汽车的专用装置和汽车原汽油发动机的匹配

标准混 合气
ＣＯ、ＨＯ降低，
１．Ｏ 减少２％ 增大４％
ＮＯｘ升高
稀混合气
１．２ 减少８％
最小
ＣＯ、ＨＯ最低， ＮＯｘ最高
加速性变坏了
过稀混 １．２～１．３ 显著减少 显著增大 ＣＯ降低、ＨＯ升 气化器回火，发动
合气
高，ＮＯｘ降低 机过热，加速不良
火焰传
１．４
Leabharlann Baidu播下限
混合气不燃烧，发 动机不工作
混合气浓度对发动机的性能和尾气排放是非常重
过量空气系数 发动机：４ｃｙｌ 转速：２０００ｒｐｍ 吸气压力：７ｋＰａ
图１过量空气系数与汽车发动机性能和尾气排放的关系
入值稍小于１时，可得最大扭力输出，然而尾气排放 指标并不理想，排放的主要污染物为ＣＯ、ＨＣ和ＮＯｘ，其 形成原因各不相同。ＣＯ主要为燃烧不完全所致，ＨＣ是 没有得到燃烧机会的分子，当入大于１时，可降低ＣＯ和 ＨＣ的产生，在入＝１．１～１．２时，ＣＯ和ＨＣ产生量最少。 ＮＯｘ的产生则与燃烧的温度有密切的关系，温度越高越 易形成，因此在入＝１的附近形成的ＮＯｘ就较高。由此我 们可以了解到，要同时保证发动机较高的功率输出和低 污染排放，必须高精度的控制发动机燃烧的空燃比，这是 ＬＰＧ／汽油双燃料改装工作关键。
“
图３ 电控闭环控制ＬＰＧ汽车工作原理图 ３．ＬＰＧ燃料系统的特点 ①发动机燃用ＬＰＧ时，动力性有所下降是必然的。 原因是：燃用汽油时，汽油在化油器中只有部分蒸发，进 一步的蒸发在进气管和气缸内完成。其蒸发潜热来自空 气和发动机机件，故混合气温度低，密度大；而在燃用 ＬＰＧ时，ＬＰＧ以气态形式进入发动机气缸，燃料所占的容 积大，容积利用率低，并且混合气温度高，密度小，致使 实际进入气缸的混合气质量少，故其输出功率小，发动 机功率的恢复必须通过进一步优化混合器的安装位置、 电控加浓和电控ＬＰＧ喷射等方法实现。 ②发动机燃用ＬＰＧ，需要的空气量较汽油多，从前面 论述可以看出，ＬＰＧ理论空燃比比汽油高，使用ＬＰＧ时， 必须供给比燃用汽油时多的空气量，一般空燃比在 １５．７～１６之间。 ③发动机燃用ＬＰＧ较汽油抗爆性好，这是由于ＬＰＧ 辛烷值比汽油高，汽油辛烷值为９０—９５，而ＬＰＧ的辛烷 值为１０３～１０５。 ④燃用ＬＰＧ，火焰传播速度较汽油慢，因此其点火角 度要做适当的调整，见图４。
ＣｎＨｍ＋０２＋Ｎ２一十Ｃ０２＋ＣＯ＋Ｈ２０＋ＮＯｘ＋ＣＨ
空气中氮气与氧气体积比约为３．７６～３．８；过量空 气系数入为燃烧１ｋｇ燃料的实际空气量同理论空气量之 比，即实际空燃比与理论空燃比之比。根据燃烧化学反 应式计算，汽油的理论空燃比为１４．７，丙烷的理论空燃 比为１５．７，丁烷的理论空燃比为１５．５。
万方数据
中国环保产业ＣＥＰＩ
２００２ ９
—２５—
科技纵横
ＳＣⅡ￡ＮＴⅡｒＩＣ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬｏＰＭＥＮＴ
保障改装的ＬＰＧ／汽油双燃料汽车的使用性能，尾 气排放性能及安全性的关键是，专用装置的选择、改装 过程的严谨和改装后的调整及检查。
三、ＬＰＧ汽车的专用装置和汽车原汽油发动机的匹配 对在用车的改装中，面对多种在用车发动机，为了 满足日趋严格的环保要求和良好的使用性能，需要对发 动机相关的特性做细致的探讨和研究。 （一）发动机燃料的燃烧 改装车型的发动机硬件部分已经定型，改装工作关 键是控制发动机的燃烧，使发动机有较理想的动力输出 和尾气排放指标。 １．燃料的成分 双燃料汽车的燃料为汽油和液化石油气，二者均是 由多种碳氢化合物组成的混合体。 汽油以含七个或八个碳原子的烃类为主，ＬＰＧ则以 含三个或四个碳原子的烃类如丙烷（Ｃ，Ｈ。）、丙烯（Ｃ，Ｈｓ）、 丁烷（ｃ。Ｈ。ｏ）、丁烯（ｃ。Ｈｓ）为主的混合物。汽油和ＬＰＧ均 可以化学分子式Ｃ。Ｈ。表示。 ２．燃料的燃烧过程 燃料燃烧的反应式 ＣｎＨｍ＋Ｏ：＿ＣＯ：＋２Ｈｚ０ 然而由于燃烧时环境的不稳定和氧气不足，反应不 完全而产生了一些污染物质，反应式如下：
供给发动机可燃混合物的浓度，应能使混合物在气 缸中迅速而完全地燃烧。燃烧迅速能使发动机输出更大 的功率，混合物燃烧完全则对降低耗油率、减少尾气排 放有害气体及提高经济性有利。可燃混合气迅速完全燃 烧的条件是：燃料与空气以最佳比例充分均匀混合。
理论空燃比是指燃料进行完全燃烧时所需的空气 量和燃料的质量之比，完全燃烧时空气过量系数入为 １。然而在实际燃烧时，空气与燃料的的供给量不可能恰 为理论空燃比，当入＞１时，表示空气量较多，为稀混合 气；当入＜１时，表示空气量不足，为浓混合气。
表 可燃混合气浓度对发动机性能的影响
混合气 空气过 发动机 燃料消 种类 量系数ｘ 功率Ｎ２ 耗率
尾气排放 状态
备注
火焰传
０．４
播上限
混合气不燃烧，发 动机不工作
过浓混 合气
０．４８— ０．８７
浓混合气 ０．９
减少 最大
ＣＯ、ＨＯ升高， 燃烧产生积炭，排
显著增大 ＮＯｘ降低
黑烟，排气放炮
ＣＯ、ＨＯ降低， 增大１８％ ＮＯｘ升高
关键词：ＬＰＧ汽车；专用装置；汽油发动机
中图分类号：Ｘ３８２．１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００６—５３７７（２００２）０９—００２５—０３
Ｓｐｅｃｉａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｏｆ ＬＰＧ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｓ Ｍａｔｃｈ ｗｉｔｈ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅｓ
ＸＵ Ｋｕｉ—ｌｉ．ＺＨＡ０ Ｓｈａｎ．ｈｕｉ．ＪＩＮ Ｚｅ
汽油迟ｌＯ％～２０％；ＬＰＧ早１０％～２０％。
转速（转／分）
图４ ＬＰＧ与汽油燃料系统点火提前角度比较示意图
改装双燃料汽车的点火角度调整时，应对两种燃料
都要考虑，一般ＬＰＧ点火角度要提前３。～５０。
⑤ＬＰＧ所需要的点火能量较高，ＬＰＧ和汽油点火温 度分别为４２０。Ｃ和３０００Ｃ左右，ＬＰＧ点火温度比汽油高
作取得了一定的成绩和经验，但也存在着很多问题： １．ＬＰＧ／汽油双燃料汽车改造大部分采用机械式控
制方式，对被改装的车型及改装所使用的ＬＰＧ汽车专用 配套装置，没有严格的技术匹配，存在ＬＰＧ汽车专用装 置和原车技术指标不配套的情况；
２．ＬＰＧ汽车专用装置来源广泛，品种繁杂，技术水平 参差不齐，缺乏规范的管理；
研究试验表明，当发动机在入稍小于１时，输出的 功率最大。因为这种浓度的混合气燃料分子含量较多， 燃料分子密集，因此燃烧速度最高，热量损失最小，使得 气缸内平均压力最高；当入变小或增大时，发动机输出 的功率都会减少，这是由于前者空气量不足，后者燃料
分子密度减少，均使燃烧速度降低的缘故。对于不同的 发动机，这种相应于最大功率输出的入值是不一样的， 一般应选择在０．９～０．９９之间较为理想（见下表）。
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科技纵横
ＬＰＧ汔车硇董用装置和汔车原汔油发动相响匹配
徐奎礼，赵珊挥，金哲
（北京青绿兰环保科技开发有限公司，北京
１０００２０）
摘要：本文从ＬＰＧ汽车的燃料成分、燃烧过程、工作原理等方面，介绍了ＬＰＧ汽车的专用装置和汽车原汽油发 动机的匹配问题。
发动秽Ｌ
图２ 机械式控制ＬＰＧ汽车工作原理 一般混合器安装在原发动机化油器上方，配合发动 机进气歧管的吸力，在混合器中利用文氏管产生负压将 蒸发调压器的ＬＰＧ吸入气缸内供给发动机各工况所需 的供气量，因此混合器的设计和安装直接影响可燃混合 气的供给量，并直接控制空燃比。机械式控制的ＬＰＧ汽 车系统的混合器是与发动机进行匹配最重要的部件。 ２．电控喷射闭环控制的ＬＰＧ汽车工作原理 该系统利用发动机进气量传感器、节气门开度、水 温、发动机转速及氧传感器形成闭环控制，准确控制空 燃比，可减少各汽缸间燃烧不均匀及减少环境变化的影 响，使ＬＰＧ汽车易发动、易控制。提高加速和减速反应， 可在提高发动机功率输出的同时减少尾气排放污染。 目前，我国的车用ＬＰＧ气质不够稳定，影响发动机 正常工作的有害物质较多，如烯烃类的成份尤其是丁二 烯，其受热后易产生聚合，生成胶状物堵塞喷嘴致使汽 油、ＬＰＧ系统均无法工作。为了减少发动机燃用ＬＰＧ故 障率，我们采用图３的原理。 液化石油气双燃料汽车电控闭环控制系统，用于化 油器及电喷发动机，可以得到相当不错的效果。采取这 样的办法，利用原发动机的氧传感、信号输入ＬＰＧ系统 专用的控制器，经判断后给步进电机调整供气量，以达 到最佳燃烧状态。
一、ＬＰＧ（液化石油气）汽车发展状况 我国燃气汽车发展很快，燃气汽车的数量由１９９８ 年的１万辆发展到２００１年８万辆，由初期的１２个示范 城市发展到全国各大、中城市，尤其是对占城市汽车总 运行里程的４０％～５０％的公交车和出租车改成燃气汽 车，使我国的燃气汽车市场开始形成和发展。 ＬＰＧ汽车可分为三代产品，即机械式控制、电控单 点喷射式和闭环电控多点喷射式加三元催化净化装 置。目前，我国ＬＰＧ汽车大多采用了机械控制式，存在着 传统化油器汽车同样的缺点，各缸分配不均匀，调节精 度差，处于发展过程中的初级阶段。在改善大气质量上 与汽油车相比，有一定效果，但排放水平尚达不到欧洲 Ｉ、Ⅱ号法规的限值。液化石油气汽车机械式控制，在尾气 排放性能上与汽油车相比：ＣＯ可下降６０％～８０％，ＨＣ 可下降７０％～８０％，而对ＮＯｘ下降没有明显效果，在发 动机动力性能上有２％一５％的损失。 第三代ＬＰＧ汽车与电喷汽油车相比，ＣＯ可下降 ９０％．９８％，ＨＣ下降９０％～９８％，ＮＯｘ下降８０％一 ９０％，此排放值可达到欧洲Ⅲ号、Ⅳ号法规限值和美国 加州超低排放标准，是真正的清洁环保汽车。同时，发动 机动力性与汽油车基本接近，具有良好的使用性能。 二、我国ＬＰＧ汽车发展中的问题和技术对策 第一代和第二代ＬＰＧ汽车技术都是过渡性的，具有 降低有害气体排放、改善大气质量的作用；同时，也有安 装价格低的优势。它适用于在用化油器式汽车改造，尾 气排放完全能满足ＤＢｌ Ｉ／０４４—１９９９标准，但要进行严 格的技术匹配、正确的安装调整和维护，否则，在使用及 尾气排放性能方面，均得不到良好的效果。 经几年的实践，我国ＬＰＧ／汽油双燃料汽车改造工
１２０左右，所以ＬＰＧ所需的点火强度高于汽油，在改装
要的（见图１）。
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３．改装技术人员及驾驶员缺乏必要的技术培训； ４．车用ＬＰＧ气质不稳定，很多地方的车用ＬＰＧ气 质没有达到国家标准； ５．安装技术差，存在安全隐患。 由于上述问题的存在，改装后的ＬＰＧ／汽油双燃料 汽车在燃烧汽油时造成耗油量增大，尾气排放有害气体 增高，燃用ＬＰＧ时加速不良、动力下降、怠速不稳等。 经过实践，针对上述问题总结出相应的技术对策： １．ＬＰＧ／汽油双燃料汽车在整车布局设计上必须遵 守ＬＰＧ汽车改装原理及改装程序； ２．发动机改装成为双燃料系统，即可以燃烧ＬＰＧ也 可燃烧汽油，因此改装后的汽车原燃油系统不能改变， 以保证原车的工作性能； ３．为保证改装后的ＬＰＧ汽车发动机的性能以及尾 气排放达到预期的效果，必须采用有良好工作性能的 ＬＰＧ汽车专用装置，并保证正确的安装调整和维护； ４．ＬＰＧ是一种易燃易爆的甲级危险品，改装ＬＰＧ／ 汽油双燃料系统要确保安全。首先，要选用安全性能达 到国家标准的ＬＰＧ汽车专用装置，选用国外产品，安装 前须进行必要的检测，确保安全系统的正常工作；在安 装过程中，改装作业流程的每一个细节都要符合安全要 求；改装后，根据国家标准做全套安全检查试验。
万方数据
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ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬｏＰＭＥＮＴ
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（二）ＬＰＧ系统燃烧特性和工作原理 １．机械式控制ＬＰＧ汽车的工作原理 机械式控制ＬＰＧ系统的工作流程：液态ＬＰＧ靠钢瓶 内的ＬＰＧ自身的蒸气压力压出钢瓶，通过高压管路，在 流经滤清器时将杂质滤掉，然后经电磁阀流人蒸发调压 器，在蒸发调压器内经发动机冷却循环水系统加热气化 为气态和两次调压后，进入混合器和空气混合，进入发 动机燃烧（图２）。