混合器式液化石油气小型发动机性能研究

2002年5月

农业机械学报

第33卷第3期

混合器式液化石油气小型发动机性能研究

*

邓宝清　李理光　韩永强　肖宗成　王惠萍　刘巽俊

【摘要】　通过对汽油机改装的液化石油气发动机进行实验研究,得出了混合器形式对液化石油气发动机的性能有重要影响的结论,优选出既便于控制又有利于动力性发挥的等比例混合器;台架实验表明,通过对压缩比的匹配调整和空燃比的合理控制,汽油机改装的液化石油气发动机不用后处理技术就能满足排放法规和噪声法规,其动力性仅下降4%左右。

叙词:发动机　动力性　代用燃料　液化石油气中图分类号:T K 431

文献标识码:A

Study on Dynamic Properties of a Small LPG Engine with Mixer

Deng Baoqing Li Lig uang Han Yongqiang Xiao Zong cheng Wang Huiping Liu Xunjun

(J ilin University )

Abstract

The dy nam ic properties o f a LPG eng ine refitted from a g asoline one w ere analyzed and a mix er w ith geometric proportion,w hich had the features of the conv enience of contro l and low po wer co nsum ption,w as selected by the ex periments of various types of mix ers.T he exper im ental results indicated that the natur e of a mixer had a significant influence o n a LPG eng ine and a LPG eng ine refitted from a gasoline one could meet the standards of emissions and no ise w ith only a four percent pow er loss w itho ut any do wnstream pro cessing.

Key words Eng ines,Po w er perform ance,Alter native fuel,Liquefied petroleum gas

收稿日期:20010530

*国家经贸委技术创新项目(项目编号:国经贸技1998年第345号)

邓宝清　吉林大学汽车学院内燃机系　讲师　博士生,130025　长春市李理光　吉林大学汽车学院内燃机系　教授　博士生导师韩永强　吉林大学汽车学院内燃机系　助教肖宗成　吉林大学汽车学院内燃机系　高级工程师王惠萍　吉林大学汽车学院内燃机系　副教授

刘巽俊　吉林大学汽车学院内燃机系　教授　博士生导师

前言

将化油器式汽油机改装成混合器式液化石油气(LPG )发动机是一种既经济又有效的环保措施[1]。改装的LPG 发动机动力性的恢复非常关键。普通的文丘里管式混合器使发动机的动力性下降较大(10%～15%),常使驾驶员感到车“没劲”;电控喷射虽然能够缓解动力性下降问题(5%～10%),但是成本增加较多,如果匹配不好导致发动机动力性下降更大(20%～30%),排放性能也差。为此,作者针对改装后的LPG 发动机动力性的恢复进行了实验研究。

1　实验条件与仪器设备

实验用发动机是在125mL 化油器式、单缸、四冲程、水冷、顶置式气门发动机基础上去掉汽油机燃料供给系,加装LPG 燃料供给系改装而成。汽油机

主要技术参数为:S =57.8m m,D =52.4m m, c =10.3,P e = 6.5kW (7500r /m in ),M =9.5N ・m

(6000r/min)。LPG 燃料供给系主要由储气钢瓶、钢瓶阀、电磁阀、调压蒸发器和新开发的等比例混合器等组成。图1是LPG 发动机的基本组成。

台架实验包括测功、尾气测量、燃料测量和大气测量等部分。图2是发动机台架测量系统的示意图。

主要仪器有测功机、废气分析仪、薄膜式低压差流量计、秒表、转速表、温度计、大气压力计和U 型管压力计等。

图2LPG 发动机台架测量系统的示意图

测功机

排气消声器

LPG 发动机

数字式转速表大气状态与燃烧流量测量

废气分析仪薄膜式低压差流量计是本研究中新开发的一种容积式流量计,它是通过测量气体流经一定容积的时间来计算气体流量的。该流量计具有阻力小、测量精度高的优点,适用于测量低压和微压气体。

2　发动机台架实验与结果分析

2.1　文丘里管式混合器

汽油机改装为LPG 发动机,文丘里管式混合器是最简单也是最常用的一种方式。图3是文丘里管

式混合器的结构示意图。

图3　文丘里管式混合器示意图

图4是将化油器改换成文丘里管式混合器并且

合理匹配了动力性后的LPG 发动机与原汽油机的

外特性对比曲线。

图4　文丘里管式混合器L PG 发动机与汽油机外特性对比　

从图4可以看出,普通的文丘里管式混合器

LPG 发动机与汽油机相比,最大功率点功率下降11%,最大转矩点转矩下降13%,外特性下降幅度

最大点(3500r /min)转矩下降多达37%。这还是文丘里管式混合器LPG 发动机能获得的较好的性能。其动力性下降主要原因有:

(1)LPG 是气体燃料,在进入气缸之前就以气态形式与空气在混合器和进气管中混合,混合气进

入气缸后LPG 占据了一定的容积,使得进入气缸的新鲜空气量减少4.2%左右。LPG 发动机理论空燃比是23.8,如果不改进进气系统或其他结构参数,

输出的动力性必然比汽油机下降4.2%以上。

(2)文丘里管式混合器为了吸出经调压蒸发器减压后的气态LPG,设置了喉口,喉口节流使进气阻力增大,对高速汽油机动力性影响较大。

(3)为追求高速的动力性,本文喉口直径和LPG 通过面积都较大,再加上低速(3500r/m in)附近由于进气压力波的负压作用使得混合气过浓,动力性下降更为突出。如若匹配低速区,则高速动力性下降更明显。因此,对燃气不加以其他控制的文丘里管式混合器很难把发动机的各个转速与负荷都匹配得很好。

2.2　等比例混合器

为克服文丘里管式混合器的上述不足,作者开发了一种燃气流量既受节气门开度控制,同时又受空气流量控制的等比例混合器,其结构如图5所示。

图5　等比例混合器结构示意图

图6　等比例混合器L PG 发动机与汽油机外特性对比

图6为等比例混合器LPG 发动机与汽油机外特性的对比曲线。从图中可以看出,使用等比例混合器的LPG 发动机的动力性与汽油机相比下降不大,最大功率点的功率下降6%,最大转矩点的转矩下降7%,外特性下降幅度最大点的转矩下降11%。这

15

　第3期邓宝清等:混合器式液化石油气小型发动机性能研究