SANTANA 3000 LPG系統(tǒng)

王枝東，趙抒萍

（儀征技師學(xué)院，江蘇 儀征 211400）

中國(guó)汽車的快速發(fā)展帶來(lái)了巨大的能源缺口及排放問題，必須尋求其他相應(yīng)的能源解決方案來(lái)緩解這一問題。LPG的開發(fā)和使用能夠提供切實(shí)可行的解決途徑。

液化石油氣簡(jiǎn)稱LPG。在常溫下，它是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒的氣體，其主要成分是丙烷和丁烷。各個(gè)不同地區(qū)的液化石油氣的成分各不相同，我國(guó)的液化石油氣中丁烷較多，占到62%～72%。

LPG的英文全稱是Liquefied Petroleum Gas，即液化石油氣，又稱壓凝汽油。請(qǐng)將其與另外2種燃?xì)馊剂?“壓縮天然氣” （Compressed Natural Gas，縮寫為CNG）、“液化天然氣” （Liquefied Natural Gas，縮寫為L(zhǎng)NG）區(qū)分開來(lái)。LPG對(duì)人體的健康危害級(jí)別為1級(jí) （藍(lán)色），是一種比較理想的、安全的燃料。

1 LPG的簡(jiǎn)要介紹

1.1 LPG的儲(chǔ)量

我國(guó)液化石油氣的資源包括油田和石油煉制廠2個(gè)方面。油田的液化石油氣是伴生氣處理過(guò)程中的輕烴產(chǎn)品，由于不含烯烴，所以適合做車用燃料。另一個(gè)來(lái)源是煉油廠的催化裂化和延遲焦化過(guò)程中的LPG。煉油廠生產(chǎn)的LPG含有大量的烯烴，如果不進(jìn)行減少烯烴的處理則不適于做車用燃料；如果使用這些LPG作為車用燃料，一定要測(cè)量它們的烯烴含量，一般只要烯烴含量低于10%就可以在汽車上使用。中國(guó)石油氣燃?xì)饪偣鞠到y(tǒng)每年從油、氣田回收的LPG約有25噸，我國(guó)西部地區(qū)的新疆克拉瑪依、澤普、塔里木等油田的LPG的年產(chǎn)量已達(dá)8萬(wàn)噸。隨著油、氣田產(chǎn)量的增加，LPG產(chǎn)量也會(huì)不斷地增加。另外，通過(guò)對(duì)石油煉油廠的LPG進(jìn)行減少烯烴的處理，也會(huì)增大汽車用LPG的資源。

1.2 LPG的運(yùn)輸

在常溫 （20℃）下，LPG氣瓶的壓力僅為0.8MPa，即8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，運(yùn)輸?shù)陌踩禂?shù)高，運(yùn)輸成本低。

1.3 LPG的排放

各種燃料對(duì)臭氧層危害性的比較如圖1所示，LPG相對(duì)于汽油的各類排放指標(biāo)如圖2所示。

2 SANTANA 3000 LPG系統(tǒng)的背景

2004年3月2日，上海大眾桑塔納3000“超越者1.8L” 上市； 2006年6月上海大眾桑塔納3000型2.0L上市。

SANTANA 3000采用了LPG系統(tǒng)，為了確保LPG系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，進(jìn)行了多項(xiàng)可靠的開發(fā)設(shè)計(jì):選用德國(guó)西門子公司提供的LPG噴嘴；采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)氣歧管和LPG燃料分配管；采用耐磨損、耐腐蝕的不銹鋼材料制成的LPG進(jìn)氣管、LPG回氣管；LPG內(nèi)置氣泵由著名的VDO公司開發(fā)；選用荷蘭專業(yè)氣瓶供應(yīng)商MVW公司制造的LPG專用鋼制氣瓶；選用意大利MED公司提供的電磁閥；進(jìn)行了累計(jì)超過(guò)100萬(wàn)公里的道路耐久試驗(yàn)，以及冬季、夏季、高原等一系列的試驗(yàn)，這些試驗(yàn)充分驗(yàn)證了LPG系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3 SANTANA 3000 LPG系統(tǒng)

3.1 LPG系統(tǒng)在SANTANA 3000上的總體布置

LPG的系統(tǒng)組成如圖3所示，LPG系統(tǒng)在SANTANA 3000上的總體布置如圖4所示。

3.2 儲(chǔ)氣瓶在后備廂的布置安裝

LPG儲(chǔ)氣瓶通過(guò)支架被固定在后備廂前部，其具體固定位置如圖5所示。

期末考試成績(jī)由兩大部分組成：期末考核+平時(shí)成績(jī)，即總成績(jī)=期末成績(jī)（70%）+平時(shí)成績(jī)（30%）。其中，平時(shí)成績(jī)根據(jù)學(xué)生平時(shí)作業(yè)、綜合實(shí)例和單項(xiàng)測(cè)試情況綜合評(píng)定；期末成績(jī)是利用Moodle 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在線考試，建立高質(zhì)量的試題庫(kù)，在題庫(kù)中，加大主觀題的比例，從考察學(xué)生客觀題的重心轉(zhuǎn)移到主觀題上，鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)腦，多思考，不局限于一種思維，讓學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)面向能力的考核。

3.3 LPG系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

LPG的系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖6所示。SANTANA 3000采用的是順序多點(diǎn)液態(tài)噴射系統(tǒng)，其發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)各部件的布置安裝如圖7所示。

3.4 LPG系統(tǒng)管路圖

LPG系統(tǒng)管路圖如圖8所示。LPG燃?xì)鈴募託饪诩尤脘撈?，在燃料供?yīng)泵的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)輸送管路，流經(jīng)截止閥、輸氣電磁閥進(jìn)入燃?xì)夥峙涔堋Ｔ诜峙涔苤?，LPG燃料按照各個(gè)氣缸的實(shí)際需要，由4個(gè)噴嘴進(jìn)行燃料噴射。富余的LPG燃?xì)鈩t通過(guò)回流管路，流經(jīng)回氣電磁閥、回氣單向閥重新回到氣罐中。油量顯示裝置能夠提醒駕駛員及時(shí)加氣。為了防止儲(chǔ)氣瓶壓力過(guò)高，系統(tǒng)的最大充氣量為80%，由限位裝置控制。當(dāng)管路壓力超過(guò)2.7MPa時(shí)，過(guò)壓保護(hù)閥會(huì)開啟，以保證系統(tǒng)的安全。壓力傳感器可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)測(cè)出進(jìn)氣歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送入電控單元，作為決定噴油器基本噴油量的依據(jù)之一。溫度傳感器能即時(shí)監(jiān)測(cè)燃油溫度，以保證系統(tǒng)的安全。為了防止高溫造成管內(nèi)壓力過(guò)高，回氣管路B段被設(shè)計(jì)成U型，并與汽車空調(diào)系統(tǒng)的冷凝管固定在一起。當(dāng)鋼瓶?jī)?nèi)溫度達(dá)到極限值時(shí)，汽車空調(diào)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)開啟。在檢修LPG管路時(shí)，需要使用放氣閥排出多余的燃?xì)狻?/p>

3.5 LPG儲(chǔ)氣瓶與輸氣／回氣管路

3.5.1 LPG儲(chǔ)氣瓶

LPG儲(chǔ)氣瓶頭部示意圖如圖9所示，儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)部示意圖如圖10所示。

儲(chǔ)氣瓶標(biāo)稱容量為60 L，儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)含有內(nèi)置氣泵、組合閥、溫度傳感器、浮子、80%充氣限位等裝置。儲(chǔ)氣瓶中還裝有濾網(wǎng)，以過(guò)濾燃?xì)庵械碾s質(zhì)。LPG燃?xì)獗帽话惭b在LPG儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)部，負(fù)責(zé)建立整個(gè)燃?xì)庀到y(tǒng)的輸送壓力。LPG燃?xì)獗玫目刂剖怯呻娍貑卧瓿傻摹?0%充氣限位裝置實(shí)際上是一個(gè)浮子機(jī)構(gòu)，當(dāng)充氣量達(dá)到80%時(shí)，浮子上升到一定高度，并將充氣管路關(guān)閉。3.5.2 LPG輸氣／回氣管路

LPG輸氣／回氣管路如圖11所示。所有的LPG管路都采用耐磨損、耐腐蝕的不銹鋼材料。從后備廂的LPG儲(chǔ)氣瓶到發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的LPG燃?xì)夥峙涔埽?條LPG管路實(shí)現(xiàn)了燃?xì)獾墓┙o，其中一條是輸氣管路，另一條則是回氣管路。為了防止高溫造成管內(nèi)壓力過(guò)高，U型的回氣管路與汽車空調(diào)系統(tǒng)的冷凝管固定在一起。當(dāng)鋼瓶?jī)?nèi)溫度達(dá)到極限值時(shí)，汽車空調(diào)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)開啟，以幫助LPG管路系統(tǒng)降溫，避免壓力過(guò)高、加氣困難等狀況的發(fā)生。LPG管路采用了下部進(jìn)氣、上部回氣的方式，有利于帶走管道內(nèi)的氣泡。所有的LPG管路連接采用了雙卡套式結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了管道的密封性能。管路的密封接頭剖面如圖12所示。

3.6 濾清器

LPG系統(tǒng)中采用了從儲(chǔ)氣瓶到燃?xì)夥峙涔茉俚絃PG噴嘴的三級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，清除了LPG燃?xì)庵械碾s質(zhì)，防止因雜質(zhì)引起的管路堵塞 （尤其是在LPG噴嘴處的雜質(zhì)堵塞），保證了管路的暢通以及燃?xì)舛繃娚涞木珳?zhǔn)性。

3.7 LPG燃?xì)夥峙涔?/h3>

3.8 LPG噴嘴

LPG噴嘴如圖15所示，其結(jié)構(gòu)圖如圖16所示。在常態(tài)下，頂針受到回位彈簧的壓力，使燃?xì)鈬娚淇诿芊狻?/p>

當(dāng)電控接口收到電控單元所給出的脈沖信號(hào)后，電磁線圈里會(huì)有電流通過(guò)，并產(chǎn)生電磁場(chǎng)。銜鐵受到電磁力的作用后，克服回位彈簧的壓力，將頂針頂起，此時(shí)噴嘴打開，高壓燃?xì)鈴膰娚淇趪姵觥?/p>

調(diào)節(jié)調(diào)整螺栓，可以調(diào)整彈簧的預(yù)緊力，從而控制噴射時(shí)間和噴氣量。電控單元發(fā)出的脈沖信號(hào)隨時(shí)間的變化如圖17所示。

通過(guò)控制To，進(jìn)而控制燃?xì)獾膰娚鋾r(shí)刻，即LPG噴嘴打開的時(shí)刻。通過(guò)控制△t，進(jìn)而控制燃?xì)獾膰娚鋾r(shí)間，即LPG噴嘴打開的時(shí)間長(zhǎng)度。Imax則反映了噴嘴打開時(shí)所受的電磁力的大小。

3.9 LPG放氣閥

LPG放氣閥被設(shè)置在燃?xì)夥峙涔茴^部，只有在維修的時(shí)候需要使用，請(qǐng)勿擅自拆卸和改動(dòng)。

LPG放氣閥閥體通過(guò)螺紋安裝在LPG燃?xì)夥峙涔苌?（見圖18），頭部配有放氣閥閥蓋，擰下閥蓋，就可以放出燃?xì)夥峙涔軆?nèi)的多余氣體。

3.10 LPG單向電磁閥

LPG單向電磁閥如圖19所示。從LPG管路中輸送來(lái)的燃?xì)庠谶M(jìn)入LPG燃?xì)夥峙涔苤耙ㄟ^(guò)單向電磁閥。管路中裝配了2個(gè)單向電磁閥，分別是輸氣單向電磁閥和回氣單向電磁閥。單向電磁閥的控制信號(hào)由電控單元給出，系統(tǒng)壓力若超過(guò)2.7MPa，單向電磁閥會(huì)失靈。2個(gè)單向電磁閥中都有濾網(wǎng)，以去除燃料中的雜質(zhì)。

4 SANTANA 3000 LPG汽車性能

4.1 LPG系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）液化石油氣在常溫下進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)與空氣混合均勻，燃燒比較完全，可大幅度降低CO和HC的排放量，徹底改善微粒排放的污染。

2）燃料經(jīng)濟(jì)性好，其經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^的。

3）使用液化石油氣比汽油更安全，液化石油氣在車輛上是儲(chǔ)存在經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)加工的、具有高強(qiáng)度的氣瓶?jī)?nèi)，傳輸和加注均是在嚴(yán)格封閉的管道內(nèi)進(jìn)行，其氣瓶不易破裂，管路不會(huì)泄露。

4）冷起動(dòng)性能好，燃燒中不會(huì)產(chǎn)生如汽、柴油燃料中膠質(zhì)產(chǎn)生的積炭。

5）有較好的抗爆性。

4.2 LPG系統(tǒng)缺點(diǎn)

由于氣體燃料注入發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)是氣態(tài)，當(dāng)采用缸外預(yù)混合方式時(shí)，就會(huì)占據(jù)部分進(jìn)入氣缸的空氣量，棄氣系數(shù)比使用常規(guī)燃料大約低10%左右。同時(shí)，氣體燃料的理論混合氣熱值也較低，與同排量的汽油機(jī)相比，使用液化石油氣將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率有所下降 （5%左右）。汽車以雙燃料方式并存:即在原有汽、柴油機(jī)基礎(chǔ)上改裝，原汽、柴油供給系統(tǒng)不變，則需要增加液化石油氣的儲(chǔ)罐及供氣系統(tǒng)，這使整車成本略有提高。

4.3 油耗和氣耗的對(duì)比

SANTANA 3000 LPG汽車在保證動(dòng)力性的同時(shí)，燃料消耗也比較低。其油耗和氣耗的對(duì)比如圖20所示。

每升LPG的熱值為24.38 MJ，每升汽油的熱值為31.57 MJ。為了產(chǎn)生與燃燒1 L汽油同樣的熱值必須燃燒約1.3 L的LPG。不論使用汽油還是LPG都能達(dá)到歐洲Ⅲ號(hào)限值的要求。