩鳳,振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺系統(tǒng)研制 ract s[M].[S.1.]: Addison- Wesley publ· ishing Compa[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào),200,24(3):276-2784]顧春雷陳中,電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)與 MATLAB(上接第79頁)[6] M. Koebel; M. Elsener; M. Kleemann. Urea-SCR: a Urea-SCR Catalytic Converter System for a Mobile Heavy Dutypromising technique to reduce NOx emissions from automotive Diesel Engine [C]. SAE Paper2003, (01):0776-0779diesel engines[ C]. Catalysis Today 2000, (3): 37-40[8] AVL LIST GmbH. AVL FIRE 8. 5 Manual -Spray. Aus[7] C.M. Schar; C. H Onder: H. P Geering. Control of a tria: Graz, 2006, (01): 01-97中國煤化工CNMHG