“節能型熱起動技術”在甲醇汽車低溫起動中的應用

陳 偉 石慶利 王全林 聶 勇 張 波

（山東星星之火科技開發公司，山東 濟南 250031）

“節能型熱起動技術”目前在國內發動機領域內的使用僅是鳳毛麟角，但它對于汽車的重大作用也因實踐證明將不斷得到了有關專家和學者的重視。山東星星之火科技開發公司一直致力于汽車高新技術的研發與生產，甲醇發動機“節能型熱起動技術”是公司歷經三年技術攻關，擁有完全自主知識產權的一項世界首創的解決甲醇發動機冷起動問題的新技術。目前本技術已獲國家專利群，專利號：ZL2008100152174、ZL2008100152189、ZL2008100152193、ZL200720018575.1、ZL200 820020326.3，現將“節能型熱起動技術”詳細介紹如下：

1 技術背景

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

a.縮短發動機的使用壽命，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）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，這些都會造成發動機磨損增加，影響發動機的使用壽命。

b.發動機的功率下降約25%。其原因是：進入氣缸的可燃混合氣因溫度太低，蒸發霧化不好，會發生發動機燃燒困難或燃燒遲緩等現象，使氣缸壓力下降和潤滑條件變差、摩擦阻力增加，造成發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.破壞了潤滑油的質量，原因是：沒有充分燃燒的燃料會滲透到曲軸箱里面，使潤滑油變稀或變質，加重了運動件的摩擦和磨損。

所以對發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，污染環境。這一點在甲醇發動機中表現的最為突出。

2 甲醇作為車用燃料及應用情況

20世紀 70年代出現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），推動了醇燃料的發展。

甲醇作為燃料在汽車上的應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，可以提高發動機的壓縮比，從而提高發動機的功率。（2）甲醇是高含氧量物質，它在氣缸內完全燃燒時所需要的過量空氣系數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，可以實現稀薄燃燒，有利于提高發動機熱效率，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，發動機應用甲醇汽油燃燒更加完全，且提高了發動機的熱效率，因此可減少汽車常規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，經濟上甲醇燃料占有很大優勢。

2.2 甲醇作為車用燃料表現出的缺點有：（1）甲醇吸濕性強，與汽油互溶性差，會造成混合燃料的穩定性差、低溫下會出現遇水分層的問題；（2）甲醇的蒸發熱是汽油的三倍多，故甲醇蒸發時吸收熱量大，當氣溫低于13℃時，燃料蒸發困難，特別容易出現發動機起動困難的現象；（3）甲醇對各種金屬均有腐蝕性，會造成發動機腐蝕及磨損問題，純燒甲醇需要對發動機進行適當改造，有發動機通用性的問題；（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）甲醇容易使潤滑油乳化變稀，會對發動機造成磨損，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、加注和銷售設備系統，并建立安全防護系統。

3“節能型熱起動技術”的基本結構及工作原理

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

4“節能型熱起動技術”的優越性

由于“節能型熱起動技術”避免了發動機的冷起動，實現了熱起動，使發動機始終處于最佳工作溫度環境，所以具有以下優越性：

a.提高汽車冷起動性能，使在寒冷的冬季易于起動。特別適用于寒冷環境中的以甲醇為燃料的發動機，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，“節能型熱起動技術”可以徹底解決這一問題。

b.減少發動機磨損，延長發動機使用壽命。

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（非常規排放）排放量。

e.減短甚至取消暖車時間，使汽車發動機起動后最快時間內達到正常工作溫度。

所以將“節能型熱起動技術”應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，還能使寒冷環境中暖風系統盡快發揮作用，提高乘客舒適度；將“節能型熱起動技術”應用于部隊、公安、消防、醫院的車輛上，則可以大大提高其快速反應能力。

5“節能型熱起動技術”與油轉醇方式、啟動液方式的比較

現在在國內和國際上解決甲醇發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。現將其和“節能型熱起動技術”做一下比較：

“節能型熱起動技術”可以完全替代油轉醇方式、啟動液方式

5.1 解決發動機冷起動問題

由于“節能型熱起動技術”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動機進行預熱，效果明顯，完全可以解決甲醇發動機冷起動難的問題。

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5.2 解決發動機起動后冷卻液升溫慢的問題

“節能型熱起動技術”是直接將高溫冷卻液輸入發動機，發動機起動后再加熱高溫冷卻液，升溫更迅速。

5.3 解決車內環境溫度低的問題

低溫環境下，車內環境溫度低主要是因為發動機冷卻液升溫慢，行車后出現很長時間的低溫狀態，降低了乘客的舒適度。由于“節能型熱起動技術”是將保溫水箱內的高溫冷卻液輸入發動機冷卻系統中的小循環系統，而該系統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 “節能型熱起動技術”與油轉醇方式、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”上提出的節能減排的重要目標。

5.5 “節能型熱起動技術”的不足與解決辦法的思考

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

為了擴大該技術的適用范圍，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，然后再輸入機體預熱，確保發動機順利著車。

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