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如何采用Grabner微量蒸氣壓測定儀防止乙醇汽油調合過程中的氣阻現象

來源:奧地利格拉布納儀器公司Grabner   2025年04月27日 16:31  

 

想象一下,你正在開車在路上,發動機突然熄火了。如果這種情況發生在十字路口,將會非常危險。當試圖重新啟動汽車時,發動機由于過熱再次熄火了。于是你尋求了道路故障服務救援,但他們將故障汽車連接到他們的計算機后,卻沒有檢測到汽車任何問題。然后把車拖去維修,并聯系汽車制造商,制造商會給提供很多建議并寄來備件。備件可能是免費郵寄的,因為制造商急于解決車輛的問題。但他們也找不到問題所在。最后,可能建議需要買一個全新的發動機,但問題可能仍然得不到解決。除了買一輛新車好像別無他法。

全球每年都有數千輛汽車出現類似問題。原因是汽油的氣阻現象導致了發動機熄火,主要是在交通堵塞和溫度過高的情況下發生。同樣,當汽車短時間停放時,過熱的發動機也無法啟動。溫度越高、海拔越高,汽油蒸汽就越有可能形成氣阻現象,阻止管路中的燃油進入發動機。


氣阻現象的相關規定

由于汽油的蒸氣壓對于評估燃料性能和排放風險也至關重要,美國環境保護局(US EPA)對石油制造商的蒸氣壓進行了嚴格規定。為防止出現氣阻現象和環境問題,汽車燃料規范 ASTMD4814中要求汽油需按照 ASTM D5188進行測試。該標準規定了汽液比溫度的評估。在車用燃料規范中,達到 20(蒸汽)比 1(液體)時的溫度(通常稱為 T(V/L) = 20)表示燃料有形成氣阻現象的風險。在氣候較熱和海拔較高的地方,這種趨勢會更明顯。

乙醇調合對氣阻現象有何影響?

隨著煉油廠在汽油中添加越來越多的乙醇,以及全球范圍內出現越來越長的高溫天氣,測試燃料是否有形成氣阻現象的風險再次引起人們的關注。許多老式發動機的構造根本無法與現代燃料相匹配。在美國,越來越多的州開始采用E10燃料,允許在燃料中添加10% 的乙醇。美國環保局(EPA)經常需要調整石油行業的汽油揮發性法規,以防止排放過高并保證駕駛性能。下文我們還將介紹新車也會受到影響。

測試燃料的 V/L 比溫度至關重要,其主要原因是乙醇混合會影響燃料的蒸氣壓。乙醇的蒸氣壓遠低于汽油的蒸氣壓。乙醇的加入會改變不同 V/L 比值的溫度。在汽油中添加 10% 的乙醇(美國目前的做法)會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)在更低的溫度下會達到可能導致氣阻現象的臨界汽液比。圖 1 顯示了汽油中摻入不同數量乙醇時的汽液比隨溫度變化的情況。

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有趣的是,乙醇的混合對蒸氣壓的影響并不是線性關系。圖 1 顯示了汽油-乙醇混合物的異常表現:根據 V/L 比的不同,溫度曲線會意外地改變方向,不降反升。這種 “S”曲線現象反映在 E5 和 E10 混合物上,但E15混合物則沒有。圖 1 還顯示了另一個現象:在低 V/L 比時,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 ”曲線現象造成的。

盡管這些結果令人吃驚,但也不必擔心將乙醇調合到汽油中。但這個例子表明,根據ASTM D5188的要求,不僅要在V/L比為20的情況下測量燃料,還要在全T(V/L)范圍內進行測量,以了解現代混合燃料的蒸汽壓行為,這是多么重要。在 T(V/L) = 20 的條件下進行測試,就像目前 ASTM D4814 汽車燃料規格所做的那樣,根本無法提供足夠的有關燃料蒸汽行為的信息。這個例子還表明,按照目前的做法,在汽油中調入較高比例的乙醇可能會使混合燃料的性能更可預測。

現代噴射式發動機的氣阻現場表現如何?

氣阻現象對汽車制造商來說也是一個日益嚴峻的挑戰,他們正在開發必須可使用不同燃料的新發動機。當現代噴射式發動機在長時間行駛后停止時,有些可能無法立即重新啟動。原因是這些新發動機的溫度高達 120-140°C,而在高溫下容易發生氣阻現象。特別是在使用了新型混合燃料時,氣阻問題表現得更為頻繁。汽車制造商最近的反饋表明,他們特別需要檢測高達 5-6 Bar的蒸氣壓測試設備,并在開發新一代發動機時密切關注蒸氣壓數據。

如何測試氣阻趨勢?

奧地利格拉布納Grabner作為“蒸氣壓測定專家”, 開發出了一款用途極為廣泛的 MINIVAP VP Vision全自動微量蒸氣壓測定儀,用于評估 ASTM D5188 試驗中不同 V/L 比下的溫度。MINIVAP VP Vision 還是在高溫下測試乙醇汽油蒸氣壓的最佳解決方案。它可以進行高達 120°C 的多點曲線測量,是市場上溫度范圍最高的蒸氣壓測定儀。該儀器采用世界著名的 GRABNER 編寫的微量法和三級膨脹法等蒸氣壓測試方法,符合所有行業蒸氣壓測試標準,因此能夠安全地開發新一代使用乙醇混合燃料的汽車發動機。

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