低排放LPG發(fā)動機控制系統(tǒng)開發(fā)研究
加裝該系統(tǒng)后的排放情況及動力性能，排放指標(biāo)達到歐洲n排放標(biāo)準(zhǔn)、動力性能僅相差5%左右敘詞：電子控制液化石油氣排放試驗研究LPG（LiquefiedPetroleumGas）液化石油氣，是原油提煉過程中的副產(chǎn)品或天然氣在煉制過程中所產(chǎn)生的氣體。其主要成份由丙烷C3H8（PROPANE），丁烷C4H10（BUTANE）等所組成。LPG本身無色、無毒、無味，在常溫常壓下為氣態(tài)，為了儲藏及運輸?shù)姆奖悖＜訅撼梢簯B(tài)方式，1L的LPG由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)其體積增加為隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展和汽車保有量的高速增長，城市機動車有害排放物已成為我國城市大氣環(huán)境主要污染源。城市篼樓林立、街道狹小，汽車排出的廢氣不易擴散，機動車尾氣排放高度接近人的呼吸篼度，使得城市汽車污染已成為影響城市發(fā)展和人民生命健康的一個重大問題。城市出租車由于行駛里程多，運行相對集中于市區(qū)而成為治理焦點。作者研究了LPG出租車改造，開發(fā)了能滿足ECE83/01（歐洲I號）法規(guī)要求的LPG汽車。
發(fā)達國家LPG用作汽車燃料可追溯到20年代，經(jīng)長期研究和開發(fā)，技術(shù)逐步成熟，各國機動車排放法規(guī)曰益嚴(yán)格的限制，促進了LPG汽車更進一步的發(fā)展，90年代達到了篼潮。LPG汽車使用情況見表1.據(jù)統(tǒng)計，目前世界上LPG汽車已超過640萬輛。
第1作者朱義倫上海交通大學(xué)動力與能源工程學(xué)院上海市華山路1954號郵編：200030表1LPG汽車使用情況表國家數(shù)量，萬輛國家數(shù)董，萬輛國家數(shù)董，萬輛溴大利亞33意大利105荷蘭35美國37泰國1.9俄羅斯45日本30.5墨西哥30韓國32加拿大14比利時9.6德國2.5璀典0.3英國5——UPG汽車的技術(shù)發(fā)展大致可以分為四個階段：第一階段為在傳統(tǒng)化油器上稍加改造，使汽車能夠燃用LPG燃料。僅僅起到汽油代用燃料的作用，并不意味著汽車的有害排放物就能下降；第二階段為電控LPG燃料供給裝置對混合氣濃度能起到一定的控制作用；第三階段為閉環(huán)單點電噴系統(tǒng)；第四階段為閉環(huán)多點電噴系統(tǒng)最佳匹配。這是當(dāng)今發(fā)達工業(yè)國普遍采用的技術(shù)，是使LPG汽車能成為名副其實的綠色汽車，也是LPG成為潔凈燃料的技術(shù)保證。
我自自90年代中期起開發(fā)LPG汽車，起步較晚。針對出租車絕大部分是化油器式汽油車的現(xiàn)狀，要進行LPG出租車改造，用第一階段技術(shù)達不到排放法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)，用第四階段技術(shù)不太現(xiàn)實。這意味著要改制燃用LPG的閉環(huán)電控系統(tǒng)發(fā)動機，較現(xiàn)實的方法是能兼顧技術(shù)基礎(chǔ)與改裝成本，使尾氣有害排放物大幅度降低的方案。上海交通大學(xué)汽車排放控制研究所，研制了LPG電控燃料供給及低排放控制系統(tǒng)（簡稱ET-LPG系統(tǒng)），將普通桑塔納化油器轎車改裝為滿足國家排放法規(guī)的低排放綠色轎車。
2基本原理ET―LPG系統(tǒng)（見）由調(diào)壓蒸發(fā)器、LPG氣量控制器、混合器、氧傳感器、電子控制單元、三元催化轉(zhuǎn)換器等組成?；驹砣缦拢篖PG在調(diào)壓蒸發(fā)器中減壓、吸熱、汽化，經(jīng)氣量控制閥進人混合器，與空氣混合后進人發(fā)動機。氧傳感器檢測排氣中氧的含量，電子控制單元根據(jù)氧傳感器檢測排氣中氧含量，通過LPG氣量控制閥，使進人發(fā)動機的LPG混合氣的空燃比控制在理論空燃比附近（過量空氣系數(shù)0a―般為0：98~1.02），使三元催化轉(zhuǎn)換器的綜合轉(zhuǎn)換效率達到較篼的值，汽車發(fā)動機尾氣經(jīng)過三效催化轉(zhuǎn)換器作用后得到了良好的凈化，從而大大改善車輛的排污狀況。3ET―LPG系統(tǒng)發(fā)動機臺架試驗為了深入研究化油器式汽油機采用ET-LPG系統(tǒng)后發(fā)動機的性能，在發(fā)動機臺架試驗臺上，對其在不同工況下的LPG發(fā)動機排放和性能進行了系統(tǒng)的測量。試驗用發(fā)動機為普通桑塔那轎車上所用的化油器式汽油機，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2.測量用的主要儀器見表3.為臺架示意圖，它由普通桑塔納發(fā)動機、水力測功器、ET-LPG系統(tǒng)及有關(guān)測試儀器等組成。根據(jù)上海大眾公司提供的有關(guān)參數(shù)，針對桑塔納轎車運行時有代表性的60km/h、90km/h、120km/h三種車速所對應(yīng)的1700r/min、2550r/min、3400r/nn發(fā)動機轉(zhuǎn)速工況點，對發(fā)動機性能進行了試驗研究，并與原第一類LPG系統(tǒng)及原化油器式汽油機的排放進行了測量和對比，得出了255r/min的試驗結(jié)果（見a、b）；同時還測量了配置ET―UPG發(fā)動機的外特性，并與原化油器式汽油機的外特性進行了比較，結(jié)果見。
表2試驗用發(fā)動機主要參數(shù)發(fā)動機型式直立四缸四沖程化油器式汽油機缸徑行程，m排量，L最篼轉(zhuǎn)速，i/min最大輸出功率，kW最大扭矩點轉(zhuǎn)速，r/min最大輸出扭矩表3ET―LPG發(fā)動機試驗用主要儀器儀器名稱型號生產(chǎn)廠商作用備注排放測試儀測尾氣Nx含量CO、HC排放測試儀測尾氣CO、HC含量NOx測試采用轉(zhuǎn)速測量儀煙臺尖端儀表公司測發(fā)動機轉(zhuǎn)速化學(xué)發(fā)光法，CO，HC測試采用非分散紅外線法U型管壓力計中國百丈儀器廠測進排氣壓力數(shù)字式溫度表上海內(nèi)燃機研究所測發(fā)動機有關(guān)溫度水力測功器江蘇啟東機械廠測扭矩和功率由代表性轉(zhuǎn)速下的臺架試驗的負荷特性排放試驗結(jié)果可見，ET-LPG系統(tǒng)在一氧化碳（CO）、碳氫（HC）、氮氧化物（NOx）排放量控制方面取得了極為顯著的效果：在幾乎整個試驗范圍內(nèi)，CO排放接近零；在170r/min時，HC排放小于50x和原汽油機的相比，有大幅度下降。對于車用發(fā)動機，另一重要指標(biāo)是改裝后發(fā)動機的動力性。為ET-LPG系統(tǒng)的外特性與原汽油機的比較。從圖中可以看出，ET-LPG系統(tǒng)的外特性與原汽油機相比，動力性影響較?。鹤畲笈ぞ攸c扭矩下降了4安裝ET―LPG系統(tǒng)發(fā)動機實車試驗研究按有關(guān)法規(guī)，在三輛桑塔納轎車上將化油器式汽油機改裝為ET―LPG系統(tǒng)發(fā)動機，經(jīng)國家環(huán)保局授權(quán)的權(quán)威機構(gòu)――泛亞汽車技術(shù)中心有限公司對車輛排放進行了嚴(yán)格的測量，ECER 83/02排放測試結(jié)果列于表4.雙怠速排放污染物測試結(jié)果列于表5.測試結(jié)果表明：ET―LPG系統(tǒng)樣車的排放指標(biāo)不但滿足歐洲I號法規(guī)，并達到國家2004年擬執(zhí)行的歐洲n號的標(biāo)準(zhǔn)。雙怠速排放完全滿足上海最近制定的雙怠速排放嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)。
表4泛亞ECER8V02排放測試結(jié)果檢測項目車輛i車輛2車輛3歐I標(biāo)準(zhǔn)歐n標(biāo)準(zhǔn)注：表列值為新車型形式認證限值，對產(chǎn)品一致性質(zhì)量檢驗限值為表列值的1.2倍。
表5泛亞雙怠速測試結(jié)果檢測項目車輛1車輛2車輛3上海標(biāo)準(zhǔn)低怠速高怠速低怠速篼怠速低怠速篼怠速低怠速篼怠速S結(jié)論研制開發(fā)的LPG電控燃料供給及低排放控制系統(tǒng)，可以將普通桑塔納化油器式轎車改裝為滿足國家排放法規(guī)的低排放綠色轎車。
在臺架試驗臺上，對發(fā)動機有代表性的三個轉(zhuǎn)速的有關(guān)性能進行了系統(tǒng)的試驗研究，試驗表明：所開發(fā)的ET―LPG系統(tǒng)在一氧化碳（CO）、碳氫（HC）、氮氧化物（NOx）排放量控制方面取得了極為顯著的效果，與原LPG發(fā)動機和原汽油機相比，有害排放物大幅度下降；使用LPG后，最大功率和最大扭矩都有所下降，但下降幅度較小，僅在5%左右，對實際使用沒有明顯影響。
安裝ET―LPG系統(tǒng)的三輛樣車，經(jīng)權(quán)威部門――泛亞汽車技術(shù)中心有限公司的嚴(yán)格測試，結(jié)果表明樣車的排放指標(biāo)不但滿足歐洲I號排放法規(guī)，并達到國家2004年擬執(zhí)行的歐洲n號的標(biāo)準(zhǔn)。雙怠速排放完全滿足上海最近制定嚴(yán)格的雙怠速排放地方標(biāo)準(zhǔn)。
ET―LPG系統(tǒng)的研制，可帶來良好的社會效益，可大幅度降低市區(qū)出租車的有害排放，對改善城市大氣質(zhì)量、促進社會進步有重大意義。
