发动机燃烧高比例甲醇燃料冷起动时,由于甲醇的汽化潜热为汽油的3倍多,甲醇燃料蒸发形成混合气需要吸收更多的热量,会造成发动机进气温度降低,并且环境温度低时,燃料蒸发困难,使得形成的混合气浓度过低,达不到燃料的着火极限,造成起动困难。燃料蒸发性能的评价指标是馏程和蒸气压,而燃料馏程中10%馏出温度标志着它的起动性,图9-4为燃料10%馏出温度对发动机性能的影响,甲醇的沸点为64.5℃,从图9-4中可以看出,当环境温度低于-10℃时,燃烧甲醇燃料的发动机将会起动困难。
而且,甲醇的汽化潜热为1109kJ/kg,而汽油的汽化潜热只有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,导致发动机进气道及气缸的温度急剧下降,新鲜充量中甲醇的蒸发条件恶化。假设燃料蒸发吸收的热量来自与之混合的空气,燃料与空气按照理论空燃比混合,混合气的温度下降可表示为
Δt=q/(A/F×Cp) (9-2)
式中 q——燃料的汽化潜热;
A/F——燃料理论空燃比;
Cp——常温常压下空气的比定压热容。
Cp=1.004kJ/(kg·K)。(www.daowen.com)
图9-4 10%馏出温度对汽油机性能的影晌
表9-3 燃料完全蒸发混合气温度的下降值
通过计算,在不考虑混合气压缩条件下,可以得出理论空燃比下燃料完全蒸发时混合气温度的下降值(表9-3),甲醇混合气温度下降172.59K,汽油混合气温度下降只有21K,甲醇与空气混合后,混合气温度的下降,使甲醇的蒸发更加困难。同时,甲醇的闪点为11℃,而汽油的闪点只有-45℃,与汽油相比,由于高闪点使得甲醇不容易着火燃烧,也会加剧甲醇的冷起动困难。
由于上述原因,高比例甲醇发动机在环境温度较低冷起动时,只有少量甲醇蒸发,可燃混合气的浓度达不到着火界限,冷起动困难。研究表明,甲醇发动机当环境温度低于16℃时,即使增加了冷起动时的喷油量,也难实现可靠的冷起动。解决甲醇发动机起动困难应从改善燃料蒸发和雾化的条件入手,使进入气缸的可燃混合气浓度达到着火界限。
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