甲醇汽車冷起動性研究朱慶功,張夢,包偉,陶薇薇(長安大學汽車學院,陜西西安710064)摘要:甲醇的冷起動性是車用甲醇燃料應用中普遍存在的問題。本文針對這一問題,分析了甲醇發(fā)動機冷起動差的原因,闡述了當前改善甲醇發(fā)動機冷起動性的方法,通過對比分析得岀:預熱和甲醇中添加改善冷起動性的添加劑可以保證環(huán)境溫度較低時發(fā)動機可靠的冷起動性,與電熱塞預熱相比,電熱絲預熱和共軌管預熱甲醇發(fā)動杋冷起動可靠性好關鍵詞:甲醇發(fā)動機;冷起動;預熱中圖分類號:U4697文獻標識碼:ADOI:10.3969/in.1673-6478.2013.04.006Research of the cold start for methanol automobileZhu Qinggong, Zhang Meng, Bao Wei, Tao WeiweiSchool of Automobile Chang'an 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 ersure 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概述的是電動汽車和天然氣汽車,電動汽車由于續(xù)駛里程短和電池壽命的影響目前還不能大力推廣使用,前,世界各國都在致力于保護環(huán)境,維護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)展經濟的重要戰(zhàn)略。面對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)動排放法規(guī)的限制,世界各大汽車生產廠家也在不遺機中燃燒更加完全,效率高,排放污染少,辛烷值余力地硏究可替代石油的燃料。我國硏究應用較多髙,發(fā)動機抗爆震性能増強,是一種能替代石油的中國煤化工作者簡介:朱慶功(1989-),男,碩士研究生,研究方向為發(fā)動機代用燃料。 E-mail:31860273CNMHG2013年第3期汽車工程| automobile engineering表1甲醇和汽油的理化性質30產生陽項目甲醇汽油20起動容易C4~C12的化學式CH3OHp10起動困難烴化合物0100分子量汽油0%餾出溫度℃碳含量(質量比%)不能起動氫含量(質量比%)12~15氧含量(質量比%)圖110%餾出溫度對汽油機性能的影響理論空燃比/(質量比)14.9雷德蒸汽壓(37.8℃)/MP0.037限,造成起動困難。燃料蒸發(fā)性能的評價指標是餾沸點/℃程和蒸汽壓,而燃料餾程中10%餾出溫度標志著它閃點/℃45的起動性,圖1為燃料10%餾出溫度對發(fā)動機性能凝點/℃的影響,甲醇的沸點為64.5℃,從圖中可以看出,汽化潛熱/KJ·kg1109310當環(huán)境溫度低于-10℃時,燃燒甲醇燃料發(fā)動機將燃料低熱值/MJ·kg19.643.5會起動困難。研究法(RQN而且,甲醇的汽化潛熱為1109KJ/kg,而汽油值馬達法(MON)5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)時吸收的熱量多,導致發(fā)動機進氣性能優(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)甲醇是煤化工產業(yè)的下游產品之一,以一定比條件惡化。假設燃料蒸發(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。甲醇是結構最簡單的空氣,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/F×c)有機溶劑能夠互溶,理化性能如表1所示。式中,q為燃料的汽化潛熱,AF為燃料理論空燃發(fā)動機燃燒甲醇燃料時,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Cn=1.004 K/kg. K收更多的熱量,會造成發(fā)動機進氣溫度降低,在空通過計算,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),當發(fā)動機燃燒高比例甲得出理論空燃比下燃料完全蒸發(fā)時混合氣溫度的下汽油(通常為M85、M100時,會造成發(fā)動機啟動降(表2),甲醇混合氣溫度下降17259K,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)動機冷啟動困難氣溫度的下降,使甲醇的蒸發(fā)更加困難。的原因,參考國內外有關研究成果、文獻,闡述了同時,甲醇的閃點為11℃,而汽油的閃點只當前改善高比例甲醇汽油冷起動性的方法,解決高比例甲醇汽油在推廣中存在的技術問題。表2燃料完全蒸發(fā)混合氣溫度的下降值高比例甲醇汽油冷起動問題燃料汽油甲醇汽化潛熱/KJ·kg3101109冷起動時,由于環(huán)境溫度低,燃料蒸發(fā)困難理論空燃中國煤化工使得形成的混合氣濃度過低,達不到燃料的著火極172.59CNMHG交通節(jié)能與環(huán)保| Energy Conservation& Environmental Protection in Transportation汽車工程| automobile engineering有-45℃,與汽油相比,由于低閃點使得甲醇不容冷起動。易著火燃燒,也會加劇甲醇的冷起動困難。電熱絲的安裝位置與電熱塞相同,網狀電熱絲由于上述原因,高比例甲醇發(fā)動機在環(huán)境溫度均勻分布在進氣道中,可以保證更多的混合氣被加較低冷起動時,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)動機也能可靠起濃度達不到著火界限,冷啟動困難。研究表明,甲動。醇發(fā)動機當環(huán)境溫度低于16℃時,即使增加了冷起共軌管預熱是在發(fā)動機噴油高壓共軌油管的外動時的噴油量,也難實現可靠的冷起動。解決甲醇側安裝加熱裝置,以提髙甲醇燃料的溫度,改善蒸發(fā)動機起動困難應從改善燃料蒸發(fā)和霧化的條件人發(fā)性能來保證可靠起動。預熱溫度應根據不同地區(qū)手,使進入氣缸的可燃混合氣濃度達到著火界限環(huán)境溫度來調整,但是不應低于甲醇的沸點,以保證不會發(fā)生氣阻。3改善甲醇發(fā)動機冷起動的方法3.2進氣道噴射輔助起動燃料甲醇在環(huán)境溫度較低時只能部分蒸發(fā),形成的由于在冷起動階段甲醇蒸發(fā)形成混合氣困難混合氣過稀,不能可靠點火,通常采用預熱、起動因此可以在冷起動階段通過在進氣道中噴入容易蒸時噴入輔助起動燃料等方法來改善甲醇發(fā)動機的冷發(fā)形成混合氣的LPG、純汽油或丁烷等,在較低的起動性。環(huán)境溫度中也能形成較濃的混合氣,保證高比例甲3.1預熱醇發(fā)動機可靠點火燃燒,以改善高比例甲醇汽油發(fā)預熱分為進氣道預熱和共軌油管預熱。進氣道動機的冷起動性預熱是在進氣道中安裝預熱裝置,而共軌管預熱是以LPG為例,通常冷起動階段噴入的LPG與甲在共軌油管上安裝預熱裝置。醇噴射采用兩套獨立的進氣道電控噴射系統(tǒng),噴射進氣道預熱改善甲醇的冷起動性是通過在進氣脈寬和噴射時刻由控制系統(tǒng)單獨控制,LPG噴嘴安道中安裝加熱裝置,一般為電熱塞、網狀電熱絲裝在甲醇噴嘴和發(fā)動機氣缸蓋之間。 Gong Chang等。在冷起動時用來加熱甲醇和空氣的混合物,提Mig等"在一臺單缸電控燃油噴射發(fā)動機對甲醇和高進氣道溫度,改善甲醇蒸發(fā),保證冷起動時混合LPG的混合燃料火花點火發(fā)動機的的冷起動性進行氣足夠的濃度,確保甲醇發(fā)動機可靠點火了實驗研究,結果表明進氣管中噴入適當數量的對于進氣道噴射發(fā)動機,電熱塞一般安裝在節(jié)LPG可以促進甲醇發(fā)動機的冷起動,并且LPG的數氣門后噴油器與發(fā)動機缸蓋之間,通過獨立的控制量對冷起動燃燒有很大的影響,優(yōu)化控制后的LPG系統(tǒng)控制電熱塞是否加熱。甲醇發(fā)動機冷起動時,正時提高了冷起動的可靠性,并且減少了冷起動階電熱塞對甲醇進行加熱蒸發(fā),增加進入氣缸的甲醇段HC的排放。但與預熱塞對冷起動階段HC排放減蒸汽量,使可燃混合氣的濃度達到著火界限,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)動機冷起動問題。宮長明,王舒等在氣形成和參與燃燒中占主導地位,低溫下甲醇燃燒環(huán)境溫度為8℃的一臺嘉陵J125T-3風冷四行程汽差,甚至不參與燃燒,直接排出氣缸外的緣故,因油機進氣管上,安裝一個4W的電熱塞對甲醇發(fā)動此對HC排放減少較少。而且,起動噴入LPG對發(fā)機的冷起動性進行了研究,結果表明電熱塞預熱可動機改動較大,需要加入獨立的噴射和控制系統(tǒng)以使發(fā)動機可靠點火,并且使發(fā)動機的噴射脈寬減成本較高。少近40%,冷起動階段HC排放也有所下降。33起動時引入廢氣EGR)電熱塞預熱只能預熱電熱塞附近的混合氣,對廢氣再循環(huán)(EGR)一般用于發(fā)動機中等負荷于環(huán)境溫度更低的寒冷地區(qū),電熱塞也不能保證可時來降低燃燒中國煤化工對于高比例靠的冷起動性,需要采取電熱絲預熱來保證可靠的甲醇汽油發(fā)動eyHCNMHG度與進氣管2013年第3期汽車工程| automobile engineering和缸內溫度相比較高,在起動暖機時,通過調節(jié)需調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冷起動性。入進氣系統(tǒng),提高進氣道的溫度,促進甲醇蒸發(fā)形對比上述幾種改善冷起動的方法(表3)可以成混合氣,保證可靠點火。 Gardiner d.P., Rao vK.得出,預熱和甲醇中加入冷起動添加劑可以保證環(huán)等在環(huán)境溫度為℃時對一臺單缸甲醇燃料發(fā)動機境溫度較低時可靠的冷起動,而且電熱絲和共軌管進行測試硏究,結果表明高的EGR率可以得到更高預熱較電熱塞相比更能保證冷起動可靠性,這種方峰值壓力,并且峰值壓力岀現的更早,放熱更快,法對發(fā)動機改動較小,容易實現在甲醇發(fā)動機上的更容易實現怠速穩(wěn)定不停轉,因此可以在冷起動階應用。段通過高的EGR率來促進缸內混合氣的形成,保證甲醇發(fā)動機可靠起動。對于裝有EGR系統(tǒng)汽油機,4結語只需要改變控制策略就可以使得甲醇發(fā)動機可靠起面對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性差的原因和對幾種發(fā)性的易揮發(fā)的添加劑,用來改善環(huán)境溫度低時甲改善冷起動方法的研究得出:預熱和甲醇中添加改醇汽車的冷起動性。添加劑要求熱值較高,不能低善冷起動性的添加劑可以保證環(huán)境溫度較低時可靠于甲醇,閃點低,與甲醇互溶,蒸發(fā)性能好,與甲的冷起動性,而且電熱絲預熱和共軌管預熱較電熱醇理化性能相似等。這種方法對車輛改動很小,只塞相比更能保證冷起動可靠性,對發(fā)動機改動較小,容易實現在甲醇發(fā)動機上的應用。表3改善冷起動方法對比參考文獻改善冷起動方法優(yōu)點點劉生全,等.車用甲醇汽油燃料技術性能長安大學學保證發(fā)動機可靠報(自然科學版),2007,0488-91預熱點火,冷起動階增加了預熱裝置2]朱建軍,等.純甲醇發(fā)動機冷起動系統(tǒng)的研發(fā)U汽車工段HC排放也有和預熱控制系統(tǒng)所下降程,2011,43:298-302保證發(fā)動機可靠發(fā)動機改動較3]宮長明,等預熱對電控噴射甲醇發(fā)動機冷起動著火特性進氣道噴射輔助點火,冷起動階大,需要加入獨的影響吉林大學學報(工學版),2008,5(38):1029起動燃料段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 behavior of electronically controlled injection methanol engine起動時引入廢改善冷起動性冷起動怠速時引氣(EGR)with LPG as ignition improver- Jilin Daxue Xuebao發(fā)動機改變較小入廢氣,容易怠速不穩(wěn)( Gongxue ban),2008,2(38):75-79冷起動添加劑不用調整發(fā)動機添加劑研發(fā)困難15]羅涵甲醇汽車使用技木的研究方向及技術方案交通節(jié)能與環(huán)保,2011,(2):15-16中國煤化工CNMHG交通節(jié)能與環(huán)保| Energy Conservation& Environmental Protection in Transportation