（车辆工程专业论文）云南高原液化石油气城市客车实用性试验研究.pdf

摘要 目前云南城市客车主要是以汽油为燃料的化油器汽车，所排出的废气是城区大 气污染源的重点之一。云南地处高原，发动机充气效率下降，而且液化石油气装置 与发动机不匹配，缺乏必要的高原调整技术方案。本文应用试验的方法，对高原城 市客车的液化石油气装置的选择、发动机的改造及液化石油气装置的调整都进行了 深入研究和探讨。 本文首先分析了高原城市客车液化石油气燃料的高原特性，对高原城市客车的 液化石油气改造方案进行了系统的试验分析和研究，提出了基于高原城市客车液化 石油气燃料的高原适应性改造方案。其次，在此基础上，提出了液化石油气城市客 车的道路试验方案，并进行了改造车辆的道路试验研究分析。最终剥改装车辆投入 实际运营试验，分析验证了改造方案的实际应用效果以及液化石油气装置的使用可 靠性，并提出了云南省车用液化石油气装置改装及维修技术要求。 本文的研究成果通过云南城市客车在实际运营中的应用，证明了在车辆动力性 降幅较小的情况下，使用该方案对城市客车进行的液化石油气改装，可以改善城市 客车的排放，提出的云南省车用液化石油气装置改装及维修技术要求可以提高 云南液化石油气装置改装及维修的规范性，具有重要的现实意义和社会、经济价值。 关键词：高原；城市客车；液化石油气燃料 a b s t r a c t t h eu r b a np a s s e n g e rt r a i no fy u n n a ni sm a i n l yac a r b u r e t o rc a r t a k i n gp e t r o la sf u e la t p r e s e n t ，t h ew a s t eg a sd i s c h a r g e di so n eo ft h ef o c a lp o i n t so ft h ea t m o s p h e r i cp o l l u t i o n s o u r c e so fu r b a na r e a y u n n a nl o c a t ei np l a t e a u ，e n g i n ei n f l a t ee f f i c i e n c yd r o p ，l i q u e f i e d p e t r o l e u mg a sd e v i c ea n de n g i n em i s m a t c h ，l a c kt h ee s s e n t i a lp l a t e a ua n da d j u s tt h e t e c h n o l o g i c a ls c h e m e t h i st e x te m p l o y st h em e t h o dt ot e s t ，f f l r t h e ri n v e s t i g a t e dt ot h e c h o i c e ，t r a n s f o r m a t i o no fe n g i n ea n da d j u s t m e n to fl i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sd e v i c eo ft h e l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sd e v i c eo ft i l eu r b a np a s s e n g e rt r a i no fp l a t e a ua n dt h ed i s c u s s i o n t h i st e x th a sa n a l y z e dt h ep l a t e a uc h a r a c t e r i s t i co ft h eu r b a np a s s e n g e rt r a i nl i q u e f i e d p e t r o l e u mg a sf u e l i nt h ep l a t e a ua tf i r s t ，t r a n s f o r mt h es c h e m ea n da n a l y z ea n ds t u d yt h e s y s t e m a t i ct e s t t ot h el i q u e f i e dp e t r o l e u mg a so ft h eu r b a np a s s e n g e rt r a i no fp l a t e a u ， t r a n s f o r mt h es c h e m ea f t e rp n t t i n gf o r w a r dt h e p l a t e a ua d a p t a b i l i t yb a s e do nu r b a n p a s s e n g e rt r a i nl i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sf u e l i nt h ep l a t e a u s e c o n d l y ，o nt h i sb a s i s ，h a v e p r o p o s e dt h er o a dt e s t i n gp r o g r a mo ft h eu r b a np a s s e n g e rt r a i no fl i q u e f e dp e t r o l e u mg a sj r e s e a r c ha n da n a l y s et h er o a dt e s to f t r a n s f o r m i n gt h ev e h i c l ef i n a l l yt or e f i tv e h i c l ep u t i n t o ，r u n ，t e s ta c t u a l l y ，a n a l y z e ，p r o v e ，t r a n s f o r mr e a l i t yo fs c h e m ee m p l o yr e s u l ta n d l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sd e p e n d a b i l i t yo fu s i n go fd e v i c e ，p r o p o s e ”y u n n a np r o v i n c e a u t o m o b i l e u s e d l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sd e v i c er e f i ta n dm a i n t a i nt h et e c h n i c a l r e q u i r e m e n t ” t i l er e s e a r c hr e s u h sh e r e i n ，t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o ni nr u n n i n ga c t u a l l yo fu r b a n p a s s e n g e rt r a i no fy u n n a n ，p r o v e ，i nas i t u a t i o nt h a tv e h i c l em o t i v ef o r c ed e c r e a s i n g a m p l i t u d ei ss m a l l e r ，u s es c h e m et h i sr e f i tt ou r b a nl i q u e f i e dp e t r o l e u mg a st h a tp a s s e n g e r t r a i ng oo n ，c a l li m p r o v et h ed i s c h a r g eo ft h eu r b a np a s s e n g e rt r a i n ，p u tf o r w a r d ”y u n n a n p r o v i n c ea t l t o m o b i l e u s e dl i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sd e v i c er e f i ta n dm a i n t a i nt e c h n i c a l r e q u i r e m e n t “c a ni m p r o v ey u n n a nl i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sd e v i c er e f i ta n dm a i n t e n a n c e r e g u l a t o r y ，h a v ei m p o r t a n tr e a l i s t i cm e a n i n ga n dt h es o c i e t y ，e c o n o m i cw o r t h k e y w o r d ：p l a t e a u ；c i t yb u s ；l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a sf u e l 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 陈勃彦 砌，年月局日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 豫勃旁 碜锄 慨箨f 只，。日 洲年，月i j 日 第一章绪论 11 国内外研究情况 二十一世纪人类面临着能源短缺和同益恶化的环境污染。为解决这些问题，走可 持续发展道路，人们j 下在寻找一条既能合理利用能源，又能保护自然环境的途径。 燃气汽车在世界范围内迅速发展的一个主要推动力是环保的压力和能源结构调整 的需要。为解决环境污染和石油资源问题，各主要汽车生产、使用大国都在大力发展 代用燃料汽车。第一辆液化石油气汽车于1 9 2 1 年研制成功并在美国问世。二十世纪八 十年代后，人类社会对环保要求促使液化石油气汽车的快速发展。目前汽车燃用液化 石油气已是一项较为成熟的技术。 燃气汽车的发展为燃油短缺和保护大气环境提供了广阔空间与良好契机，特别是 近年来，燃气汽车发展较快，在一些发达国家己形成定的产业规模。到目前为止， 世界各国己建成各类车用燃气加气站3 万多座，燃气汽车发展到6 0 0 多万辆。其中液 化石油气汽车4 2 0 多万辆，天然气汽车1 7 0 多万辆。目前约有3 0 个国家在应用液化石 油气汽车，全世界共有液化石油气汽车加气站约28 万座。一些世界知名的汽车公司如 通用、福特、丰罔、r 产、大众( 包括上海大众) 都加入液化石油气汽车的丌发行列。 据美国企业市场调查机构的调查，美国液化石油气汽车保有量约1 7 0 万辆左右。在世 界其他国家，液化石油气汽车电有着广泛的应用，如意大利有液化石油气汽车1 l o 万辆、荷兰7 0 万辆、同本3 2 万辆，韩国1 7 万辆、澳大利亚4 0 万辆。液化石油气汽 车已成为汽车工业及运输行业的重要组成部分。 液化石油气汽车技术在国外许多发达国家已比较成熟并广泛的应用，而在我国虽 发展势头很猛，但仍处于发展的初期限段。这一阶段的特征是以汽油与液化石油气 料系统同车并存的双燃料汽车为主。出于改装的液化石油气车辆其发动机均按汽油 制设计，并不完全适应液化石油气的特性，不但不能充分发挥液化石油气燃料的优 特性，并且在燃料转换中排气污染反而较汽油上升，总体排放改善效果不大。以国 的发展经验来看，燃气汽车普遍是基于降低排放和优化能源结构利用的考虑，最初 以后者为重，现在以两者并重或更偏重于环保效益。随着环保法规的日趋严格和技然燃燃良外是 术的不断进步，国外燃气汽车的技术发展大致经历了从机械控制混合器为特征的双燃 料汽车，以单点电控喷劓为特征的单燃气燃料汽车以及多点喷射、闭环控制、专用三 元催化器为特征的单一燃气燃料汽车的发展历程。国内专家也呼吁应积极开发研制单 燃气燃料汽车，在单燃气燃料汽车上使用电控喷射、为闭环控制、三元催化等新技术， 从而获得最佳的排放效果，降低动力损失。 随着环保法规的r 趋严格和技术的不断进步，燃气汽车已经发展到了第三代技术。 第一代燃气汽车以采用机械式混合器为特征，它存在着与传统化油器同样的缺点： 燃油各缸分配不均匀，调节精度差，是发展的初级阶段。与汽油车相比，有一定的改 善排放效果，但动力损失较大。第一代燃气汽车的排放尚难达到欧洲l 号法规限值。 具体排放减少效果如下： 液化石油气汽车：c o 降低5 0 一6 0 ，h c 降低4 0 5 0 ，n o x 降低0 - 1 0 ， 动力降低2 5 ： 天然气汽车：c o 降低6 0 一7 0 ，h c 降低5 0 一6 0 ，n o x 降低2 0 一3 0 动力降低1 5 2 0 。 第- - 4 - 燃气汽车以电控混合器为特征，其控制精度高于第一代技术，可以匹配闭 环控制系统和三元催化净化装置，它可以用于双燃料车型的改造，也可用于专用燃气 汽车。供油精度有提高，发动机动力损失减小，排放进步改善，可以达到欧洲1 号 法规限值。具体排放减少效果如下： 液化石油气汽车：c o 降低7 5 8 5 ，h c 降低7 5 8 5 ，n o x 降低7 0 一8 0 ， 动力损失1 一4 ： 天然气汽车：c o 降低8 0 一9 0 ，h c 降低8 0 一9 0 ，n o x 降低7 5 8 5 ， 动力损失5 一1 5 。 第三代技术以电控喷射为特征，匹配闭环控制和专用三元催化净化装置，主要匹 配专用燃气汽车。此类车辆排放性能可达到欧洲3 号和4 号法规限值和美国加州超低 排放标准，动力性与汽油车接近。具体排放减少如下： 液化石油气汽车：c o 降低8 5 9 5 ，h c 降低8 5 一9 5 ，n o x 降低8 0 一9 0 ； 天然气汽车：c o 降低9 0 一9 9 ，h c 降低9 0 一9 9 ，n o x 降低8 5 一9 5 。 总之，第一代和第二代技术都是过渡性的，特别是第一代技术，直接将普通化油 器汽车改造为可使用燃气的两用燃料汽车只是权宣之计。第三代技术是目前国外最普 遍采用的技术，而专用燃气汽车是发展方向。但是作为发展燃气汽车的整个过程，两 用燃料汽车几乎是必不可少的，这是因为作为基础设施的加气站建设有个过程，在此 期间首先推行两用燃料汽车是客观的需要。因此，本研究也是结合云南省及昆明市的 情况，侧重研究汽油液化石油气两用燃料技术在公共汽车上的适应性问题。待条 件成熟时再向单一燃气汽车过渡。 12 项目研究的意义 随着汽车工业的发展，汽车数量激增，加剧了环境污染并造成了石油燃料的紧张。 有关资料显示，到2 0 1 0 年我国汽车保有量将达4 2 0 0 4 8 0 0 万辆。从现在开始的十余 年，将是我国汽车工业高速发展的时期。而汽车工业的迅速发展，大量使用燃油汽车 给大城市带来了6 0 以上的空气污染。在能源方面，我国石油产量增长缓慢，严重跟 不上工业的发展速度，从1 9 9 3 年起，我国已成为石油进口国，每年要进口原油数仟万 吨，并且进口数额逐年递增。按照2 0 1 0 年汽车保有量预测，如单纯发展燃油汽车，届 时机动车辆对汽、柴油的需要将分别达3 8 8 4 4 2 8 4 万吨和7 6 5 9 8 0 5 9 万吨年，石 油缺口问题十分严重。 液化石油气是指由天然气处理厂和炼油厂生产的以丙烷、丁烷等低分子量碳氢化 合物为主的混合物，是一种公认的绿色燃料，用作汽车燃料具有如下的优点： ( 1 ) 液化石油气沸点低，在常温、常压下为气体，用作汽车燃料，与空气为气 气混合，混合均匀，有利于完全燃烧，降低排气污染。 ( 2 ) 液化石油气氢碳原子比高，用作汽车燃料可以降低c 0 2 排放量。同时，燃 烧排放物中不含铅、苯等致癌物质，有助于减少温室效应，保护大气环境。 ( 3 ) 液化石油气辛烷值较汽油高、热值高于汽油、燃烧速度快、自燃温度高， 是种抗爆性好的优质燃料，从汽车使用角度看，对汽油燃料有直接的替代性。 液化石油气主要通过炼厂气和油阳回收的轻烃获得，是一种很普及的民用燃料， 容易获取且来源丰富。 在汽车上使用气体燃料( 天然气和液化石油气) 己被公认为是一种很好的降低排 放污染的技术措施，同时，气体燃料也是对f 益紧张的石油燃料的一种有效的补充。 因此，发展燃气汽车无论从环境保护的意义上还是改变能源结构、合理利用资源的意 义上，己引起我国政府高度的重视。 昆明市作为国家级旅游和丌放城市，自然地理及气候环境十分优越，但随着城市 工商业的迅逐发展，城市空气污染同益严重。在车流密度大的地区，汽车尾气已成为 主要的空气污染源，例如：北京路、东j x l 路和环城路等主要交通干道上，街道空气中 c o 和n o x 的机动车分担率在8 0 以上；城区公共汽车排出的黑烟更是万众注目的焦 点。而且，云南省石化工业不发达，是一个缺油少气的省份，所需的石油产品均靠省 外运输，合理地调配使用能源更有其特殊的意义。迅速在昆明市开展液化石油气汽油 双燃料汽车推广应用示范工程，大力推进液化石油气汽车在昆明市的应用必将是一件 利国利民的好事。 车辆改装液化石油气燃料装置后，可给使用者带来直接的经济效益。车辆经改装 使用液化石油气燃料，在十至十五万公早后通过两种燃料的差价可收回全部改装费用， 在以后的营运中将得到较低运输成本的回报。同时，使用液化石油气燃料的发动机进 气系统清洁、燃烧室积炭少、气缸活塞上不磨损小、润滑油清洁，可延长车辆换油罩程 和发动机大修里程。在排放方面，尾气中的c o 和h c 含量降低，并且不含铅、笨等致 癌物质。液化石油气燃料在城市用车中大量使用后，必将降低汽车尾气对城市空气的 污染，带来良好的环保效益。在宏观上，有利于改变能源结构、缓解石油燃料的紧张 状况，社会效益是广泛而深远的。 1 3 项目研究的目标 近年来，随着我国经济持续高速发展，石油燃料严重短缺，许多城市的大气污染 r 趋恶化。因此控制石油燃判的消耗及大气污染、保持良好的大气环境事关我国未来 经济与社会的持续发展。 节约和替代燃料油是解决我国石油资源短缺，缓解石油供需矛盾，保障国家经济 安全的重大战略措施。近年来，我国石油开发和生产严重滞后于消费增长，供需矛盾 f i 益突出，进口量大幅度上长。随着工业化进程的加快和汽车保有量的增加，我国未 来石油需求将继续呈增长态势，供需缺口较大。目前，我国汽车年消费燃料油4 0 0 0 万 吨左右，相当于原油产量的1 4 。因此，节约和替代汽车能源， 是缓解石油供需矛盾 的重大战略措施之一。 遵照国务院领导的重要指示，决定在目前控制燃油汽车排放工作的基础上，进一 步加大力度，由科技部和国家环保总局牵头会同各有关部委共同组织实施“空气净化 工程一清洁汽车行动”。由全国清洁汽车行动协调领导小组及办公室组织实施的清洁汽 车行动，在各地方政府的大力支持下，北京、上海、天津、重庆等十二个试点示范城 市的推广应用工作取得了阶段性成果。我国到1 9 9 7 年底，有天然气和液化石油气汽车 仅5 9 1 7 辆，绝大部分是城市公交客车和出租车。到2 0 0 1 年，己发展到7 万多辆，加 气站3 0 0 多座，年消耗液化石油气3 0 余万吨。计划2 0 1 0 年发展到2 0 一3 0 万辆，可替 代汽油约1 0 0 15 0 万吨。 目前我国燃气汽车大都是在原汽油车或柴油车上改装而成，采用预混合方式供气， 整车匹配性能较差，未能充分发挥气体燃料燃烧特性的优势和低排放的效果。特别是 动力性下降，功率损失严重，某些排气有害物含量距预期水平尚有较大差距。由于我 国地域辽阔，地理和气候条件差异较大，在推广使用中，燃气供给装置与发动机的匹 配、调整工作尤为重要，否则不能获得好的改装效果。我国的天然气和液化石油气成 分差异较大，也严重影响发动机的动力性、燃料经济性和排放性能，有关产业部门应 对国产燃气采取必要的净化措施以供车用。 目前昆明市有城市公交车约1 6 0 0 多辆，数量虽然不算很多，但发动机排量大，运 行时问长，所排出的废气对城市大气的污染不能忽视，是城区大气污染源的重点之一。 先后曾有几个单位在公交车上作过使用液化石油气燃料的探索试验，都因改装后，动 力损失过大，而无法推广应用。查其原因，主要是昆明市地处高原，海拔较高，空气 稀薄，发动机充气效率下降大，液化石油气装置与发动机不匹配，缺乏必要的高原调 整技术措施。为此，需要完成液化石油气装置的选型，发动机使用液化石油气燃料的 高原改造技术及发动机与液化石油气装置的匹配，达到在车辆动力性降幅较小的情况 下，降低排放，提高经济性的良好的使用效果。 14 项目研究的主要内容 本项目研究主要内容是通过发动机台架试验、整车道路性能试验，对高原城市客 车使用液化石油气燃料时的特性进行研究，完成液化石油气装置的选型，发动机使用 液化石油气燃料的高原改造技术研究，以及发动机与液化石油气装置的匹配方案，并 且提出的云南省车用液化石油气装置改装及维修技术要求，达到在车辆性能指标变 化不大的情况下，降低排放，提高经济性( 与研究开始时比较) 。 第二章高原城市客车液化石油气燃料的高原特性研究 21 存在的问题 液化石油气( l p g - - l i q u i dp e t r o l e u mg a s ) 是指由天然气处理厂和炼油厂生产的以 丙烷、丁烷等低分子量碳氢化合物为主的混合物，是天然气田、油田的伴生气和炼油 厂的副产品。天然气处理厂生产的液化石油气是丙烷和丁烷为主的液化态烃混合物； 炼油厂由于采用催化裂化技术生产的液化石油气除含丙烷、丁烷外，还含有丙烯、丁 烯等不饱和烃。液化石油气中还含有一些有害成分如丁烯、水、硫化物等，对这些含 量有严格的限制。根据液化石油气的用途不同，对成分的要求也不一样，如表2 1 所 丌i 。 表2 一ll p g 土要成份和i 汽油的理化性质 成分 丙烷丙烯正丁烷异丁烷汽油 性质 、 分子式 c 3 h 8c 3 h 6c 4 h i oc d h l 0c 5 c j 4 氢碳原子比2 6 722525l8 21 分于姑 4 40 9 44 2 0 7 85 8 1 2 05 8 1 2 09 5 1 2 0 沸点，4 20 74 77 0一o5 0 1 l7 3 2 5 2 2 0 汽化济热k j k g 4 2 2 64 3 9 33 8 323 6 6 1 相对密度气态 1 5 5 420 0 82 0 9 02 0 8 1 07 4 2 液态 0 4 9 3 6o 5 9 5 l05 7 8 805 5 7 2 理论空燃比k g k g 1 57 11 48 015 4 9l5 4 91 4 8 15 0 m 3 一2 38 6 2 1 8 43 1 0 33 1 0 3 完全燃烧生成废气量 k j k g 1 67 0 1 5 7 91 6 4 91 6 4 9 1 5 8 m 3 m 3 2 58 62 29 83 35 23 35 2 续表2 1l p g 主要成份羽1 汽油的理化性质 丙炕丙烯正丁烷异丁烷汽油 低质热值，m j k g 4 6 5 34 5 9 64 58 94 5 7 54 39 6 4 43 8 理论混合气低热值 m j m 3 34 935 2 m j k g 2 7 927 92 7 8 最人燃烧遮度，c m s 4 294 l ，64 253 7 7 辛烷值马达法9 958 498 9 19 7 67 0 8 5 研究法 1 1 141 0 189 401 0 219 0 9 8 从表2 一l 中司。看出 ( 1 ) 液化石油气沸点低，在常温、常压下为气态，用作汽车燃料，其与空 气混合为气气混合，混合均匀，有利于完全燃烧，降低排气污染； ( 2 ) 液化石油气氢碳原子比高，用作汽车燃料可以降低c 0 2 排放量，有助 于减少温室效应，保护大气环境： ( 3 )液化石油气辛烷值高、燃烧速度快、自燃温度高，是一种抗爆性好的 优质燃料： ( 4 )液化石油气辛烷值较汽油略高，热值高于汽油，从汽车使用角度看， 对汽油燃料有直接的替代性： ( 5 ) 使用安全性好，燃烧范围窄。 另外，液化石油气是种很普及的民用燃料，容易获取，且来源丰富；液化石油 气在高压下为液体，便于贮存、携带。这些都是在汽车上作汽油替代燃料使用的有利 因素。、 在汽车石油液化石油气燃料时，由于液化石油气与汽油在物理化学性能上的差异， 必然会带来动力性、经济性及尾气排放三个指标的变化。 对于云南而言，由于地处高原，昆明地区大气平均压力为8 0 k p a ，而低海拔平原地 区大气压力不低于9 0 k p a ，空气密度由标准状态下的1 2 9 3 k g m 3 降为10 6 2 k g m 3 ，降幅 达2 0 左右。由此而造成发动机供气不足，燃油燃烧不完全，使燃油发动机最大功率 1 ， 和最大扭矩下降2 1 2 5 ，油耗增加l o ，排气污染物增加。 液化石油气的汽化潜热比汽油高3 0 ，导致在相同压缩比下，燃用液化石油气时， 发动机气缸内的压缩终点的温度和压力比燃用汽油时低，爆发后的温度和压力也比汽 油低。对于采用混合器式燃气供给装置，液化石油气以气相与空气混合进入气缸，由 于液化石油气占去了一部分进气空间，使实际进入气缸的空气量减少，相当于减少了 燃料的供给量，这在高原地区空气稀薄的情况下，影响更大。液化石油气混合气热值 比汽油混合气热值低约3 5 。另外，液化石油气的着火温度比汽油高2 0 0 以上，着 火性能变差。上述这些原因，都成为影响发动机动力性的主要方面。表现为冷启动性 能和加速性能变差。在昆明地区，同一台发动机使用液化石油气比使用汽油时，最大 功率和最大扭矩下降1 7 左右。 目前昆明市公汽总公司所属公交车，绝大多数是东风车型底盘，装用e q 6 1 0 0 型 汽油发动机，压缩比偏低，推行汽油液化石油气两用燃料汽车的技术，为了达到 改造的目的。在提高动力性方面，增加压缩比自然成为首选措篪。减少进气阻力，增 加进气量是另一重要措施。在保证动力性的前题下，通过调整化油器供油量和液化石 油气的供气量，以改善经济性和保证良好的尾气排放指标。 由于各品牌的l p g 燃料装置主要根据轿车设计，与各型轿车的技术结构容易匹配， 同时，轿车发动机一般均为高压缩比、高速发动机，技术性能指标较高，故在各型轿 车上直接进行简单的改装、调整即可获得良好的效果。从研究结果看，经高原技术调 整的l p g 汽车( 对各型轿车而言) ，其动力性能与使用汽油时较为接近，其中最高车 速仅下降4 左右，起步换档加速到1 0 0 k r r d h 的时间延长1 0 左右，通过4 0 0 m 的时删 仅延长3 左右；经济性有较大提高，限定条件下的平均燃料消耗量费用率下降2 0 3 0 ：排放明显改善，c o 的净化率可达7 0 左右，h c 的净化率为5 0 左右；能耗大 大降低，下降幅度达3 0 左右。而对于高原城市客车而言由于l p g 燃料装置与发动机 匹配方面存在的问题较多，造成车辆动力性下降过大。 2 2 所需要达到的主要技术经济指标 通过对液化石油气在汽车上使用存在问题的研究可知，液化石油气，汽油两用燃料 汽车在高原地区使用，重点是要解决好动力损失过大的问题。为了达到此目的，需要 对车辆在使用液化石油气燃料时的特性进行研究分析，进而确定使用液化石油气时的 车辆调整方案。对于在用城市公共汽车而言，不仅要保证车辆可以正常使用汽油燃料， 而且还要达到在应用液化石油气燃利时的车辆动力、经济、排放等指标达到要求。 具体技术经济指标如下，经高原改造和调整后，使用液化石油气燃料与原机使用 汽油燃祭 时相比： 动力性下降在1 0 p _ 内； 燃料使用费下降5 - 8 ( 按当时两种燃料的市场价格计算) ； 息速尾气排放中c o 浓度下降3 0 以上； h c 浓度下降2 5 以上： n o x 浓度不增加或有所降低。 、 第三章高原城市客车液化石油气燃料理论及调整方案研究 31 压缩比的选择的研究 从理想等容加热循环可知，提高发动机压缩比可以提高发动机的热效率，发动机 的各项性能指标都会提高。这是因为压缩比提高以后，使压缩终了时气缸内混合气的 压力和温度都提高。这就可以使燃烧速度加快，使燃烧过程进行得迅速。同时由于压 缩比增加则膨胀比也增加，这就使燃烧产物膨胀完全，燃料得热能得到充分的利用。 但是由于压缩比的提高也会使气缸内混合气的温度压力过高而产生爆燃的倾向。 提高发动机压缩比受汽油抗爆性能和燃烧室形状制约。汽油标号高，汽油的辛烷 值高，抗爆性能好，可以使用较高的压缩比。好的燃烧室形状可以更好的组织燃烧室 内的漩流，使混合气更均匀，燃料燃烧速度更快，减少爆震倾向可以提高压缩比。目 前昆明市公汽总公司所属公交车，绝大多数是东风车型底盘，装用e q 6 1 0 0 型汽油发 动机，压缩比偏低，推行汽油液化石油气两用燃料汽车的技术，应该通过试验选 用更合适的压缩比。e q 6 1 0 0 发动机使用9 0 号汽油发动机外特性试验主要性能指标见 表3 1 所示；e q 6 1 0 0 型发动机燃用l p g ( 采用l a n d i 装置) 发动机外特性试验主要性 能指标及与原机使用9 0 号汽油相比变化率见表3 2 所示。 表3 1e q 6 1 0 0 型发动机使川9 0 号汽油发动机外特性试验主要性能指标 压缩比最人扭矩最人功率最低油耗率 最高排气温度 ( )( n m ，“m j l l ) ( k w r r a i n ) ( g k w h h m i n ) ( r m i n ) 7 22 8 l2 1 0 0 07 0 9 3 1 3 0 0 03 3 2 9 16 0 08 5 2 3 0 0 0 表3 2e q 6 1 0 0 掣发动机燃川l p g ( 采川l a n d l 装置) 发动机外特性试验主要性能指标 及与原机使川9 0 号汽油相比变化率 压缩比最大抓矩 蛀大功率最低燃料消耗率最高排气温度 ( e ) ( n m r m i n )( k w r h n i n ) ( g k w h m m i n ) ( c r f m i n ) 7 22 3 3 5 1 0 0 05 74 l 3 0 0 02 8 07 4 1 6 0 08 15 3 0 0 0 变化率一l70 1 9 l 15 7 4 3 782 4 4o 1 0 0 06 48 3 1 3 0 0 02 6 13 5 ，1 6 0 0 7 8 9 1 3 0 0 0 变化率1 3 2 一86 2 15 一7 4 8o2 4 62 1 0 0 06 49 9 3 0 0 02 3 0 5 8 1 1 6 0 07 7 6 3 0 0 0 变化率一1 2 5 - 89 3 0 7 。8 9 852 5 l0 1 0 0 06 46 3 3 0 0 02 5 05 0 1 6 0 0 7 7 7 3 0 0 0 、 变化率 1 0 7 89 2 4 8 一8 8 932 4 l5 1 4 0 0 6 l7 3 3 0 0 07 0 0 1 3 0 0 0 变化率 1 41 】30 一1 7 8 结果表明： 发动机压缩比为8 0 至8 ，5 之间时，发动机燃用l p g 的动力性和经济性均较好。 在选用压缩比为8 0 85 时，发动机燃用9 0 号汽油，发动机外特性主要性能指标如表 3 3 所示。 表3 - 3发动机使j l ：| 9 0 号汽油发动机外特性试验主要性能指标 压缩比 最人扭矩最火功率最低油耗率 最高排气温度 ( ) ( n m r m i n )( k w m m i n ) ( g k w h f f m i n ) ( r m i n ) 802 9 97 1 4 0 07 9 2 2 3 0 0 03 1 6 6 18 0 07 8 0 1 3 0 0 0 852 9 9 4 1 4 0 07 9 13 ，3 0 0 03 2 33 l8 0 07 9 5 3 0 0 0 从表3 3 中可看出，当发动机压缩比为8 0 _ 8 5 时，发动机燃用9 0 号汽油，动力性 和经济性亦较好。 考虑到液化石油气汽油两用燃料汽车随时有变换燃料种类的可能，也可选用7 8 8o ：1 的压缩比。对两种燃料均有良好的适应性。 3 2 液化石油气装置的选择的研究 目前国内市场上车用液化石油气装置品牌很多，有国产的，也有从国# i - 5 i 进的。 它们在结构上和使用性能也不相同。选择适合高原地区使用的，既动力性、经济性、 排放性能及可调整性均较好的装置是本研究的主要内容之一。减压蒸发器和混合器是 影响发动机性能的关键部件，它们的性能是选型的重要依据。采用不同混合器装置发 动机燃用l p g 外特性主要性能指标与原机燃用9 0 号汽油对比试验，结果见表3 - 4 所示。 表3 - 4 采川不同混合器装置发动机燃州l p g 外特性主要性能指标 与原机燃川9 0 号汽油相比变化率 = 78 ，统一使川l a n d i 减压蒸发调协器 ；昆合器展人十h 矩最人功率最低油：f e 率最高排气温度 备注 删式( nm r i m i n )( k w i r l m i n ) ( g l k w h l r l m i n ) ( r m i n ) l a n d i ( e 3 0 )2 4 4 o l o d d 6 48 3 3 0 0 0 2 6 13 5 1 6 0 07 8 9 3 0 0 0 l p g 变化率一j 3 2 一8 6 一2 1 5 一7 4 i l a n d i ( e 35 ) 2 5 76 1 0 0 0 6 3 8 7 3 0 0 0 2 1 2 5 7 1 4 0 0 7 9 4 3 0 0 0 l p g 变化率一8 4 一l o0 一3 6 1 一6 8 l a n d i ( e 39 )2 5 67 1 0 0 06 54 5 3 0 0 02 5 3 1 7 1 4 0 08 2 3 3 0 0 0 l p g 变化率 一8 7 一7 7 二2 4 1o ； 。7 3 4 o 。 o h v l 2 7 7 1 l o o o6 9 8 5 3 0 0 0 3 9 97 l 1 2 0 0 6 8 9 3 0 0 0 变比率一1 5 一1 5 + 2 0 1 一1 9 1 l p g 一 曲恩基2 4 6 2 1 0 0 06 4 7 1 3 0 0 02 3 90 7 1 2 0 08 0 3 3 0 0 0 、 l p g 变化率一1 2 5 ， 一8 8 - 2 82 1 - 5 、8 ： b r c2 7 90 1 0 0 07 l6 8 3 0 0 0 3 4 5 1 8 1 0 0 06 8 7 3 0 0 0 l p g 变化率 一08 + 1 1 十3 7 - 1 9 4 。 注：采用b r c 混合器装置时，2 8 0 0 r m i n 和3 0 0 0 # m i n 运转不稳定，负荷自动递减。 结果基本分析； 本组试验统一使用l a n d i 减压蒸发调节器，试验结果表明，采用l a n d i 和西恩 基混合器装置，动力性较差，但气耗量较低。o m v l 混合器喉口直径为4 i 毫米，b r c 混合器喉口直径为3 5 毫米，均比l a n d i 混合器喉口直径4 2 毫米小，动力性较好，而 气耗量偏高，但b r c 混合器蒸发器容易产生杂质，可靠性低，高原适应性差。几种混 合器性能各有优缺点，但都不太理想。经过改变l a n d i 喉口出气孔原来直径中3 0 r a m ， 加大为中3 5 m m ，最大扭矩有所提高，最大功率基本无变化，气耗量有大幅下降，说明 性能有改善。表明l a n d i 混合器装置有较大的调整改进余地，且该型混合器装置结构 简单，较容易改造。 采用不同减压蒸发凋节器装置，发动机燃用液化石油气外特性对比试验，主要性 能指标见表3 5 所示。 表3 5 采州不同减压蒸发凋：悼器装置发动机燃心l p g 外特性主要性能指标 = 78 ，分别使川与减压蒸发调节器配套的混合器装置 蒸发调。器最火甜 矩最大功率最低燃料消耗率最高排气温度 备注 蟹号( n m r m i n )( k w ，r ，m j n ) ( k w h r m i n ) ( r m ir 1 ) l a a n d i 2 4 4 o 1 0 0 06 4 8 3 3 0 0 02 6 1 3 5 1 6 0 07 8 9 3 0 0 0 l p g m i v l2 5 85 1 0 0 0 6 5 2 8 3 0 0 02 5 5 6 2 1 4 0 08 4 0 3 0 0 l p g b r c2 5 30 1 0 0 06 32 8 3 0 0 03 9 01 0 1 4 0 07 0 3 3 0 0 0l p g 矾恩基 2 6 l5 1 0 0 06 75 8 3 0 0 0 3 5 6 4 1 0 0 07 8 5 3 0 0 0 l p g 结果分析： ( 1 ) o m v l 装置比其它型号与汽油供给系统相比，动力性下降幅度最小， 经调整功率阀后，气耗有大幅下降，经济性较好。 ( 2 ) 西恩基装置动力较好，但气耗偏高。由于其混合器结构复杂，调整较为困 难，高原适应性较差。 ( 3 ) b r c 装置采用b r c 混合器装置时，2 8 0 0 r m i n 和3 0 0 0 r r a i n 运转不稳定， 且容易产生杂质，可靠性低，高原适应性较差。 ( 4 ) l a n d l 装置动力性下降幅度较大，但经济性较好。由于其混合器结构简单， 可更换的喉管为调整提供了方便，可在提高动力性方面再做些工作。 从上面两组试验结果可以看出，o m v l 装置动力性和经济性均有较好的表现，且 混合器结构简单，关键零件改造更换容易。西恩基装置的动力性和经济性也很好，但 混合器结构复杂，调整较困难，不易推广。l a n d i 装置动力性稍差，但经济性较好。 经全面比较，推荐选用o m v l 燃气转换装置，在此基础上进一步做高原适应性的 其它方面调整匹配工作。 3 3 液化石油气装置的匹配的研究 液化石油气装置高原调整试验( o m v l 装置) 。调整液化石油气装置功率阀，发 动机燃用l p g 外特性主要性能指标与原机燃用9 0 号汽油对比试验，结果见表3 - 6 所示。 表3 - 6调整o m v l 裟苴功率| l j | 发动机燃刖l p g 外特性主要性能指标 与原机燃川9 0 号汽油相比变化率( = 7 8 ) 袈益最大士h 矩最火功率最低油耗率最高排气温度 备注 型号( nm r m i n )( k w 一m i n ) ( k w h r m i n ) ( r m i n ) 装置功率阀全 0 、l v k2 6 97 0 1 0 0 0 6 8 0 7 3 0 0 0 3 4 98 2 1 4 0 07 5 4 3 0 0 0 部旋开，燃抖j l p g 变化率 一4 1 一4 0 一51 一l l5 0 、i v l2 6 9 7 0 1 0 0 0 6 8 3 5 3 0 0 0 2 9 4 9 3 1 2 0 0 8 1 5 3 0 0 0 p t - ， -_ 功率阀部分旋 变化率 一l ：。5 一1 5 ?一l l ：、4 j 一43 一。开燃用l p g 化油器上装有 混合器，燃川 化油器 2 7 8 5 1 0 0 07 09 2 3 0 0 04 0 7 1 0 1 2 0 0 6 9 5 3 0 0 0 9 0 号汽油 结果分析 在保证动力不下降的前题下，调整功率阀可使气耗大幅下降，取得好的经济性。 但试验结果表明，原机化油器上装有混合器装置后，对发动机燃用汽油有较大的影响 特别是油耗率大幅上升，应对原机化油器作相应的适应性调整。 3 4 化油器的调整研究 试验结果表明，在化油器上加装液化气混合器之后，发动机动力下降明显，油耗 增加幅度较大，其原因均由混合器进气喉口尺寸比化油器进气口尺寸小许多，进气阻 力增大，进气量减少，供油量增加所造成的。除优选改进混合器外，还应对化油器作 适应性调整。具体措施如下： ( 1 ) 扩大混合器喉口尺寸到q ) 4 3 m m ，以增加进气量。 ( 2 ) 降低浮子室油面高度； ( 3 )减小主量孔流量：缩小量孔尺寸，原为中16 m m ，改为中1 5 或中1 4 r a m 进行试验选择： ( 4 ) 扩大空气量孔，减小主油道真空度。原量孔为o1 o m m ，加大为中1 1 m m 试验： ( 5 ) 减小化油器功率量孔直径 l 主量孔直径选择试验。使用不同直径的主量孔发动机燃用9 0