汽油_LPG雙燃料汽車動(dòng)力性研究

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)汽車保有量逐年增加，汽車尾氣排放已經(jīng)成為環(huán)境質(zhì)量的主要污染源，給生態(tài)環(huán)境帶來的影響日益加劇。另外，世界范圍內(nèi)石油資源逐漸枯竭，能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換加速。液化石油氣(LPG)低排放的環(huán)保功能，是改善發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能的有效措施之一，并且我國(guó)天然氣和石油氣資源比較豐富，使用LPG也可以在一定程度上緩解石油資源緊缺的矛盾。

LPG供給系統(tǒng)易于在燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是在汽油機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，改裝時(shí)可以利用原有的進(jìn)氣系統(tǒng)，保留原有燃油的供給系統(tǒng)，構(gòu)成雙燃料汽車。所以本文通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架、GT-drive軟件研究燃用LPG燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。

1 LPG與汽油化學(xué)特性的比較

LPG是石油產(chǎn)品精煉過程中的副產(chǎn)品，主要由丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）組成，在常溫常壓下是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)毒的氣體，在0.2MPa~2MPa的壓力下呈液態(tài)，實(shí)際壓力取決于丙烷和丁烷的混合比以及溫度。LPG與汽油的理化性質(zhì)差異主要表現(xiàn)如表1所示。

表1 LPG和汽油化學(xué)特性比較

LPG對(duì)油脂、機(jī)油、涂料具有溶解或清洗作用，同時(shí)會(huì)造成天然橡膠膨脹。LPG通常對(duì)金屬和合金沒有腐蝕作用，不會(huì)影響機(jī)油的使用性能。

由于LPG中碳原子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽油，因此在相同熱效率的情況下，LPG排放的CO和CO2相對(duì)較少。LPG分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又是氣體，容易產(chǎn)生均勻的混合氣，因此燃燒較完全，不完全燃燒產(chǎn)生的有毒物質(zhì)較少，但是較高的燃燒溫度，則容易導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物中的NOx增加。

2 設(shè)計(jì)方案

本方案研究在不改變?cè)邪l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加裝一套LPG噴射系統(tǒng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成同時(shí)燃用LPG、汽油的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。本次試驗(yàn)的原型車為某一企業(yè)匹配1.4 L四缸自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛，其發(fā)動(dòng)機(jī)主要的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在不改變?cè)须娍厝加蛧娚湎到y(tǒng)的前提下能夠切換為燃燒LPG，本次試驗(yàn)在原車電控燃油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加了LPG供氣系統(tǒng)、LPG ECU、切換控制模塊、LPG噴氣閥驅(qū)動(dòng)等部件，LPG供氣系統(tǒng)改裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

改裝之后發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙ECU控制，在原機(jī)線束上將傳感器信號(hào)引入ECU(LPG)，ECU(LPG)的控制線與執(zhí)行器連接，噴油器連接在ECU(原機(jī))上，LPG噴嘴連接在ECU(LPG)上。通過LPG切換控制來完成汽油和LPG燃料的切換使用，具體改動(dòng)如圖2.

圖2發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3 試驗(yàn)及仿真結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果分析

在相同條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)分別燃用汽油和LPG兩種燃料，并在相同運(yùn)行條件下進(jìn)行外特性試驗(yàn)。扭矩對(duì)比曲線和功率對(duì)比曲線如圖3和圖4所示。

圖3 扭矩對(duì)比曲線（汽油VS LPG）

圖4 功率對(duì)比曲線（汽油VS LPG）

由圖3和圖4可以看出，相對(duì)于燃用汽油，使用LPG后發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降了約3%，扭矩下降了5%左右。原因有：一是LPG的混合氣熱值低于汽油，理論空燃比高于汽油，燃用LPG每循環(huán)放出的熱量低于汽油；二是LPG采用混合氣式燃料供給方式，導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)入氣缸的空氣量減少；三是LPG的火焰?zhèn)鞑ニ俣缺绕吐?，燃燒特性與汽油存在差異。上述的三點(diǎn)因素導(dǎo)致燃用LPG的發(fā)動(dòng)機(jī)性能較汽油機(jī)有所降低。

3.2 仿真結(jié)果分析

利用GT-Drive軟件仿真某車型燃用汽油_LPG雙燃料的的動(dòng)力性，其建模部件包括發(fā)動(dòng)機(jī)模型、離合器模型、變速箱模型、差速器模型、半軸模型、剎車模型、輪胎模型，以及整車數(shù)據(jù)模型和道路環(huán)境模型，模型連接圖5所示。

圖5 GT-Drive模型

由圖6、7、8可以看出，某車型燃用汽油/LPG雙燃料之后，最高車速為145.4 km/hr，最大加速度為2.761m/s^2，最高爬坡度為48%。

圖6驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力功率平衡圖

圖7汽車加速度曲線的動(dòng)力特性

圖8汽車爬坡度的動(dòng)力特性

4 結(jié)束語(yǔ)

燃用LPG以后，發(fā)動(dòng)機(jī)、整車的改動(dòng)都較小，只需增加一套LPG供氣系統(tǒng)、LPG控制系統(tǒng)并且更改發(fā)動(dòng)機(jī)線束。燃用LPG，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率相對(duì)于汽油機(jī)降低了約3%，扭矩相對(duì)降低5%左右。整車的最高車速為145.4 km/h，最大加速度為2.761m/s^2，最高爬坡度為48%。

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