甲醇汽车冷起动性研究

甲醇汽车冷起动性研究朱庆功,张梦,包伟,陶薇薇(长安大学汽车学院,陕西西安710064)摘要:甲醇的冷起动性是车用甲醇燃料应用中普遍存在的问題。本文针对这一问题,分析了甲醇发动机冷起动差的原因,阐述了当前改善甲醇发动机冷起动性的方法,通过对比分析得岀:预热和甲醇中添加改善冷起动性的添加剂可以保证环境温度较低时发动机可靠的冷起动性,与电热塞预热相比,电热丝预热和共轨管预热甲醇发动杋冷起动可靠性好关键词:甲醇发动机;冷起动;预热中图分类号:U4697文献标识码: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概述的是电动汽车和天然气汽车,电动汽车由于续驶里程短和电池寿命的影响目前还不能大力推广使用,前,世界各国都在致力于保护环境,维护生天然气汽车也是由于续驶里程短的原因,目前只用态平衡,把充分有效地开发利用自然资源作为本国于城市公交汽车和出租车上,而甲醇汽车不受续驶发展经济的重要战略。面对石油资源的日益短缺和里程的限制,并且甲醇燃料本身含氧,在汽车发动排放法规的限制,世界各大汽车生产厂家也在不遗机中燃烧更加完全,效率高,排放污染少,辛烷值余力地硏究可替代石油的燃料。我国硏究应用较多髙,发动机抗爆震性能増强,是一种能替代石油的中国煤化工作者简介:朱庆功(1989-),男,硕士研究生,研究方向为发动机代用燃料。 E-mail:31860273CNMHG2013年第3期汽车工程| automobile engineering表1甲醇和汽油的理化性质30产生阳项目甲醇汽油20起动容易C4~C12的化学式CH3OHp10起动困难烃化合物0100分子量汽油0%馏出温度℃碳含量(质量比%)不能起动氢含量(质量比%)12~15氧含量(质量比%)图110%馏出温度对汽油机性能的影响理论空燃比/(质量比)14.9雷德蒸汽压(37.8℃)/MP0.037限,造成起动困难。燃料蒸发性能的评价指标是馏沸点/℃程和蒸汽压,而燃料馏程中10%馏出温度标志着它闪点/℃45的起动性,图1为燃料10%馏出温度对发动机性能凝点/℃的影响,甲醇的沸点为64.5℃,从图中可以看出,汽化潜热/KJ·kg1109310当环境温度低于-10℃时,燃烧甲醇燃料发动机将燃料低热值/MJ·kg19.643.5会起动困难。研究法(RQN而且,甲醇的汽化潜热为1109KJ/kg,而汽油值马达法(MON)5的汽化潜热只有310KJ/kg,甲醇的汽化潜热为汽油的三倍多,蒸发时吸收的热量多,导致发动机进气性能优良的汽车燃料。道及气缸的温度急剧下降,新鲜充量中甲醇的蒸发甲醇是煤化工产业的下游产品之一,以一定比条件恶化。假设燃料蒸发吸收的热量来自与之混合例添加在汽油中成为甲醇汽油。甲醇是结构最简单的空气,燃料与空气按照理论空燃比混合,混合气的饱和一元醇,是一种无色、有酒精气味的、有的温度下降可表示为毒、易挥发而且易燃的液体,与水、乙醇以及其他q/(A/F×c)有机溶剂能够互溶,理化性能如表1所示。式中,q为燃料的汽化潜热,AF为燃料理论空燃发动机燃烧甲醇燃料时,由于甲醇的汽化潜热比,c为常温常压下空气的定压比热容,为汽油的3倍多,甲醇燃料蒸发形成混合气需要吸Cn=1.004 K/kg. K收更多的热量,会造成发动机进气温度降低,在空通过计算,在不考虑混合气压缩条件下,可以气温度较低的寒冷地区,当发动机燃烧高比例甲得出理论空燃比下燃料完全蒸发时混合气温度的下汽油(通常为M85、M100时,会造成发动机启动降(表2),甲醇混合气温度下降17259K,汽油混困难。合气温度下降只有21K,甲醇与空气混合后,混合本文分析了高比例甲醇汽油发动机冷启动困难气温度的下降,使甲醇的蒸发更加困难。的原因,参考国内外有关研究成果、文献,阐述了同时,甲醇的闪点为11℃,而汽油的闪点只当前改善高比例甲醇汽油冷起动性的方法,解决高比例甲醇汽油在推广中存在的技术问题。表2燃料完全蒸发混合气温度的下降值高比例甲醇汽油冷起动问题燃料汽油甲醇汽化潜热/KJ·kg3101109冷起动时,由于环境温度低,燃料蒸发困难理论空燃中国煤化工使得形成的混合气浓度过低,达不到燃料的着火极172.59CNMHG交通节能与环保| Energy Conservation& Environmental Protection in Transportation汽车工程| automobile engineering有-45℃,与汽油相比,由于低闪点使得甲醇不容冷起动。易着火燃烧,也会加剧甲醇的冷起动困难。电热丝的安装位置与电热塞相同,网状电热丝由于上述原因,高比例甲醇发动机在环境温度均匀分布在进气道中,可以保证更多的混合气被加较低冷起动时,只有少量甲醇蒸发,可燃混合气的热,保证即使在寒冷地区,甲醇发动机也能可靠起浓度达不到着火界限,冷启动困难。研究表明,甲动。醇发动机当环境温度低于16℃时,即使增加了冷起共轨管预热是在发动机喷油高压共轨油管的外动时的喷油量,也难实现可靠的冷起动。解决甲醇侧安装加热装置,以提髙甲醇燃料的温度,改善蒸发动机起动困难应从改善燃料蒸发和雾化的条件人发性能来保证可靠起动。预热温度应根据不同地区手,使进入气缸的可燃混合气浓度达到着火界限环境温度来调整,但是不应低于甲醇的沸点,以保证不会发生气阻。3改善甲醇发动机冷起动的方法3.2进气道喷射辅助起动燃料甲醇在环境温度较低时只能部分蒸发,形成的由于在冷起动阶段甲醇蒸发形成混合气困难混合气过稀,不能可靠点火,通常采用预热、起动因此可以在冷起动阶段通过在进气道中喷入容易蒸时喷入辅助起动燃料等方法来改善甲醇发动机的冷发形成混合气的LPG、纯汽油或丁烷等,在较低的起动性。环境温度中也能形成较浓的混合气,保证高比例甲3.1预热醇发动机可靠点火燃烧,以改善高比例甲醇汽油发预热分为进气道预热和共轨油管预热。进气道动机的冷起动性预热是在进气道中安装预热装置,而共轨管预热是以LPG为例,通常冷起动阶段喷入的LPG与甲在共轨油管上安装预热装置。醇喷射采用两套独立的进气道电控喷射系统,喷射进气道预热改善甲醇的冷起动性是通过在进气脉宽和喷射时刻由控制系统单独控制,LPG喷嘴安道中安装加热装置,一般为电热塞、网状电热丝装在甲醇喷嘴和发动机气缸盖之间。 Gong Chang等。在冷起动时用来加热甲醇和空气的混合物,提Mig等"在一台单缸电控燃油喷射发动机对甲醇和高进气道温度,改善甲醇蒸发,保证冷起动时混合LPG的混合燃料火花点火发动机的的冷起动性进行气足够的浓度,确保甲醇发动机可靠点火了实验研究,结果表明进气管中喷入适当数量的对于进气道喷射发动机,电热塞一般安装在节LPG可以促进甲醇发动机的冷起动,并且LPG的数气门后喷油器与发动机缸盖之间,通过独立的控制量对冷起动燃烧有很大的影响,优化控制后的LPG系统控制电热塞是否加热。甲醇发动机冷起动时,正时提高了冷起动的可靠性,并且减少了冷起动阶电热塞对甲醇进行加热蒸发,增加进入气缸的甲醇段HC的排放。但与预热塞对冷起动阶段HC排放减蒸汽量,使可燃混合气的浓度达到着火界限,从而少相比减少较少,原因是掺烧LPG后,LPG在混合解决甲醇发动机冷起动问题。宫长明,王舒等在气形成和参与燃烧中占主导地位,低温下甲醇燃烧环境温度为8℃的一台嘉陵J125T-3风冷四行程汽差,甚至不参与燃烧,直接排出气缸外的缘故,因油机进气管上,安装一个4W的电热塞对甲醇发动此对HC排放减少较少。而且,起动喷入LPG对发机的冷起动性进行了研究,结果表明电热塞预热可动机改动较大,需要加入独立的喷射和控制系统以使发动机可靠点火,并且使发动机的喷射脉宽减成本较高。少近40%,冷起动阶段HC排放也有所下降。33起动时引入废气EGR)电热塞预热只能预热电热塞附近的混合气,对废气再循环(EGR)一般用于发动机中等负荷于环境温度更低的寒冷地区,电热塞也不能保证可时来降低燃烧中国煤化工对于高比例靠的冷起动性,需要采取电热丝预热来保证可靠的甲醇汽油发动eyHCNMHG度与进气管2013年第3期汽车工程| automobile engineering和缸内温度相比较高,在起动暖机时,通过调节需调整燃料的喷油脉宽就可以保证甲醇汽车良好的E(R阀获得较高的EGR率,使得较多的热废气进冷起动性。入进气系统,提高进气道的温度,促进甲醇蒸发形对比上述几种改善冷起动的方法(表3)可以成混合气,保证可靠点火。 Gardiner d.P., Rao vK.得出,预热和甲醇中加入冷起动添加剂可以保证环等在环境温度为℃时对一台单缸甲醇燃料发动机境温度较低时可靠的冷起动,而且电热丝和共轨管进行测试硏究,结果表明高的EGR率可以得到更高预热较电热塞相比更能保证冷起动可靠性,这种方峰值压力,并且峰值压力岀现的更早,放热更快,法对发动机改动较小,容易实现在甲醇发动机上的更容易实现怠速稳定不停转,因此可以在冷起动阶应用。段通过高的EGR率来促进缸内混合气的形成,保证甲醇发动机可靠起动。对于装有EGR系统汽油机,4结语只需要改变控制策略就可以使得甲醇发动机可靠起面对石油资源的日益短缺和排放法规的限制3.4甲醇中加入提高冷起动性的添加剂甲醇作为一种较为清洁的替代能源,以其来源广泛除了上述在车辆方面的方法来改善高比例甲醇且具有良好的性能受到越来越多的重视汽车的冷起动性外,可以在甲醇中添加提高甲醇蒸通过分析甲醇汽油冷起动性差的原因和对几种发性的易挥发的添加剂,用来改善环境温度低时甲改善冷起动方法的研究得出:预热和甲醇中添加改醇汽车的冷起动性。添加剂要求热值较高,不能低善冷起动性的添加剂可以保证环境温度较低时可靠于甲醇,闪点低,与甲醇互溶,蒸发性能好,与甲的冷起动性,而且电热丝预热和共轨管预热较电热醇理化性能相似等。这种方法对车辆改动很小,只塞相比更能保证冷起动可靠性,对发动机改动较小,容易实现在甲醇发动机上的应用。表3改善冷起动方法对比参考文献改善冷起动方法优点点刘生全,等.车用甲醇汽油燃料技术性能长安大学学保证发动机可靠报(自然科学版),2007,0488-91预热点火,冷起动阶增加了预热装置2]朱建军,等.纯甲醇发动机冷起动系统的研发U汽车工段HC排放也有和预热控制系统所下降程,2011,43:298-302保证发动机可靠发动机改动较3]宫长明,等预热对电控喷射甲醇发动机冷起动着火特性进气道喷射辅助点火,冷起动阶大,需要加入独的影响吉林大学学报(工学版),2008,5(38):1029起动燃料段HC排放也有立的喷射和控制1034所下降系统,成本较高[4 Gong Chang-Ming, Wang Shu et al., Cold start firing behavior of electronically controlled injection methanol engine起动时引入废改善冷起动性冷起动怠速时引气(EGR)with LPG as ignition improver- Jilin Daxue Xuebao发动机改变较小入废气,容易怠速不稳( Gongxue ban),2008,2(38):75-79冷起动添加剂不用调整发动机添加剂研发困难15]罗涵甲醇汽车使用技木的研究方向及技术方案交通节能与环保,2011,(2):15-16中国煤化工CNMHG交通节能与环保| Energy Conservation& Environmental Protection in Transportation