“節(jié)能型熱起動技術(shù)”在甲醇汽車低溫起動中的應(yīng)用

陳 偉 石慶利 王全林 聶 勇 張 波

（山東星星之火科技開發(fā)公司，山東 濟南 250031）

“節(jié)能型熱起動技術(shù)”目前在國內(nèi)發(fā)動機領(lǐng)域內(nèi)的使用僅是鳳毛麟角，但它對于汽車的重大作用也因?qū)嵺`證明將不斷得到了有關(guān)專家和學(xué)者的重視。山東星星之火科技開發(fā)公司一直致力于汽車高新技術(shù)的研發(fā)與生產(chǎn)，甲醇發(fā)動機“節(jié)能型熱起動技術(shù)”是公司歷經(jīng)三年技術(shù)攻關(guān)，擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的一項世界首創(chuàng)的解決甲醇發(fā)動機冷起動問題的新技術(shù)。目前本技術(shù)已獲國家專利群，專利號：ZL2008100152174、ZL2008100152189、ZL2008100152193、ZL200720018575.1、ZL200 820020326.3，現(xiàn)將“節(jié)能型熱起動技術(shù)”詳細介紹如下：

1 技術(shù)背景

汽車在正常使用情況下,發(fā)動機的磨損相當一部分是由于冷起動造成的。發(fā)動機在低溫狀態(tài)下運行會有下例危害：

a.縮短發(fā)動機的使用壽命，磨損增加約50%～100%。主要是：由于燃燒后生成物中的水蒸氣易冷凝成水與酸性氣體，形成酸類物質(zhì)會侵蝕氣缸壁；沒有充分燃燒的燃料會對摩擦表面（氣缸壁、活塞、活塞環(huán)）上面油膜形成沖刷；不同屬性的金屬材料在低溫時的變化，破壞了正常的配合間隙，這些都會造成發(fā)動機磨損增加，影響發(fā)動機的使用壽命。

b.發(fā)動機的功率下降約25%。其原因是：進入氣缸的可燃混合氣因溫度太低，蒸發(fā)霧化不好，會發(fā)生發(fā)動機燃燒困難或燃燒遲緩等現(xiàn)象，使氣缸壓力下降和潤滑條件變差、摩擦阻力增加，造成發(fā)動機的功率因自身的摩擦而下降。

c.燃料增加約10%～30%，其原因是：燃料不能完全充分燃燒，造成不小的浪費。

d.破壞了潤滑油的質(zhì)量，原因是：沒有充分燃燒的燃料會滲透到曲軸箱里面，使?jié)櫥妥兿』蜃冑|(zhì)，加重了運動件的摩擦和磨損。

所以對發(fā)動機低溫工作問題必須予以高度重視，盡量延長其使用壽命。

汽車冷起動困難且起動后要進行暖車才適合行駛，特別是在我國北方和寒冷的冬季要進行很長時間的暖車，這必然造成燃油消耗，浪費資源，污染環(huán)境。這一點在甲醇發(fā)動機中表現(xiàn)的最為突出。

2 甲醇作為車用燃料及應(yīng)用情況

20世紀 70年代出現(xiàn)的兩次石油危機使許多國家積極尋求石油的代用能源，而醇燃料作為液化燃料，其儲運、分配、攜帶、使用都和傳統(tǒng)的汽油差不多，且其原料來源豐富，燃燒充分，因而受到國際社會的關(guān)注。 1976年在瑞典召開了第一次國際醇燃料會議（ISAF），推動了醇燃料的發(fā)展。

甲醇作為燃料在汽車上的應(yīng)用主要有摻燒和純甲醇替代兩種。摻燒是指將甲醇以不同的比例（如 M15、M30、M50等）摻入汽油中，作為發(fā)動機的燃料，一般稱為甲醇汽油；純甲醇替代是指將高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽車燃料。

2.1 甲醇作為車用燃料有如下優(yōu)點：（1）辛烷值高，能顯著提高燃料的混合辛烷值，增強抗爆性能，可以提高發(fā)動機的壓縮比，從而提高發(fā)動機的功率。（2）甲醇是高含氧量物質(zhì)，它在氣缸內(nèi)完全燃燒時所需要的過量空氣系數(shù)可以遠遠小于燃用汽油時所要求的值，燃燒更為充分。（3）揮發(fā)性好，有利于與空氣的混和。甲醇汽油的可燃界限寬，燃燒速度快，可以實現(xiàn)稀薄燃燒，有利于提高發(fā)動機熱效率，對排氣凈化及降低油耗有利。（4）可顯著降低尾氣排放。甲醇具有很高的氧含量，發(fā)動機應(yīng)用甲醇汽油燃燒更加完全，且提高了發(fā)動機的熱效率，因此可減少汽車常規(guī)運行時尾氣中一氧化碳和碳氫化合物（CH）等廢氣排放。（5）在高油價、低甲醇價格情況下，經(jīng)濟上甲醇燃料占有很大優(yōu)勢。

2.2 甲醇作為車用燃料表現(xiàn)出的缺點有：（1）甲醇吸濕性強，與汽油互溶性差，會造成混合燃料的穩(wěn)定性差、低溫下會出現(xiàn)遇水分層的問題；（2）甲醇的蒸發(fā)熱是汽油的三倍多，故甲醇蒸發(fā)時吸收熱量大，當氣溫低于13℃時，燃料蒸發(fā)困難，特別容易出現(xiàn)發(fā)動機起動困難的現(xiàn)象；（3）甲醇對各種金屬均有腐蝕性，會造成發(fā)動機腐蝕及磨損問題，純燒甲醇需要對發(fā)動機進行適當改造，有發(fā)動機通用性的問題；（4）甲醇對汽車橡膠有溶漲作用問題；（5）甲醇能量密度較低，燃油箱容積需適當放大；（6）甲醇容易使?jié)櫥腿榛兿?，會對發(fā)動機造成磨損，需要加防腐抑制劑；（7）甲醇有毒，低溫起動時甲醇汽車排放的甲醛（非常規(guī)排放）為普通汽油車的3~6倍；（8）使用甲醇燃料（M85、M100）時，需要另建儲運、加注和銷售設(shè)備系統(tǒng)，并建立安全防護系統(tǒng)。

3“節(jié)能型熱起動技術(shù)”的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

“節(jié)能型熱起動技術(shù)”主要由高效保溫水箱、傳感器、水泵、定向閥、電磁閥、管道和控制器構(gòu)成。其工作原理是：當關(guān)掉汽車鑰匙發(fā)動機停止時，控制器自動控制電磁閥打開，水泵運轉(zhuǎn)，將發(fā)動機冷卻系統(tǒng)內(nèi)的高溫冷卻液輸入保溫水箱，注滿后，電磁閥和水泵自動關(guān)閉，冷卻液在保溫水箱內(nèi)進行保溫；當打開汽車鑰匙欲起動發(fā)動機時，控制器控制電磁閥自動打開，水泵反方向運轉(zhuǎn)，將保溫水箱內(nèi)的高溫冷卻液輸入發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的小循環(huán)系統(tǒng)，對發(fā)動機的燃燒室進行定向重點預(yù)熱，抽完后，電磁閥和水泵自動關(guān)閉。這時，再起動發(fā)動機就避免了發(fā)動機的冷起動，而且發(fā)動機冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液在發(fā)動機起動后，在很短的時間內(nèi)就能達到發(fā)動機工作要求的正常溫度。

4“節(jié)能型熱起動技術(shù)”的優(yōu)越性

由于“節(jié)能型熱起動技術(shù)”避免了發(fā)動機的冷起動，實現(xiàn)了熱起動，使發(fā)動機始終處于最佳工作溫度環(huán)境，所以具有以下優(yōu)越性：

a.提高汽車冷起動性能，使在寒冷的冬季易于起動。特別適用于寒冷環(huán)境中的以甲醇為燃料的發(fā)動機，效果尤為明顯。在我國北方寒冷的冬季，公交車夜間都要開進暖庫保暖。大面積的暖庫浪費很多的土地資源供熱能源，“節(jié)能型熱起動技術(shù)”可以徹底解決這一問題。

b.減少發(fā)動機磨損，延長發(fā)動機使用壽命。

c.延長電瓶及起動機的使用壽命。

d.降低燃油消耗，能大大減少甲醇汽車在低溫起動時的甲醛（非常規(guī)排放）排放量。

e.減短甚至取消暖車時間，使汽車發(fā)動機起動后最快時間內(nèi)達到正常工作溫度。

所以將“節(jié)能型熱起動技術(shù)”應(yīng)用于以甲醇為燃料的客車、轎車時，不僅能最大限度的減少甲醇的各種不足，還能使寒冷環(huán)境中暖風系統(tǒng)盡快發(fā)揮作用，提高乘客舒適度；將“節(jié)能型熱起動技術(shù)”應(yīng)用于部隊、公安、消防、醫(yī)院的車輛上，則可以大大提高其快速反應(yīng)能力。

5“節(jié)能型熱起動技術(shù)”與油轉(zhuǎn)醇方式、啟動液方式的比較

現(xiàn)在在國內(nèi)和國際上解決甲醇發(fā)動機冷起動的問題主要采用的是：先用汽油點燃再換成甲醇燃燒的方式及噴射啟動液的方式?，F(xiàn)將其和“節(jié)能型熱起動技術(shù)”做一下比較：

“節(jié)能型熱起動技術(shù)”可以完全替代油轉(zhuǎn)醇方式、啟動液方式

5.1 解決發(fā)動機冷起動問題

由于“節(jié)能型熱起動技術(shù)”可以在零下30攝氏度時將12小時前85攝氏度左右的高溫冷卻液保溫在70攝氏度左右，高溫冷卻液快速輸入發(fā)動機進行預(yù)熱，效果明顯，完全可以解決甲醇發(fā)動機冷起動難的問題。

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5.2 解決發(fā)動機起動后冷卻液升溫慢的問題

“節(jié)能型熱起動技術(shù)”是直接將高溫冷卻液輸入發(fā)動機，發(fā)動機起動后再加熱高溫冷卻液，升溫更迅速。

5.3 解決車內(nèi)環(huán)境溫度低的問題

低溫環(huán)境下，車內(nèi)環(huán)境溫度低主要是因為發(fā)動機冷卻液升溫慢，行車后出現(xiàn)很長時間的低溫狀態(tài)，降低了乘客的舒適度。由于“節(jié)能型熱起動技術(shù)”是將保溫水箱內(nèi)的高溫冷卻液輸入發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的小循環(huán)系統(tǒng)，而該系統(tǒng)又是同暖風直接連通的，故起動時就會有暖風噴出，從而提高乘客的舒適度。

5.4 “節(jié)能型熱起動技術(shù)”與油轉(zhuǎn)醇方式、啟動液方式相比，既不消耗燃油，又無排放，沒有二次污染。既降低客戶的使用成本，關(guān)系客戶的切身利益，又符合我們國家在“哥本哈根會議”上提出的節(jié)能減排的重要目標。

5.5 “節(jié)能型熱起動技術(shù)”的不足與解決辦法的思考

“節(jié)能型熱起動技術(shù)”也有其不可避免的缺點：一是“節(jié)能型熱起動技術(shù)”只能適合有規(guī)律運行的車輛，從汽車停車到下一次起動，間隔時間越長“節(jié)能型熱起動技術(shù)”發(fā)揮的效果越??；二是“節(jié)能型熱起動技術(shù)”最適合甲醇發(fā)動機和冷卻系統(tǒng)容量大的車輛，冷卻液越多保溫效果越好，“節(jié)能型熱起動技術(shù)”對發(fā)動機的預(yù)熱效果也越好。

為了擴大該技術(shù)的適用范圍，目前公司又在保溫水箱里加裝了有溫控裝置的交、直流兩用加熱棒，方便那些無規(guī)律運行的車輛，當汽車停車到下一次起動，間隔時間比較長，保溫箱內(nèi)的冷凍液溫度下降比較多時，可以用隨車電瓶或民用交流電加熱升溫，然后再輸入機體預(yù)熱，確保發(fā)動機順利著車。

[1]吳克剛,羅青峰,邊耀章;改善汽車冷起動性的試驗研究[J];車用發(fā)動機;2002年04期

[2]黎和昌,姜水生,陳立偉;汽車冷起動動態(tài)測試系統(tǒng)的研制[J];南昌大學(xué)學(xué)報(工科版);2003年04期

[3]石宇,張煜盛,張勇;二甲基醚發(fā)動機熱力循環(huán)模擬與參數(shù)分析[J];船海工程;2004年03期

[4]崔海龍;多缸發(fā)動機氣缸壓力采集與燃燒分析系統(tǒng)的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2003年

[5]鄒本有;燃油式柴油汽車低溫預(yù)熱啟動裝置的研制;制造技術(shù)與機床;2005年 第09期