陈传举  宗永平

(河南科技大学车辆与动力工程学院，河南洛阳，471039)

【摘要】 用气体燃料代替汽油，是目前解决城市空气污染的一个可行方法。为减少改装成本，气体燃料系统多采用通用型的减压蒸发器和人工调整的功率调节器，而混合器则采用结构简单的文丘里式。但减压蒸发器和混合器的设计是各自独立进行的，因而存在着匹配上的问题。虽然功率调节器可对某一工况进行调整，但对其它工况则无能为力。笔者使用液化石油气（LPG），就东风6100汽油机与我国应用较广的国外某公司的减压蒸发器与上述的混合器和功率调节器做了匹配实验。从中发现，从怠速到最大负荷等多种工况，发动机性能均未处于最佳的工作状态。本文就这些问题产生的原因及解决的办法分别进行了论述。

关键词：气体燃料；汽油机；匹配实验

中图分类号：文献标识码：A

 Experimental Investigations on LPG – Fueled System

(Inst. of veh. and Eng. ,Henan Uni. of Sci. and Tech. )

Abstract：In order to reduce exhaust emissions of vehicles in cities gaseous fuel is used.  Though the electronic injection systems are effective, the costs for carburetor gasoline engines to be equipped with gaseous fuel system are high. The popular methods for reforming the above gasoline engines are to employ gaseous fuel mixer/gasoline carburetor system. This gaseous fuel system consists generally of vaporizer, mixer and efficiency regulator. Usually, the vaporizer is in common use, the mixer is in simple type consisting of a fixed ventruri gas ring, and the efficiency regulator is adjusted by hand. Du to the independently respective designs of the vaporizer (from aboard) and the mixer (made in China) there are matching problems. The problems raise the amounts of fuel consumption and emission HC.The efficiency regulator has only a little influence on the problems. The solutions of these problems are also described in this paper.

Key words: Gaseous fuel ; Gasoline engine ; Matched experiment

引言

为以最少的成本改善城市中的汽车废气污染，目前较可行的方法是燃用气体燃料LPG（液化石油气）、CNG（压缩天然气）。虽然电子控制喷射系统可使燃用气体燃料的排气污染进一步降低[1]，提高压缩比并且应用稀薄燃烧技术[2][3]，可使发动机机的经济指标得到进一步改善，但终因成本太高，在化油器式的汽油机改装中很少应用。相应的采用最多的仍是文丘里式混合器—减压蒸发器系统。该系统的设计思路是把减压蒸发器作为主导，而混合器以辅助角色出现。其原因是把减压蒸发器制成通用型（即一种型号适合多种汽油机），而文丘里混合器则因其结构简单，只要适当改变其尺寸，即可方便地装到任一发动机上，从而使汽车改装为双燃料或单纯燃用气体燃料的成本降低。但是这种系统由于过多地追求低改装成本，因而广泛存在着性能匹配的问题，发动机的性能不能达到最佳状态，HC的排放量不能有效降低。为此有的燃料系统中又串接一个手动的功率调节阀，企图改善这种状况。但功率调节阀的调节能力有限。本文就上述结构的LPG系统在东风6100汽油机上的应用进行了广泛的实验研究，从中发现了诸多需要改进的地方，并提出了解决问题的设想。

1实验

 1.1实验条件

                                             

  

图1  文丘里式混合器                       图 2  功率调节阀

1 环套  2 混合器体  3 锥体  4 锁紧螺母        1 阀体  2 调节阀柱  3 弹簧

5 紧固螺钉  6 支撑筋板

1.2  LPG系统

文丘里混合器结构见图1，无怠速系统和加浓装置。本实验取喉管直径为50 mm，该直径在很大程度上受安装位置和化油器尺寸的限制。混合器中间的锥体可有效改善燃料与空气的混合。功率调节阀的结构见图2，调整过程由人工操作。减压蒸发器，系两级减压装置，具有怠速和大负荷的调节功能。整个LPG系统的布置见图3。

1.3   实验过程

小开度时，发动机的空转转速为500r/min，继续关小功率调节阀，发动机空转转速可稳定的维持在380～400r/min，此时功率调节阀几乎等同于一个怠速调节阀。

用不着再测取过多的点，已可足以说明减压器提供给混合器的LPG量大于发动机在该工况的需求量，从而使HC的排放量增加，不论是大负荷、部分负荷或者在怠速都会出现类似问题。而名誉上的“功率调节阀”，事实上只能调节一种工况，对其它工况则无能为力。

2 实验结果的分析

2.1  混合器

本实验采用这种混合器尽管结构简单，但在改装化油器式发动机时应用却较为普遍。这首先是考虑到为实现双燃料功能，必须保留原化油器系统，所以混合器自身的结构就受到了限制。更主要的是这类混合器的加工制做方便，成本低。

2.1.1混合器喉口直径 

在燃用LPG时，燃料进入混合器前已为气态，气体燃料的密度远小于汽油的密度，故混合器喉口处的真空度应较化油器的为低，或者说混合器喉口直径应较大；此外LPG以气态进入喉口，其体积远大于液态的汽油，因而会使空气的进入量受到阻碍。为保证有合适的充气系数，喉口处的直径也应较大。关于混合器喉口直径的确定，我国尚缺乏这方面权威的资料。

2.1.2混合器应有独立工作系统 

本实验采用的混合器无怠速和大负荷加浓装置，其工作特性相当于简单化油器，因而不可能在宽广的范围内进行有效的调节。混合器装在发动机的进气口上，对发动机工况的变化感应灵敏，但因无独立的调节机构，需要把这种感应传递到混合器，这样即造成调节滞后。上面的实验结果也说明了这一点。

2.2减压蒸发器

减压蒸发器的制造商为了降低制造成本，大力加强减压蒸发器的通用性，使其除具有减压功能外，还能对不同的工况进行调节，国外来的减压蒸发器尤为如此。但这种调节首先是对发动机工况变化反映滞后，其次是良好的通用性造成了对不同发动机的针对性不强。设置功率调节阀就是打算弥补这一点，只是手动的功率调节阀仅能调节一种工况。对于多数工况它对减压蒸发器的不足起不到补偿作用。也可以说装手动功率调节阀的作用微乎其微。

由上述分析可见，结构简单的混合器配通用的减压器和手动功率调节阀，虽然改装成本底、安装方便，但却是以牺牲发动机的性能为代价。

一个较为可行的办法是采用闭式循环[5]，即在燃料供给系统中加装电磁补气阀。ECU（电子控制器，见图3）根据安装在排气管中的氧传感器的信息，控制补气阀的补给量，从而使各种工况都能得到有效的控制。这样做会使整个改装成本有所增加，但发动机的经济指标会进一步得到改善，从而抵消改装所增加的成本。此外另一种好处是尾气中的有害成份将进一步降低。

3  结论

⑴ 改装双燃料发动机，若采用通用型的减压器，必须针对具体机型做匹配实验。

⑵ 结构简单的混合器，即使配备性能完善的减压器，发动机的性能也会受到影响。

⑶ 手动的调节阀不能满足发动机各种工况的要求。

参考文献：

[1]    Roberto Cipollone, Carlo Villante. A/F and Liquid-Phase Control in LPG Injected Spark Ignition ICE [J]. SAE paper 2000-01-2974(2000).

[2]    Shinici Goio, Daeyup Lee ,etc. Performance and Emissions of an LPG Lean –Burn Engine for Heavy Duty Veicles[J]. SAE paper 1999-01-1513(1999)

[3]    詹樟松. 点燃式发动机稀燃速燃的理论探讨和试验研究[J]. 农业机械学报, 2000，31（7）.3）器                                            

[4]    孙济美. 天然气和液化石油气汽车[M]. 北京：北京理工大学出版社，1999，P16~17.

[5]   黄海波. 燃气汽车结构原理与维修[M]. 北京：机械工业出版社，2002，P21.