甲醇与汽油最大的不同就是甲醇分子中含氧,这导致甲醇燃烧时所需要的氧含量要比汽油低很多。按照理论计算,M85甲醇汽油燃烧时所需要的氧气仅为汽油的50%左右,这导致在同等进气量的情况下,燃烧M85需要供给更多的燃料;如果对发动机的供油系统不进行改装,直接燃用M85甲醇汽油,则会造成混合气过稀导致发动机工作不正常,使用一段时间后会出现加速无力、故障灯报警等现象。
电喷汽油机对混合气的浓度会采取一定的调整,调整方法主要分为开环和闭环两种控制方法。
1.开环控制
发动机在冷起动和冷却液温度较低(<80℃)时,采用的是开环控制。由于起动转速低、冷却液温度低、燃油挥发性差,需对燃油量进行一定的补偿。此时,混合气浓度与冷却液温度有关,随着温度增加,过量空气系数逐渐变大,混合气逐渐变稀。
节气门全开(WOT)时,为了获得最大的发动机功率和防止发动机过热,采用开环控制,将混合气空燃比控制在0.86~0.95范围内。此时发动机内混合气燃烧速度最快,燃烧压力最高,因而输出功率也就最大。
2.闭环控制方式
在发动机绝大部分工况下,即部分负荷和怠速运行时采取此种控制方式。它的控制方法是采用排气中的氧浓度(即氧传感器电信号)作为反馈参数,根据此参数,再对喷油量进行修正,最终将混合气的过量空气系数确定在1±0.03的范围内。
发动机对混合气浓度的开环控制方式,是根据进气量以及此时的负荷、冷却液温度等参数,根据一定的经验公式计算得到此时的喷油量,从而达到稳定混合气浓度,虽然具有一定的自学习功能,但是不能实时快速地调整混合气的浓度,如果燃料不是汽油,而是含氧量较高的甲醇汽油,按照汽油的经验公式计算出的喷油量,会导致混合气过稀,造成燃烧不良,从而影响发动机的各项性能。
发动机对混合气浓度的闭环控制方式,其基准喷油量如开环控制一样,是根据各项参数计算得出的,虽然有氧传感器信号作为修正,但是其修正量有限,一般只能达到基准喷油量的±25%,达到修正限值之后,若氧传感器反馈信号显示混合气依然过浓(或过稀),则会保持修正值,并判断为供油系统故障,而不再对混合气继续加浓或者变稀。当使用高比例甲醇汽油(例如M85)时,由于其含氧量较高,对喷油量的修正要达到+40%以上,因此发动机ECU的闭环控制系统也不能胜任此项任务。
综上所述,依靠普通汽油机机自身调整,根本不能满足燃烧高比例甲醇汽油时的混合气控制要求,因此目前如果要燃用M85甲醇汽油,必须要调整发动机的喷油参数。方法有两种:改装或者生产专用的甲醇汽油发动机。
(1)发动机的改装
目前改装的方法是安装微电脑控制的汽车灵活燃料控制器,对喷油量进行适当的调整。(www.daowen.com)
汽车灵活燃料控制器的控制方法是截取发动机ECU的喷油信号,对其喷油脉宽进行一定比例的展宽,而后利用调整过的信号控制喷油器工作。其工作原理如图10-8所示。
图10-8 甲醇汽油控制器工作原理
这种控制器安装在喷油器附近,改装及维护非常简便,改装成本也很低;而且采用微电脑控制的汽车灵活燃料控制器集成度很高,某些还带有燃料转换功能以及冷起动加浓功能。
(2)甲醇汽油专用发动机
虽然目前使用汽车灵活燃料控制器对发动机进行改装已经基本满足M85的正常使用要求,但是从长远来看,发展甲醇汽油专用发动机可以充分发挥甲醇汽油的高清洁、低排放、高燃烧效率的优势,使甲醇汽油得到人们的认可。
由于甲醇和汽油理化性能差异不大,对甲醇汽油专用发动机的研发难度也不是很高,我们根据奇瑞公司于2007年研制的甲醇汽油专用发动机对这种发动机进行简单的介绍。
发动机本体:增大压缩比以充分利用甲醇汽油高辛烷值的特点,提高热效率,降低油耗、匹配新型火花塞、耐醇零部件等。
燃油系统:使用特殊材料,从根本上解决油泵、油箱、油管、油滤的耐醇问题。由于甲醇汽油蒸发性比汽油要好,所以对油泵及油管外置隔热板及隔热材料,并使用回油量较大的油压调节器,以防止夏季产生气阻现象。
冷起动喷嘴:增设冷起动专用注油系统。用单点喷射,发动机ECU内集成起动系统控制程序冷起动操作自动起停等。
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