LPG汽车发动机燃料燃烧的优化方案
改装车型的发动机硬件部分已经定型,LPG/ 汽油双燃料改装工作关键是控制发动机的燃烧使发动机有较理想的动力输出和尾气排放指标。
1 燃料的成分
双燃料汽车的燃料为汽油和液化石油气,二者均是一种由多碳氢化合物组成的混合体。
汽油以含7 个或8 个碳原子的烃类为主,LPG则以含3 个或4 个碳原子的烃类如丙烷(C3H8) 、丙烯(C3H6) 、丁烷(C4H10) ,丁烯(C4H8 ) 为主的一种混合物。汽油和L PG均可以化学分子式CnHm 表示。
2 燃料的燃烧过程
燃料的理论燃烧是碳氢化合物氧化为水和二氧化碳的过程,其反应式如下:
CnHm + (n + m/ 4) O2 →nCO2 + m/ 2 H2O
然而由于燃烧时环境的不稳定和氧气不足,反应不完全而产生了一些污染物质,反应式如下:
CnHm +λ(n + m/ 4) (O2 + rN2) →aCO2 + bCO +cH2O + dCO2 + eNOx + fCH
其中r - 空气中氮气占氧气体积比,约为3. 76～3. 8 ;
λ- 过量空气系数,为燃烧1kg 燃料的实际空气量同理论空气量之比,也就是实际空燃比与理论空燃比之比,表示可燃气体的浓度。根据理论燃烧化学反应式计算,汽油的理论空燃比为14. 7 ,丙烷的理论空燃比为15. 7 ,丁烷的理论空燃比为15. 5 。
供入发动机可燃混合物的浓度,应能使混合物在气缸中迅速而完全地燃烧,混合物燃烧迅速能使发动机输出更大的功率,而混合物燃烧完全则对降低油耗率,减少尾气排放有害气体及提高经济性有利,可燃混合气迅速完全燃烧的条件是:燃料与空气以最佳的比例充分均匀地混合。
理论空燃比是指燃料进行完全燃烧时所需的空气量和燃料的质量之比,完全燃烧时空气过量系数λ为1 ,然而在实际燃烧时,空气与燃料的供给量不可能恰为理论空燃比。当λ> 1 时,表示空气量较多,为稀混合气;当λ< 1 时,表示空气量不足,为浓混合气。研究试验表明,当发动机在λ稍小于1 时,输出的功率最大,因为这种浓度的混合气燃料分子含量较多,燃料分子密集,因此燃烧速度最高,热量损失最小,因而使得气缸内平均压力最高,当λ变小或增大时,发动机输出的功率都会减少,这是由于前者空气量不足,后者燃料分子密度减少,均使燃烧速度降低的缘故,对于不同的发动机,这种相应于最大功率输出的λ值是不一样的,一般应选择在0. 9～0. 99 之间较为理想。
3 可燃混合气浓度对发动机性能的影响
混合气浓度对发动机的性能和尾气排放是非常重要的,详见表1 、图1 。
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λ值稍小于1 时,可得最大扭力输出,然而尾气排放指标并不理想,排放的主要污染物为CO、HC和NOx ,其形成原因各不相同,CO 主要为燃烧不完
全所致,HC 是没有得到燃烧机会的分子;当λ大于1 时,可降低CO 和HC 的产生;在λ= 1. 1～1. 2 时,CO 和HC 产生量最少,而NOx 的产生则与燃烧的温度有着密切的关系,温度越高越易形成;因此在λ= 1 的附近形成的NOx 就较高。由此我们就可以了解到,要同时保证发动机较高的功率输出和低污染排放,必须高精度的控制发动机燃烧的空燃比,这是LPG/ 汽油双燃料改装工作关键技术所在。
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