楊雪，鄭騰師，黃棟杰

（1.長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064；2.中國鐵路廣州局集團有限公司 廣州職工培訓(xùn)基地，廣東 廣州 510800）

前言

近年來，我國的經(jīng)濟水平飛速發(fā)展，國民生產(chǎn)總值也大幅提高，居民的汽車保有量也不斷增加，但同時也伴隨著的是傳統(tǒng)燃油汽車引起的大氣污染、能源短缺等問題愈加明顯。甲醇原料來源豐富，生產(chǎn)技術(shù)成熟，燃燒性能好，污染物排放低，生產(chǎn)成本低，運輸儲存方便，被人們看作最具發(fā)展?jié)摿Φ能囉锰娲剂现籟1]。跟汽油相比，甲醇的辛烷值遠遠比汽油高，因此發(fā)動機可以選擇更高的壓縮比來達到提高發(fā)動機熱效率的目的，因此甲醇作為汽車燃料比其他傳統(tǒng)燃料更具有高效性；其次，甲醇分子中含氧量高達50%，因而甲醇還是一種清潔燃料。甲醇汽油作為汽車代用燃料已被世界上許多國家廣泛使用。但由于甲醇蒸發(fā)潛熱比汽油大三倍多，而且甲醇燃燒時的理論空燃比是6.4，比汽油要低得多，甲醇燃料使用時會形成稀薄的燃燒混合氣，因此會導(dǎo)致發(fā)動機低溫冷啟動困難。本文通過查閱了解大量甲醇及含甲醇燃料發(fā)動機冷啟動的相關(guān)資料，對我國相關(guān)研究做了系統(tǒng)得總結(jié)與分析。

1 甲醇汽車冷啟動時的主要問題

根據(jù)表1甲醇與汽油的物化特性對比，可以知道甲醇的汽化潛熱約是汽油的3.7倍，在相同的溫度下，甲醇燃料的蒸發(fā)量僅為汽油的 1/4，同時甲醇的蒸發(fā)量受溫度的影響很大，7℃時的蒸發(fā)量僅為20℃時的1/6[2]。因此，如果外界環(huán)境溫度比較低，就會使甲醇在燃燒時的蒸發(fā)量不足，再加上甲醇的著火稀限比汽油的高，可燃混合氣濃度達不到著火的極限，從而造成甲醇發(fā)動機冷起動困難。對甲醇發(fā)動機而言，在外界環(huán)境溫度低于16℃的條件下，如果不采取輔助措施，首循環(huán)無論噴射多少甲醇燃料，都無法使甲醇發(fā)動機順利起動。

表1 甲醇與汽油物化特性

2 我國甲醇汽車冷啟動技術(shù)的主要研究

根據(jù)目前對于甲醇汽車的研究，可以得到現(xiàn)有的甲醇發(fā)動機冷起動方案包括汽油起動方案、引燃方案、燃油鍋爐加熱方案、改進燃料配方技術(shù)方案、預(yù)熱塞方案等。其中，汽油啟動方案已經(jīng)大量運用于新產(chǎn)車型。對于甲醇汽車冷啟動困難問題，國內(nèi)一些學(xué)者也做了許多技術(shù)創(chuàng)新與試驗，并得到了較好的結(jié)果。

張紅光等人以車用492QA汽油機為基礎(chǔ)，重新設(shè)計開發(fā)出一種車用492M甲醇發(fā)動機，使用M90甲醇燃料，并采用PTC加熱裝置來改善甲醇蒸發(fā)霧化效果，同時通過改變相關(guān)發(fā)動機參數(shù)來保證發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性及排放性等，結(jié)果表明，使用PTC加熱裝置能有效改善發(fā)動機起動性能[3]。

吳亞蘭等人開發(fā)了如圖1的PTC加熱裝置來改善甲醇汽化問題，通過PTC熱敏電阻加熱片給蒸發(fā)器提供熱量，使蒸發(fā)器溫度升高。為防止初始加熱電流過大，加熱用的16個熱敏電阻被分成4組，依次間隔30s通電加熱。冷起動時控制PTC對甲醇蒸發(fā)器加熱，當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)溫度達到一定值后起動發(fā)動機。試驗結(jié)果表明，環(huán)境溫度1℃時，加熱器加熱到80℃以上即可實現(xiàn)甲醇發(fā)動機的順利起動[4]。

圖1 甲醇蒸發(fā)器示意圖

袁寶良等人提出多種甲醇發(fā)動機低溫冷啟動技術(shù)措施，并對主要的技術(shù)措施進行了試驗研究。結(jié)果表明，采用進氣道加熱、噴射器加熱和進氣滾流措施都在一定程度上改善了甲醇發(fā)動機的冷起動性能；通過改變?nèi)剂辖M分可有效提高甲醇發(fā)動機的冷起動性能，M70和 M85高比例甲醇燃料發(fā)動機在-25℃低溫下能夠順利冷起動[5]。

王鑫等人針對甲醇汽車發(fā)動機生產(chǎn)廠家廣泛采用的副油箱式輔助冷起動系統(tǒng)的缺陷，根據(jù)甲醇發(fā)動機的低溫起動特性，研制了一種安裝在進氣總管的新型純甲醇汽車發(fā)動機冷起動裝置，如圖 2。通過甲醇發(fā)動機進氣預(yù)熱冷啟動技術(shù)，使得甲醇發(fā)動機低溫起動時，甲醇燃料的蒸汽濃度能夠達到著火點。

圖2 甲醇進氣預(yù)熱系統(tǒng)示意圖

試驗結(jié)果表明采用該冷啟動技術(shù)后，甲醇發(fā)動機在環(huán)境溫度為-10℃時可以實現(xiàn)冷起動[6]。

王鑫等人還通過研究不同類型預(yù)熱器對甲醇燃料的預(yù)熱性能，采用性能較為可靠的電網(wǎng)式預(yù)熱器和電熱塞式預(yù)熱器對 JL4G15型甲醇發(fā)動機進行冷起動預(yù)熱試驗。試驗結(jié)果表明：在-10、-5、0、5 ℃測量環(huán)境溫度下，電網(wǎng)式預(yù)熱器冷起動預(yù)熱效果要優(yōu)于同功率的電熱塞[7]。

張?zhí)烀鲗ΜF(xiàn)有的預(yù)熱塞方案、公交客車用燃油鍋爐加熱方案以及出租車引燃方案進行了分析，設(shè)計出通過增加一套供油系統(tǒng)含副油箱（10L）、油泵及獨立的油壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進氣總管上安裝單噴油器及噴油器安裝板，由附加ECU自動識別與控制使用汽油的啟動過程與成功啟動后的甲醇切換過程[8]。

宮長明、王舒等人基于循環(huán)控制試驗研究了環(huán)境溫度對對電控噴射點燃式甲醇發(fā)動機首循環(huán)起動著火特性的影響，結(jié)果表明，采用電熱塞預(yù)熱進氣管和進氣道噴射適量LPG均可使甲醇發(fā)動機低溫下可靠起動，實現(xiàn)理想的“即噴即著”的首循環(huán)著火[2]。

朱建軍、寇子明等人從改善甲醇燃料的蒸發(fā)和霧化入手，在進氣歧管前節(jié)氣門后加裝自行研發(fā)的甲醇發(fā)動機冷起動系統(tǒng)，采用PTC陶瓷熱敏電阻將起動時噴入氣缸的甲醇加熱，促其蒸發(fā)，使甲醇蒸汽濃度達到著火界限。試驗結(jié)果表明，裝有該冷起動系統(tǒng)的甲醇發(fā)動機可在環(huán)境溫度為 0℃的低溫條件下冷起動一次成功，較好地解決了純甲醇發(fā)動機的冷起動問題[9]。

3 結(jié)論

甲醇的熱值和十六烷值較低，其用作發(fā)動機燃料時會帶來功率下降、冷起動困難、低負荷特性變差等問題，相比傳統(tǒng)燃料發(fā)動機，甲醇發(fā)動機功率一般要下降 5%-10%。根據(jù)我國相關(guān)研究者所做試驗與研究可知，對甲醇發(fā)動機采取一定的輔助加熱措施可以有效得解決其冷啟動困難問題，汽油啟動方案容易實現(xiàn)，已經(jīng)大量運用在實際中，在國家標(biāo)準(zhǔn)及政策的推動下，未來純甲醇汽車的研究將作為主流，因此對甲醇發(fā)動機采用輔助加熱裝置也將是研究的重點。