“节能型热起动技术”在甲醇汽车低温起动中的应用

时间：2024-05-17

陈伟石庆利王全林聂勇张波

（山东星星之火科技开发公司，山东济南 250031）

“节能型热起动技术”目前在国内发动机领域内的使用仅是凤毛麟角，但它对于汽车的重大作用也因实践证明将不断得到了有关专家和学者的重视。山东星星之火科技开发公司一直致力于汽车高新技术的研发与生产，甲醇发动机“节能型热起动技术”是公司历经三年技术攻关，拥有完全自主知识产权的一项世界首创的解决甲醇发动机冷起动问题的新技术。目前本技术已获国家专利群，专利号：ZL2008100152174、ZL2008100152189、ZL2008100152193、ZL200720018575.1、ZL200 820020326.3，现将“节能型热起动技术”详细介绍如下：

1 技术背景

汽车在正常使用情况下,发动机的磨损相当一部分是由于冷起动造成的。发动机在低温状态下运行会有下例危害：

a.缩短发动机的使用寿命，磨损增加约50%～100%。主要是：由于燃烧后生成物中的水蒸气易冷凝成水与酸性气体，形成酸类物质会侵蚀气缸壁；没有充分燃烧的燃料会对摩擦表面（气缸壁、活塞、活塞环）上面油膜形成冲刷；不同属性的金属材料在低温时的变化，破坏了正常的配合间隙，这些都会造成发动机磨损增加，影响发动机的使用寿命。

b.发动机的功率下降约25%。其原因是：进入气缸的可燃混合气因温度太低，蒸发雾化不好，会发生发动机燃烧困难或燃烧迟缓等现象，使气缸压力下降和润滑条件变差、摩擦阻力增加，造成发动机的功率因自身的摩擦而下降。

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

d.破坏了润滑油的质量，原因是：没有充分燃烧的燃料会渗透到曲轴箱里面，使润滑油变稀或变质，加重了运动件的摩擦和磨损。

所以对发动机低温工作问题必须予以高度重视，尽量延长其使用寿命。

汽车冷起动困难且起动后要进行暖车才适合行驶，特别是在我国北方和寒冷的冬季要进行很长时间的暖车，这必然造成燃油消耗，浪费资源，污染环境。这一点在甲醇发动机中表现的最为突出。

2 甲醇作为车用燃料及应用情况

20世纪 70年代出现的两次石油危机使许多国家积极寻求石油的代用能源，而醇燃料作为液化燃料，其储运、分配、携带、使用都和传统的汽油差不多，且其原料来源丰富，燃烧充分，因而受到国际社会的关注。 1976年在瑞典召开了第一次国际醇燃料会议（ISAF），推动了醇燃料的发展。

甲醇作为燃料在汽车上的应用主要有掺烧和纯甲醇替代两种。掺烧是指将甲醇以不同的比例（如 M15、M30、M50等）掺入汽油中，作为发动机的燃料，一般称为甲醇汽油；纯甲醇替代是指将高比例甲醇（如M85、M100）直接用作汽车燃料。

2.1 甲醇作为车用燃料有如下优点：（1）辛烷值高，能显著提高燃料的混合辛烷值，增强抗爆性能，可以提高发动机的压缩比，从而提高发动机的功率。（2）甲醇是高含氧量物质，它在气缸内完全燃烧时所需要的过量空气系数可以远远小于燃用汽油时所要求的值，燃烧更为充分。（3）挥发性好，有利于与空气的混和。甲醇汽油的可燃界限宽，燃烧速度快，可以实现稀薄燃烧，有利于提高发动机热效率，对排气净化及降低油耗有利。（4）可显著降低尾气排放。甲醇具有很高的氧含量，发动机应用甲醇汽油燃烧更加完全，且提高了发动机的热效率，因此可减少汽车常规运行时尾气中一氧化碳和碳氢化合物（CH）等废气排放。（5）在高油价、低甲醇价格情况下，经济上甲醇燃料占有很大优势。

2.2 甲醇作为车用燃料表现出的缺点有：（1）甲醇吸湿性强，与汽油互溶性差，会造成混合燃料的稳定性差、低温下会出现遇水分层的问题；（2）甲醇的蒸发热是汽油的三倍多，故甲醇蒸发时吸收热量大，当气温低于13℃时，燃料蒸发困难，特别容易出现发动机起动困难的现象；（3）甲醇对各种金属均有腐蚀性，会造成发动机腐蚀及磨损问题，纯烧甲醇需要对发动机进行适当改造，有发动机通用性的问题；（4）甲醇对汽车橡胶有溶涨作用问题；（5）甲醇能量密度较低，燃油箱容积需适当放大；（6）甲醇容易使润滑油乳化变稀，会对发动机造成磨损，需要加防腐抑制剂；（7）甲醇有毒，低温起动时甲醇汽车排放的甲醛（非常规排放）为普通汽油车的3~6倍；（8）使用甲醇燃料（M85、M100）时，需要另建储运、加注和销售设备系统，并建立安全防护系统。

3“节能型热起动技术”的基本结构及工作原理

“节能型热起动技术”主要由高效保温水箱、传感器、水泵、定向阀、电磁阀、管道和控制器构成。其工作原理是：当关掉汽车钥匙发动机停止时，控制器自动控制电磁阀打开，水泵运转，将发动机冷却系统内的高温冷却液输入保温水箱，注满后，电磁阀和水泵自动关闭，冷却液在保温水箱内进行保温；当打开汽车钥匙欲起动发动机时，控制器控制电磁阀自动打开，水泵反方向运转，将保温水箱内的高温冷却液输入发动机冷却系统中的小循环系统，对发动机的燃烧室进行定向重点预热，抽完后，电磁阀和水泵自动关闭。这时，再起动发动机就避免了发动机的冷起动，而且发动机冷却系统内的冷却液在发动机起动后，在很短的时间内就能达到发动机工作要求的正常温度。

4“节能型热起动技术”的优越性

由于“节能型热起动技术”避免了发动机的冷起动，实现了热起动，使发动机始终处于最佳工作温度环境，所以具有以下优越性：

a.提高汽车冷起动性能，使在寒冷的冬季易于起动。特别适用于寒冷环境中的以甲醇为燃料的发动机，效果尤为明显。在我国北方寒冷的冬季，公交车夜间都要开进暖库保暖。大面积的暖库浪费很多的土地资源供热能源，“节能型热起动技术”可以彻底解决这一问题。

b.减少发动机磨损，延长发动机使用寿命。

c.延长电瓶及起动机的使用寿命。

d.降低燃油消耗，能大大减少甲醇汽车在低温起动时的甲醛（非常规排放）排放量。

e.减短甚至取消暖车时间，使汽车发动机起动后最快时间内达到正常工作温度。

所以将“节能型热起动技术”应用于以甲醇为燃料的客车、轿车时，不仅能最大限度的减少甲醇的各种不足，还能使寒冷环境中暖风系统尽快发挥作用，提高乘客舒适度；将“节能型热起动技术”应用于部队、公安、消防、医院的车辆上，则可以大大提高其快速反应能力。

5“节能型热起动技术”与油转醇方式、启动液方式的比较

现在在国内和国际上解决甲醇发动机冷起动的问题主要采用的是：先用汽油点燃再换成甲醇燃烧的方式及喷射启动液的方式。现将其和“节能型热起动技术”做一下比较：

“节能型热起动技术”可以完全替代油转醇方式、启动液方式