如何采用Grabner微量蒸氣壓測(cè)定儀防止乙醇汽油調(diào)合過(guò)程中的氣阻現(xiàn)象
想象一下,你正在開(kāi)車在路上,發(fā)動(dòng)機(jī)突然熄火了。如果這種情況發(fā)生在十字路口,將會(huì)非常危險(xiǎn)。當(dāng)試圖重新啟動(dòng)汽車時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)由于過(guò)熱再次熄火了。于是你尋求了道路故障服務(wù)救援,但他們將故障汽車連接到他們的計(jì)算機(jī)后,卻沒(méi)有檢測(cè)到汽車任何問(wèn)題。然后把車拖去維修,并聯(lián)系汽車制造商,制造商會(huì)給提供很多建議并寄來(lái)備件。備件可能是免費(fèi)郵寄的,因?yàn)橹圃焐碳庇诮鉀Q車輛的問(wèn)題。但他們也找不到問(wèn)題所在。最后,可能建議需要買一個(gè)全新的發(fā)動(dòng)機(jī),但問(wèn)題可能仍然得不到解決。除了買一輛新車好像別無(wú)他法。
全球每年都有數(shù)千輛汽車出現(xiàn)類似問(wèn)題。原因是汽油的氣阻現(xiàn)象導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)熄火,主要是在交通堵塞和溫度過(guò)高的情況下發(fā)生。同樣,當(dāng)汽車短時(shí)間停放時(shí),過(guò)熱的發(fā)動(dòng)機(jī)也無(wú)法啟動(dòng)。溫度越高、海拔越高,汽油蒸汽就越有可能形成氣阻現(xiàn)象,阻止管路中的燃油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。
氣阻現(xiàn)象的相關(guān)規(guī)定
由于汽油的蒸氣壓對(duì)于評(píng)估燃料性能和排放風(fēng)險(xiǎn)也至關(guān)重要,美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(US EPA)對(duì)石油制造商的蒸氣壓進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。為防止出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象和環(huán)境問(wèn)題,汽車燃料規(guī)范 ASTMD4814中要求汽油需按照 ASTM D5188進(jìn)行測(cè)試。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了汽液比溫度的評(píng)估。在車用燃料規(guī)范中,達(dá)到 20(蒸汽)比 1(液體)時(shí)的溫度(通常稱為 T(V/L) = 20)表示燃料有形成氣阻現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)。在氣候較熱和海拔較高的地方,這種趨勢(shì)會(huì)更明顯。
乙醇調(diào)合對(duì)氣阻現(xiàn)象有何影響?
隨著煉油廠在汽油中添加越來(lái)越多的乙醇,以及全球范圍內(nèi)出現(xiàn)越來(lái)越長(zhǎng)的高溫天氣,測(cè)試燃料是否有形成氣阻現(xiàn)象的風(fēng)險(xiǎn)再次引起人們的關(guān)注。許多老式發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造根本無(wú)法與現(xiàn)代燃料相匹配。在美國(guó),越來(lái)越多的州開(kāi)始采用E10燃料,允許在燃料中添加10% 的乙醇。美國(guó)環(huán)保局(EPA)經(jīng)常需要調(diào)整石油行業(yè)的汽油揮發(fā)性法規(guī),以防止排放過(guò)高并保證駕駛性能。下文我們還將介紹新車也會(huì)受到影響。
測(cè)試燃料的 V/L 比溫度至關(guān)重要,其主要原因是乙醇混合會(huì)影響燃料的蒸氣壓。乙醇的蒸氣壓遠(yuǎn)低于汽油的蒸氣壓。乙醇的加入會(huì)改變不同 V/L 比值的溫度。在汽油中添加 10% 的乙醇(美國(guó)目前的做法)會(huì)大大降低汽液比溫度。因此,與普通汽油相比,汽油-乙醇混合物(乙醇汽油)在更低的溫度下會(huì)達(dá)到可能導(dǎo)致氣阻現(xiàn)象的臨界汽液比。圖 1 顯示了汽油中摻入不同數(shù)量乙醇時(shí)的汽液比隨溫度變化的情況。

有趣的是,乙醇的混合對(duì)蒸氣壓的影響并不是線性關(guān)系。圖 1 顯示了汽油-乙醇混合物的異常表現(xiàn):根據(jù) V/L 比的不同,溫度曲線會(huì)意外地改變方向,不降反升。這種 “S”曲線現(xiàn)象反映在 E5 和 E10 混合物上,但E15混合物則沒(méi)有。圖 1 還顯示了另一個(gè)現(xiàn)象:在低 V/L 比時(shí),E15的 T(V/L) 比 E10 混合物的高。在 V/L 比為 35:1 左右,兩條曲線相交,這是 E10 的 “S ”曲線現(xiàn)象造成的。
盡管這些結(jié)果令人吃驚,但也不必?fù)?dān)心將乙醇調(diào)合到汽油中。但這個(gè)例子表明,根據(jù)ASTM D5188的要求,不僅要在V/L比為20的情況下測(cè)量燃料,還要在全T(V/L)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量,以了解現(xiàn)代混合燃料的蒸汽壓行為,這是多么重要。在 T(V/L) = 20 的條件下進(jìn)行測(cè)試,就像目前 ASTM D4814 汽車燃料規(guī)格所做的那樣,根本無(wú)法提供足夠的有關(guān)燃料蒸汽行為的信息。這個(gè)例子還表明,按照目前的做法,在汽油中調(diào)入較高比例的乙醇可能會(huì)使混合燃料的性能更可預(yù)測(cè)。
現(xiàn)代噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣阻現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)如何?
氣阻現(xiàn)象對(duì)汽車制造商來(lái)說(shuō)也是一個(gè)日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),他們正在開(kāi)發(fā)必須可使用不同燃料的新發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)現(xiàn)代噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間行駛后停止時(shí),有些可能無(wú)法立即重新啟動(dòng)。原因是這些新發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度高達(dá) 120-140°C,而在高溫下容易發(fā)生氣阻現(xiàn)象。特別是在使用了新型混合燃料時(shí),氣阻問(wèn)題表現(xiàn)得更為頻繁。汽車制造商最近的反饋表明,他們特別需要檢測(cè)高達(dá) 5-6 Bar的蒸氣壓測(cè)試設(shè)備,并在開(kāi)發(fā)新一代發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)密切關(guān)注蒸氣壓數(shù)據(jù)。
如何測(cè)試氣阻趨勢(shì)?
奧地利格拉布納Grabner作為“蒸氣壓測(cè)定專家”, 開(kāi)發(fā)出了一款用途極為廣泛的 MINIVAP VP Vision全自動(dòng)微量蒸氣壓測(cè)定儀,用于評(píng)估 ASTM D5188 試驗(yàn)中不同 V/L 比下的溫度。MINIVAP VP Vision 還是在高溫下測(cè)試乙醇汽油蒸氣壓的最佳解決方案。它可以進(jìn)行高達(dá) 120°C 的多點(diǎn)曲線測(cè)量,是市場(chǎng)上溫度范圍最高的蒸氣壓測(cè)定儀。該儀器采用世界著名的 GRABNER 編寫(xiě)的微量法和三級(jí)膨脹法等蒸氣壓測(cè)試方法,符合所有行業(yè)蒸氣壓測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),因此能夠安全地開(kāi)發(fā)新一代使用乙醇混合燃料的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。

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