LPG在汽车发动机上的应用

车辆与动力技术LPG在汽车发动机上的应用杨立红(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京的动力性及排放特性等,并针对LPG发动机的发展提出了建议。

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1概述近些年来,汽车排放法规日益严格。欧洲在1999年开始实行欧I标准;亚洲的泰国、韩国等国家也在2000年开始实行欧标准;我国在2000年启动了欧I标准,北京市在2002年采用了机动车排放法规双轨制,即对新车采用欧标准,其余暂采用欧I标准。

随着汽车保有量增加,汽车尾气对大气污染更趋严重,各国制定的排放法规日益严格,单靠改进内燃机的燃烧系统已很难满足越来越严格的排放法规。再加上石油供需矛盾加剧,代用燃料汽车技术近年来得到迅速发展。LPG以其良好的经济性、低污染排放及易储运等优点而成为汽车良好的代用燃料。国内外已形成巨大的LPG汽车市场,到1995年12月世界LPG汽车保有量达400多万辆。据预测,2010年美国LPG汽车年销售量为200万辆[1]。80年代以来,我国汽车保有量年增长率为13
%,而汽车相对集中于大中城市,汽车尾气对城市空气造成严重污染,如北京、上海、广州、杭州等城市的汽车尾气污染已成为首要的大气污染源,采用LPG为汽车燃料,是改善尾气排放的捷径。随着人们对环保工作的日益重视,LPG汽车的研究与推广工作在我国更为迫切和重要。

LPG较汽油、柴油清洁,燃用LPG的发动机在原有发动机基础上改动小,所以燃用LPG的汽车数量得到了迅速增加,目前LPG汽车全球保有量超过600万。LPG在发动机中的应用有以下4种类型:①在汽油机基础上改造的单一燃用LPG的发动机;②LPG―汽油双燃料发动机,它是指具有LPG、汽油两套燃料供给系统,通过选择开关切换可灵活使用LPG或汽油的发动机;③在柴油机基础上改造的单一燃用LPG的发动机;④LPG―柴油双燃料发动机,它是指采用柴油引燃LPG与空气混合气的工作方式的发动机。同时,LPG燃料供给系统也随着LPG发动机技术的发展由早期的机械控制式结构发展到电子控制系统。

1 LPG汽车改装技术的发展

LPG燃料供给系统的发展根据技术发展的完善程度可将其产品分为3代:第一代为机械控制混合器供气系统;第二代为电子控制混合器供气系统;第三代为电子控制喷射系统。

从LPG汽车技术的发展来看,经历了3个阶段:第1代为LPG气化系统,第2代为LPG电子控制气化系统,第3代为LPG电控喷射系统。国内LPG汽车一般都在普通汽油车上改装,即加上一套LPG燃料供应系统(通常能使用双燃料)。

21机械控制混合器供气系统所示为LandiRenzo的机械式LPG系统,用于LPG*汽油双燃料发动机,由一个LPG电磁关断阀和汽油电磁阀实现燃料转换控制。文丘管式混合器可置于汽油机化油器的上方或下方。LPG的消耗量是通过压力调节器和混合器的联合调整而加以计量和控制的。

1.1 LPG普通气化系统
LPG气化系统(燃料供给)可采用LPG专用系统或LPG与汽油双燃料系统。
国内目前的改装系统以双燃料系统为常见,这主要为了解决加气站不足的矛盾。LPG专用系统如图1所示。采用该系统一般不对发动机本体作任何改进,在技术上要求较低,主要在蒸发器、调压器与混合器等关键部件的制造上,其主要缺点是无法对LPG供气量实现准确控制。混合器除了起混合作用外,其另一个主要作用是防止LPG泄漏。

这是最简单的LPG系统。

图1 专用LPG气化系统示意

电子控制混合器供气系统电子控制混合器供气系统采用微处理器,它可以配合压力调节器和混合器对流量进行测量和控制。为荷兰LPG汽车制造商Euiogas设计的一种电子控制LPG系统。电控单元的输入信号是发动机的转速和氧传感器信号。电控单元控制一个数字式线性执行器该执行器位于压力调节器和混合器之间的供气管线内,对LPG气体流量进行调节。该系统是一个闭环控制系统。类似的第二代LPG系统还有AG、BRC、Koltec、Vialle和Necam等的微处理器控制LPG系统。

1.2 LPG电子控制气化系统
随着排放法规的进一步严格,普通LPG气化系统已很难满足排放上的要求,于是开始采用电子控制技术。它将发动机的转速、歧管压力及废气中的氧含量等信号传送到电子调节器,电子调节器将发出调节信号至控制电磁阀或其他流量控制装置来控制LPG的供应量,而后在混合器中与空气混合,类似于汽油机中的电控化油器阶段。由于根据不同工况较准确地控制LPG的供应量,故能达到良好的效果。CO和HC排放比简单燃用LPG的汽油机低1/3~1/2,NOx低45
%~50
%[2]。控制电磁阀和混合器可以直接用喷射器(喷嘴)来替代,这样结构更为简单。当然用普通的汽油喷嘴难以实现,因为它的流通截面太小,在低速空载下能正常运行,在高速或提高载荷以后供气不足。所以必须采用专用的喷射器。

电控多点喷射系统LPG电控多点喷射系统工作时,LPG大多以气体状态喷入进气道内。如MEGI系统(也称为MEGI喷射系统),是由Koltec、Necam和TNO燃料。随后,LPG通过喷射管和喷射阀将LPG
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D共同开发的第三代LPG系统。系统中,由1个两级减压器将来自气瓶的LPG控制在适当的压力下。气体分配器向每一个气缸供给相同数量的喷在进气门的正前方。LPG喷射系统由微处理器控制,具有自学习功能。

1.3 LPG电控喷射系统
将汽油喷射技术与LPG供应系统相结合,形成微电脑控制的LPG喷射系统,达到比汽油电控喷射更低的污染排放量。电控喷射系统示意图见图2。据Texas
AM
大学的研究者们试验,污染排放量低于1996年美国联邦车辆排放标准,在试验中NMHC、CO及NOx等指标达到或接近加州大气保护局(CARB)制定的极低排放标准(ULEV)。除了NOx以外,其他指标均好于汽油[3]。

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