高浓度乙醇混合燃料(E85)的冷启动特性研究

高浓度乙醇混合燃料(E85)的冷启动特性研究赵秀亮,赵海2,刘鸥(1.山东建筑大学机电学院,山东济南250101;2.中国重汽集团,山东济南250031)摘要:E85汽车在低温环境下冷启动性将恶化是 temperature reduces4℃. And cold start test showed that其推广使用的主要障碍之一。分析了乙醇燃料的 the cold start property of E85 has reached the effect of物理化学性质之后,使用单缸机进行冷启动试验、 gasoline馏程试验、雷德蒸汽压试验,结果表明:在使用添 Key words: ethanol;E85; cold start加了拔头油的乙醇后,添加15%拔头油后,E85的引言雷德蒸气压达到了83.6kPa,已经超过了普诵汽影响E85燃料推广的一个主要原因就是E85汽油的水平。馏程试验表明,其10%馏出温度相比车在低温环境下冷启动性将恶化。这主要是因为低汽油降低了4℃。而冷启动试验表明,F85的冷启温下乙醇的蒸发性很差加之汽化潜热较大,蒸发时动性已达到汽油的效果。进一步降低发动机进气道或缸内温度,造成冷启动困关键词:乙醇;E85;冷启动难或暖机时间过长等难题。为了解决乙醇汽车的冷中图分类号:U473.6文献标识码:A启动特性,国外学者提出了很多方案,如进气加热发动机油路改造燃料增压汽化(如在燃料中加人H2和The research of ethanol-blended fuelCO)等来提高燃料的蒸发性。而提高低温冷启动性最简易的方法是在乙醇中添加少量的挥发性组分(轻(E85 in cold start conditions烃组分、二甲醚等)提高E85燃料的蒸发性和低温馏出量,以达到改善低温冷启动性的目的。ZHAO Xiu- liang1, ZHAO Hai2, lIU Peng1E85的燃料性质(l. College of Mechanical and Electrical Eng1.1醇类的物理化学性质Shandong Jianzhu University; Shandong Jinan 250101 China醇类燃料的特点:(1)辛烷值比汽油高,可采用高2. China National Heary Duty Truck Group; Shandong压缩比提高热效率;(2)蒸发潜热大,使得醇类燃料低Jinan 250031 China温起动和低温运行性能恶化;(3)常温下为液体,操作容易,储带方便;(4)可燃界限宽,燃烧速度快,可以实Abstract: E85 car in low temperature environment cold现稀薄燃烧。start-up will worsen, which is one of the main obstacles1.2乙醇对汽油醇饱和蒸汽压的影响for popularization. After analysis of the chemical ar我国车用汽油和无铅车用汽油标准规定冬季蒸physical properties of ethanol, we carried out the cold气压不大于88kPa,夏季不大于74kPa的要求。而乙start experiment, distillation range experiment, RVP ex醇的蒸汽压仅为17.33kPa且其汽化潜热是汽油的3periment, by use of single cylinder machine. The results倍左右,因此汽油中加入乙醇后,必定会对其蒸发性showed that using added 15% Topped oil, the E85 Reid造成一定的影响。图1是随着醇掺合率的增加,甲apour pressure reached.6ke, has been more than醇、乙醇与汽油的饱和蒸汽压的变化曲线。从图1the normal level of gasoline. Distillation可以看出,随着甲醇或乙醇掺合率的增加,燃料的饱showed that compared to gasoline, the 10% distillate和蒸汽压都是先升高然后再降低,而且甲醇汽油的收稿日期:2012-11-09饱和蒸汽压都V中国煤化工作者简介:赵秀亮(1985—),男,山东潍坊人,研究生,研3轻烃的CNMHG究方向为乙醇燃料在发动机的应用从图2可以看出,随着温度的提高,烷烃的蒸汽山东交通科技2013年第1期发性的好坏同一馏出温度下的蒸发量愈多,表明燃甲醇乙醇料蒸发性愈好,愈有利于可燃混合气的形成和燃80150乙酵混比(%)图1醇与汽油的饱和蒸汽压压逐渐提高;在同一温度下,随着碳原子数增加,烷烃和醇的蒸汽压逐渐降低。而乙醇的蒸汽压高于正辛温度(K)烷而低于正己烷。由于汽油是由C7~Cl2的烷烃组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中低沸点成分的蒸汽压应该高于汽油。从图2可以看出饱和蒸汽压高于乙醇的烷烃有图2烃的饱和蒸汽压丙烷、丁烷、戊烷和己烷。常温下,丙烷是气体,因此不适合作E85的掺加成分,所以丁烷、戊烷和己烷被确认最佳的E85低沸点成分。图3是在乙醇中摻加不同浓度的丁烷和己烷后的雷德蒸汽压。可以看出,随着乙醇浓度的不断增加,其雷德蒸汽压逐渐降低;1、2、34分别表示不同比例的丁烷和己烷混合作乙醇的添加成分。使用己烷时,由于己烷的雷德蒸汽压低于40kPa,而85%乙醇+15%已烷的雷德蒸汽压仅为30kPa左右,远远低于普通汽油的65kPa。而使用80%己烷+20%丁烷作乙醇的添加成分时,虽然其雷德蒸汽压远远高于单独使用己烷,但是85%乙醇时的雷德蒸汽压也只有50乙醇比例(%)kPa左右。使用20%己烷+80%丁烷和丁烷时,85%100%已烷;2-80%已烷+20%丁烷乙醇时雷德蒸汽压分别为80kPa和90kPa。可见,丁320%C己烷+80%丁烷;4-100%丁烷烷可以大幅度的提高E85的雷德蒸汽压,但是丁烷的图3乙醇比例对雷德蒸汽压的影响沸点只有-0.5℃,常温下是气体,蒸发性过强,因此使用丁烷和己烷的混合液作E85的添加成分是比较低温冷启动时,汽油机进气道和缸内温度都很合适的。低,燃料喷射后只有其中轻烃低沸点成分或轻馏分考虑到燃料来源和成本,使用化学分析纯丁烷、挥发出来,此时缸内的混合气浓度较稀,不易点燃,从戊烷和己烷的单剂混合作E85的添加成分在实际应而造成低温冷启动困难。由于乙醇蒸汽压过低、汽化用不可能的,因此,本文使用拔头油作E85的添加成潜热和沸点温度高等因素的影响,使得燃料的蒸发性分。拔头油主要成分是戊烷、己烷和少量丁烷,通过更差,达不到低温下冷启动要求的燃料蒸发量。为了雷德蒸汽压试验,测得了E85的雷德蒸汽压,85%乙在乙醇中加入低沸点成分后的蒸馏特性,通过试验做醇+15%拔头油的雷德蒸汽压分别达到了83.6kPa,出了85%乙醇+15%拔头油、85%乙醇+15%汽油、已经达到了我国车用汽油和无铅车用汽油的蒸汽压85%乙醇+15正曲控:n正己烷)的标准规定。馏程曲线。由中国煤化了15%体1.4蒸馏特性积比的拔头油CNMH10%馏出除雷德蒸汽压外,蒸馏特性也表明了燃料的蒸温度都要低于纯乙醇;但是85%乙醇+15%汽油的赵秀亮,赵海,刘鹏:高浓度乙醇混合燃料(E85)的冷启动特性研究10%馏出温度降低不大,85%乙醇+15%轻烃的10%调整点火提前角馏出温度较乙醇降低了10℃,比汽油高了2℃,而测量机油温度85%乙醇+15%拔头油的10%馏出温度相比汽油还要低4℃。显然,在乙醇中加入15%的拔头油后可以明显地降低其10%馏出温度,从而改善乙醇燃料的冷启动性能。是210汽油启动101805+拔头油后是否点火否是否连续启动停止10反动启动3次20406080100馏出率(%能够启动匚不能启动图4E85燃料的馏程曲线图5冷启动试验流程图2冷启动试验表2E85冷启动实验结果E85的存在的主要技术问题是低温冷启动性。通过在乙醇中添加15%的拔头油来改善F85的雷德燃料第一次第二次第三次点点火点火蒸汽压和10%馏出温度,为了确定添加拔头油后的85%乙醇+15%汽油E85对汽油机启动性能的影响进行了冷启动性试验85%乙醇+15%戊烷验证。实验设备见表1。85%乙醇+15%已烷表1实验设备铃木王单缸机注:“x”为启动失败,“V”为启动成功单杠、四冲程风冷式表2列出了冷启动试验结果。可以看出,在-5汽缸数~10℃之间时,E85的冷启动性已达到汽油的效果。缸径57.0mm可解释为,乙醇中加入拔头油后,E85的蒸发性得到冲程48.8mm改善,而在低温时,其轻馏成分丁烷、戊烷和己烷提前活塞排量蒸发,增加了燃料蒸发量,形成均匀的可燃混合气,从最大转速9 500 r/min而E85的冷启动性得到改善。启动形式电启动3结语压缩比9.5:1详细考察了不同乙醇掺合率对汽油醇饱和蒸汽试验燃料为:汽油和E85,其中E85是由85%乙压的影响,并分析了轻烃的性质及其原料来源,从而醇和15%拔头油组成。试验条件及主要方法为:(1)提出了利用轻烃成份来解决E85低温挥发性的方案,汽油机使用启动电机进行启动并保证启动电机所使通过馏程试验雷德蒸汽压试验和冷启动试验验证了用蓄电池的电压相同。(2)将汽油机置于低温环境试方案的可行性,得到的结果:(1)随乙醇掺合率增加,验室充分静置。待其机油温度达到所要求的温度汽油醇的饱和蒸汽压迅速提高然后又缓慢的降低,当时,进行试验。由于试验条件的限制,冷启动试验只掺入85%乙醇时汽油醇的饱和蒸汽压相比汽油降低能做到-5℃。(3)使用E85燃料启动时,相应将其点了37.5%。(2)添加15%拔头油后,E85的雷德蒸气火提前角提前1°CA。(4)冷启动试验方法如图5所压达到了836了涌油的水平。馏示。每次冷启动时间为10s,判定顺利启动的依据是程试验表明,中国煤化工低了4℃。汽油机着火后是否连续运转1min以上。而冷启动试验CNMHG汽油的效果,从而验证了可行性。山东交通科技2013年第1期E, Development of a aurally Aspirated Sparkignition Direct参考文献Injected Flex-Fuel Engine", SAE Int J. 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