（动力机械及工程专业论文）lpg空气辅助喷射技术的研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 近年来随着能源紧缺和环境污染问题的日益突出，发动机电喷技术及清洁能 源的研究备受关注，其中液化石油气( l p g ) 作为一种清洁的车用发动机燃料， 它的应用受到各国的重视。 本文在实现l p g 液态缸内直接喷射发动机的基础上，结合空气辅助喷射技 术，建立一个l p g 空气辅助喷射系统。并就l p g 空气辅助喷射系统研究和设计 了空气辅助喷射器、l p g 燃料供应系统和压缩空气供应系统、喷射器有源压力 增加系统，设计改进了原有的点火系统，设计改进了台架试验控制系统，利用 其对研制的l p g 空气辅助喷射系统进行了台架试验研究，成功地实现了l p g 空 气辅助喷射。 对所开发的空气辅助喷射l p g 发动机，初步进行了整机性能的台架试验。 并与实验室早期开发的缸内直接喷射方式相比，l p g 空气辅助喷射方式下的发 动机动力性与缸内直接喷射接近，但是排放性能相比缸内直接喷射有了较大的改 善。这说明，所开发的空气辅助喷射系统能够进一步完善l p g 缸内喷射，但是 该系统过于复杂，只能在实验室环境下应用，实用性比较差，需要进一步改进。 关键词；液化石油气( l p g )空气辅助赜射 喷射器电控 浙江大学硕士学位论文 t h es h o r to fe n e r g ya n da i rp o l l u t i o nb l , o m et w om a i ns e r i o u sp r o b l e m s t h e t e c h n o l o g i e so f e l e c t r o n i c a l l yc o n t r o l l e de n g i n e a n dd e v e l o p m e n tf o rc l e a ne n e r g ya r e b e i n gp a i dm o r ea t t e n t i o n l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a s ( l p g ) i sc l e a nf u e lo fv e h i c l e e n g i n e ；m a n yr e s e a r c hd e p a r t m e n t si n l o c a la n df o r e i g nc o u n t r i e s 黜f o c u s0 1 1 l p g - f u e l l e de n g i n e s t h ep a p e rd e v e l o p e dt h es y s t e mo fa i r - a s s i s t e di n j e c t i o no fe l e c t r o n i c 。c o n t r o l l e d e n g i n ef u e l e dw i t hl p g ( l i q u e f i e dp e l r o l e u mg a s ) t h a tw a sb a s e do nt h es y s t e mo f d i r e c ti n j e c t i o ne n g i n ef u e l e dw i t hl p gi nt h el a bc o n d i t i o na n dt h et e c h n i c a lo f a i r - a s s i s t e df u e li n j e c t i o n t h ed e t a i l e dr e s e a r c ha n dd e s i g na r ed e s c r i b e do nt h e i n j e c t o rf o ra i r - a s s i s t e df u e li n j e c t i o ns y s t e m , t h es y s t e mo f f u e ls u p p l yf o rf i q u i dl p g a n dc o m p r e s s e da i r , t h eo r i g i ni g n i t i o ns y s t e mf o re x p e r i m e n ti si m p r o v e d t h eo r i g i n c o n t r o ls y s t e mf o re x p e r i m e n ti si m p r o v e d ，a n di ti su s e df u rt h ee n g i n eb e db u i l d i n g e x p e r i m e n tr e s e a r c ho nl p ga i r - a s s i s t e di n j e c t i o ns y s t e mw h i c hih a v ed e s i g n e di n t h i sp a p e r , i ti ss u c c e s s f u lt or e a l i z et h ea i r - a s s i s t e d 狮e c t i o no fl p g t h ee x p e r i m e n tt h a tt e s t st h ei n t e g r a lp e r f o r m a n c eo ft h el p ge n g i n eo f e l e c t r o n i c - c o n t r o l l e da i r - a s s i s t e di n j e c t i o nh a sb e e nc a r r i e do u t a n dc o m p a r e dw i t h t h el p ge n g i n eo fd i r e c ti n j e c t i o n , t h ep o w e rp e r f o r m a n c eo ft h el p g a i r a s s i s t e d e n g i n et h a tw a sc l o s e dt ot h ed i r e c ti n j e c t i o ne n g i n e ，b u tt h ep e r f o r m a n c eo f e m i s s i o n b e c o m e sb e t t e r i ts h o w st h a tt h ea i r - a s s i s t e di n j e c t i o ns y s t e mi m p r o v e de m i s s i o no f t h el p ge n g i n eo f d i r e c ti n j e c t i o n k e y w o r d s ：l p ga i r - a s s i s t e d i n j e c t i o ni n j e e t o r e l e c t r o n i cc o n t r o l 硅 渐江大学硕士学位论文 1 1引言 第一章绪论 世界石油资源的短缺和生态环境的保护是目前人类面临的主要问题，已 经成为人类社会进一步持续发展的主要障碍。汽车是石油资源的主要消耗大 户，是大气污染的主要来源。在我国，汽车每年约消耗我国汽油总产量的8 5 ， 柴油总产量的2 0 。而我国2 0 0 0 年原油进口达7 0 0 0 万吨，及海湾战争对油 价的影响，说明国内油品对国际市场具有较大的依赖性。所以发展代用燃料 汽车，关系到国家能源结构调整和能源战略安全。 汽车尾气排放是大气主要的污染源之一，世界各国为此加强了对汽车尾 气污染的治理。由于排放法规的要求，在过去的3 0 年闻，汽车排放的一氧 化碳( c o ) 、碳氢化合物( h c ) 、氮氧化合物( n o 。) ，美国、同本单车均下 降了9 0 以上。如美国联邦政府对轻型汽油车排气标准限值，1 9 7 1 年h c 为 4 1 9 m i l e ，而1 9 9 6 年为o 2 5 9 m i l e ，下降了9 4 ；1 9 7 t 年c o 为3 4 9 m i l e ， 而1 9 9 6 年为3 4 9 m i l e ，下降了9 0 。国内汽车在大中城市形成高密度的集 中，成为大气的首要污染源。如北京市目前机动车对大气污染的分担率c o 和n o 。分别为7 8 和4 1 ，二环以内更是高达8 6 和7 2 ，非采暖期分担率 则更高。对未来北京市机动车排放趋势的计算分析表明，如果不加以严格控 制，到2 0 1 0 年，各种污染物排放量将成倍增长，大气质量进一步恶化【卜3 1 。 要降低汽车尾气污染物的排放量，一方面要对发动机采用一系列清洁燃烧技 术，如废气再循环技术，三元催化器技术等；另一方面要进一步提高汽油和 柴油的油品；还有就是采用清洁排放的代用燃料。在汽车工业的“十五”计 划中明确提到，“积极推进代用燃料汽车的应用”。 液化石油气( l i q u e f i e dp e t r o l e u mg a s ，l p g ) 以其经济性、燃料易于储运 和低污染排放等优点而成为良好的汽车发动机代用燃料，并形成了巨大的 l p g 汽车市场。到1 9 9 7 年底，世界各国约有燃气汽车6 4 0 万辆，其中l p g 占8 2 ，c n g ( 天然压缩气) 占1 7 ，其他种类为1 i4 。我国“九五”期 间，在北京等1 2 个示范城市开展燃气汽车的开发与应用试点，截止到2 0 0 0 年底，示范城市的燃气汽车保有量已超过8 万辆 5 1 。 本文受国家自然科学基金资助( 项目编号：5 0 1 7 6 0 4 4 ) 。 1 1 2l p g 的燃料特性及燃用l p g 发动机的特点 1 2 1l p g 的物理化学性质 l p g 的主要成分是以c 3 和c 4 的烃类即丙烷( c 3 h s ) 、丁烷( c 4 h i o ) 、 丙烯( c 3 h 6 ) 、丁烯( c 4 h 8 ) 为主的混合物。我国生产的l p g 中c 3 + c 4 含量 大多占9 3 ( 体积) 以上，但不同来源的产品成分差别很大。l p g 的来源主 要有：一为炼油厂副产品；另一为天然气和油田伴生气处理后获得的产品。 表1 - 1l p g 与天然气、汽油的性质比较【6 、燃料种类 液化石油气 天然气 性八 汽油( 9 0 4 ) 丙烷丁烷 ( 甲烷) h c 原子比2 6 72 5 04 o2 2 3 0 分子量m 4 4 0 9 75 8 1 2 41 6 0 4 39 6 密度( 液相) ( k g l l f l + 3 ) 5 2 86 0 24 2 47 0 0 7 8 0 密度( 气相) ( k g m 3 ) 2 0 22 5 9 8o 7 1 5 沸点 4 2 1- o 51 6 1 53 0 9 0 临界温度， 9 6 71 5 2 o8 2 6 临界压力m p a 4 2 5 3 8 4 6 2 汽化热( k j - k g 1 1 4 2 63 8 55 1 03 1 0 3 4 0 质量比 1 5 6 51 5 ，4 31 7 2 51 4 8 理论空燃比 体积比2 3 8 l3 0 ，9 5 9 5 28 5 8 6 低热值，( m j k g 。1 ) 4 5 7 74 6 3 95 0 0 54 3 9 0 混合气热值( m j m 。3 ) 3 4 93 5 23 3 9 3 7 3 辛烷值r o n1 1 1 59 51 3 0 9 2 着火极限 2 2 9 51 9 8 55 1 51 3 7 6 着火温度 c 4 6 64 3 05 3 73 9 0 4 2 0 火焰传播速度( m s - t ) 3 83 73 3 83 9 4 7 火焰温度 c 1 9 7 01 9 7 51 9 1 82 1 9 7 占l p g 主要部分的丙烷和丁烷，其燃料物理化学性质如表1 - l 所示，同时列 出了汽油和天然气的相应参数，以作比较。 从表1 - 1 中可以看出，l p g 作为内燃机燃料具有如下特点： 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) l p g 中主要成分丙烷和丁烷的单位质量的低热值高于汽油，但 理论混合气热值要比汽油低6 左右。 ( 2 ) l p g 的抗爆性能好于汽油，l p g 的研究法辛烷值在1 0 0 1 1 0 之 间，可以采用较高的压缩比以提高汽车的动力性和经济性。 ( 3 ) l p g 的着火界限比汽油的着火界限略宽，更适合采用稀薄燃烧 技术。 ( 4 ) l p g 比汽油的着火温度高，火焰传播速度慢，因此需要较高的 点火能量和较大的点火提前角。 ( 5 ) l p g 的最高燃烧温度比汽油低2 0 0 。c ，有利于减少污染物n o x 的 生成。 1 2 2 燃用l p g 发动机的特点 由于l p g 自身的燃料特性，燃用l p g 的发动机与汽油机在各个方面存 在着诸多不同。 ( 1 ) 燃料供给 目前l p g 主要是应用在火花点火式的发动机上，但是由于l p g 燃料的 特性，不能直接使用汽油机的燃料供给系统。在化油器式汽油机的基础上改 装成l p g 发动机，燃料供给系统需要增加减压器、蒸发器和混合器等装置。 采用电控气态喷射方式，l p g 的燃料供给系统相对简单，但是要重新设计喷 油嘴，需要考虑到喷嘴的流量，耐腐蚀，散热等性能。采用电控液态喷射方 式，需要防止l p g 的汽化现象。如果采用缸内直接喷射方式，则对l p g 的 高压产生装置，喷油嘴等提出了更高的要求。 ( 2 ) 经济性 l p g 的单位质量低热值较汽油高，而且可在常温下储运，很适合汽车使 用。前几年由于l p g 价格低廉，燃油费用较汽油低，经济性成为l p g 发动 机的重要优点。但目前l p g 的价格已不具有明显优势，国际市场上也仅比汽 油价格低1 5 左右。 l p g 的经济性还体现在它的高辛烷值上，l p g 辛烷值为1 0 0 1 1 0 之间， 抗爆性能好，能提高发动机压缩比而获得较高效率。 ( 3 ) 动力性 汽油发动机改燃用l p g 之后，动力性下降一度被认为是最大的问题，其 主要原因是燃料以气态方式供应致使充气效率下降。由于l p g 的沸点低( 0o c 以下) ，在进气管中以气态形式存在占有了进气道空间，致使进入汽缸的混 浙江大学硕士学位论文 合气的量减少。这是汽油发动机改成燃用l p g 之后，动力性下降的主要原因。 有文献f 7 ，8 ，2 2 2 6 , 2 8 1 提到了动力性下降的问题，并采用了一些改善动力性的措 旌，但提高的程度很有限。要根本性地解决动力性下降问题，除了根据l p g 燃料特点采用较高的压缩比外，还可以采用两种方式9 ，2 9 , 30 1 ，一种是采用液 态喷射代替气态喷射，其动力性与燃用汽油时相当；另一种方式是采用缸内 直接喷射。 ( 4 ) 着火性能和起动性能 由于l p g 的汽化潜热比汽油高3 0 ，在相同的压缩比下，l p g 发动机气 缸内压缩终点附近的温度和压力比汽油机的要低。另外，l p g 的着火温度高， 火焰传播速度慢。所以，l p g 发动机的着火性能比较差，冷起动性能差。但 是l p g 发动机可以通过采用较高的压缩比，加大点火提前角等方式来提高缸 内压缩终点的温度和压力。采用加大点火能量，空气辅助喷射等技术可以进 一步改善l p g 发动机的着火性能，起动性能和加速性能等。 ( 5 ) 排放性能 低污染排放是l p g 发动机的重要优点，也是目前发展l p g 发动机的根 本依据所在。由于l p g 燃料为短碳链结构，h c 原子比相对汽油较高，与空 气同为气相，从而混合均匀，所以燃烧比较完全，c o 和微粒的排放较低。 另外，l p g 燃料的燃烧温度比汽油低2 0 0 c 左右，n o 。的生成较少。据t e x a s a & m 大学的研究者试验，污染排放量低于美国联邦车辆排放标准，在试验中 n m h c ( 非甲烷碳氢化合物) 、c o 及n o 。等指标达到或接近加州大气保护局 ( c a r b ) 制定的极低排放标准( u l e v ) ( 除了n o 。以外，其他指标均好于汽油) fr o 。s i e r e n sr ，l u h m a nd j 等人的研究表明l p g 汽车能达到极低的污染排放量 队2 1 ，另外的一些研究结果表明比燃用汽油时有显著改善1 7 , t 3 1 5 】。根据国内学者 的研究，采用电控喷射方式l p g 发动机或汽车能达到欧排放标准【8 i6 】，或者比 燃用汽油时有显著的改善【1 7 2 0 ，也有学者研究非电控喷射条件下n o 。的排放比 燃用汽油时有所增加1 2 1 , 2 2 1 。 1 3l p g 汽车技术及发展 1 3 1l p g 汽车发展概述 l p g 汽车技术的发展大致经历了三代产品的更替：第1 代为l p g 普 通汽化系统，第2 代为l p g 电子控制燃料供应系统，第3 代为l p g 电控 喷射系统。在各代产品中又可以详细细分1 3 “。 l 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 第1 代产品采用l p g 专用系统，但一般为l p g 与汽油双燃料系 统，即在原化油器式汽油机的基础上加装一套l p g 的汽化供应系统，主要 包括减压阀，蒸发器，调压器与混合器等。国内在上世纪9 0 年代以前的 改装系统以双燃料系统为常见，这主要为了解决加气站不足的问题。采用 该系统一般不对发动机本体作任何改进，技术要求主要集中在蒸发器、调 压器与混合器等关键部件的制造上。混合器大致有三种结构，即盘式混合 器、管式混合器、化油器一混合器。空气一l p g 混合器组件一般出混合器、 功率阀、调节阀组成。图1 1 所示为意大利l a n d i 混合器结构图，图卜2 为国内某厂家生产的混合器产品图。 图1 1 意大利l a n d i 混合器结构图 图1 2 不同型号的混合器 第1 代产品的主要缺点是无法对l p g 供气量实现精确控制。从国内发 表的论文来看，目前这方面的研究最多，主要涉及排放和动力性方面【l 7 ” 2 3 1 。第1 代产品仅能使汽车燃用l p g 而已，与采用电控带三元催化的汽 油发动机相比，在排放上不具有任何优势，所以在这方面基本上已失去进 一步研究的价值。 ( 2 ) 第2 代产品是在机械式l p g 供应系统的减压器和混合器之间加 一个步进电机控制的燃料阀，如图1 3 所示，再增加个专用的电子控制 图卜3 二代l p g 燃料供给系统示意图 浙扛大学硕士学位论文 单元( e c u ) 。系统采集发动机的转速、进气管压力及废气中的氧含量等 信号传送到e c u ，e c u 将发出调节信号至控制电磁阀或其他流量控制装置 来控制l p g 的供应量，而后在混合器中与空气混合，类似于汽油机中的电 控化油器阶段。由于根据不同工况较准确地控制l p g 的供应量，故能达到 较好的排放效果。 ( 3 ) 第3 代产品将汽油电控喷射技术和l p g 供应系统相结合，形成 l p g 电控喷射系统，能达到比汽油电控喷射更低的污染物排放量。通过转 速、进气压力、进气温度、节气门位置、及氧传感器信号等参数来判断发 动机的工作状况并根据一定的控制策略来精确控制相应的空燃比和点火 提前角，可以提高发动机的动力性、经济性和排放性能。第3 代产品将先 进的电子控制技术和l p g 燃料本身具有的清洁排放性能结合起来，使l p g 汽车在排放上比汽油车更具有优势。它可分为气态喷射和液态喷射、缸外 和缸内直接喷射、开环和闭环等不同方式。这也是目前国内着力研究与开 发的产品，从发表的论文上看，主要是电控气态喷射，排放能达到欧i i 排 放标准，其动力性下降约5 左右【1 6 1 8 j 。 1 3 2l p g 电控气态喷射技术 1 2 3 、 4 5 7 6 1 l p g 储液罐2 取液阀3 过滤器 4 调压蒸发器5 空气滤清器6 喷射器 7 节气门8 进气压力传感器9 气门l o 火花寒 1 1 ，氧传感器1 2 ，发动机气缸 图1 - 4 电控l p g 气体喷射系统组成 6 9 1 0 1 2 浙江大学硕上学位论文 l p g 电控气态喷射系统主要由调压蒸发器、气体喷射器( 喷嘴) 、各 种传感器和电控单元( e c u ) 组成，闭环系统需添加氧传感器。该系统基 本工作原理是：l p g 从储存罐中出来后在调压蒸发器中减压、吸热、汽化， 经气体喷射器进入进气道( 进气道起到混合器的作用) ，与空气混合后进 入发动机。e c u 根据各种传感器的信号和控制策略给定喷射脉宽，喷射脉 宽即控制喷射器的开启时间，从而控制进入汽缸的l p g 的量，保证混合气 的浓度在理论空燃比附近或较稀的混合气，使发动机具有较低的污染排 放，但其动力性下降的缺陷没有得到根本消除【“i 。 1 3 3l p g 电控进气道液态喷射技术 采用进气道液态喷射方式能有效地提高发动机的动力性，其主要原因 是液态喷射方式占用了较小的进气管容积，同时由于部分汽化吸热降低了 空气温度，提高了混合气密度，从而提高了充气效率，增加了进入汽缸的 混合气的量。另外，采用电控液态喷射方式能确保高速高负荷下燃料的充 足供应，而不会象普通供气方式那样在高负荷下出现供气不足。采用液态 喷射在技术上有一些困难，要保证l p g 在燃料系统的输运中不出现汽化， 需要通过增压来达到更高的喷射压力。提高l p g 的流动性，使汽化部分及 时回流，同样有助于保持l p g 液态，但增加了燃料供应系统的复杂性1 2 5 1 。 电控液态l p g 喷射方式与混合器供气方式和燃用汽油相比，在排放上 有明显的优势。由于液态喷射的混合气温度较低，h c 排放量比气态喷射 时有所增加，而其最高燃烧温度有所降低，使得n o 。排放量下降。 1 l p g 储气( 液) 罐2 取液电磁阀3 初级过滤器4 单向阀 5 燃料罐6 增压泵7 次级过滤器8 喷嘴9 压力表 1 0 调压阀 图1 - 5l p g 液态喷射燃料供应系统 浙江大学硕士学位论文 1 3 4l p g 缸内直接喷射技术 由于l p g 的着火温度较高，一般采用点燃方式，所以l p g 缸内直接喷 射技术采用与汽油缸内直接喷射( g d i ) 相近的技术。g d i 发动机与进气 道喷射发动机相比一些优点【2 6 1 ，但它目前还存在仍未克服的困难或问题， 如实现理想的分层存在一定的困难，对燃油喷雾混合，缸内气体流动未能 精确控制与优化利用，喷油器放在气缸内，由于其喷射压力较低，喷孔缺 少自洁作用，使得喷射器很容易结垢，低负荷时u b h c 排放较高，高负荷 图1 - 6 典型g d i 发动机系统 时n o 。排放较高，而且一般不能用三元催化转化器。 图1 - 6 所示【26 】为典型的g d i 发动机系统。 g d i 技术在汽油机上逐渐成为研究和应用的一个热点，但在l p g 发动 机上的研究和应用还不多，有文献提及这种燃料供应方式【l 们。开发l p g 缸内直接喷射系统虽然在技术上存在很多困难，但是它除了能进一步提高 l p g 发动机的性能外，还能提高我国在g d i 技术上的研究水平；同时，液 态喷射系统能适用于其它液态代用燃料发动机，有利于其它代用燃料汽车 的开发应用。l p g 采用缸内直接喷射方式可以更精确的控制燃料喷射量， 实现分层稀薄燃烧，从而达到低污染排放的目的。借鉴较成熟的g d i 技术 的经验，喷射压力为5 - 1 0 m p a ，由于l p g 的粘度和密度比汽油小，故从雾 化的角度来看其可采用的压力可以更低。 的开发应用。 浙江大学硕士学位论文 1 4空气辅助技术的发展与研究 燃油空气辅助喷射系统早期主要是应用于二冲程汽油机，为了减少二冲程汽 油机扫气过程中的充量损失，降低燃油消耗率，降低h c 排放所进行的一项研究。 空气辅助喷射大致可以分为以下几个阶段： 第一阶段，应用在二冲程发动机上，主要是为了能够降低二冲程汽油机扫气 过程中的充量损失，以及降低燃油消耗率，降低碳氢排放【3 2 】： 第二阶段，主要是应用于早期的电控喷射四冲程汽油机中，在应用空气辅助 喷射系统后，能够改善怠速工况、低负荷工况下的排放口5 】； 第三阶段，主要是研究空气辅助喷射在四冲程发动机以及l p g 发动机中的应 用。 1 5 课题的研究背景及主要研究内容 1 5 1 本文的研究背景 目前我国的排放法规日益严格，气体燃料发动机清洁燃烧技术的研究非 常重要和迫切。而对发动机本体结构的改造己难以实现更清洁的排放，所以 对燃用l p g 的发动机需要采用电控、稀薄燃烧、空气辅助等技术优化控制燃 烧过程，达到低污染排放、低燃料消耗率的目的。 目前国外对l p g 发动机的研究，主要集中在燃烧过程、排放、燃料控制与供应 系统方面一翻。国内近年来对l p g 发动机的研究主要涉及四个方面的内容：双 燃料发动机及其供应系统 1 7 2 1 】，l p g 发动机的排放”6 - - 2 2 1 ，电控喷射技术应用于 l p g 发动机1 9 j 6 2 7 - 3 0 和改善l p g 发动机动力性研究 2 8 , 2 9 。由于l p g 的清洁排放性 能，被广泛的研究和应用：一方面将用于汽油发动机的电控喷技术移植到l p g 发 动机上来，另一方面着手对发动机进行改进，以适应燃用l p g 所要达到的更高的 排放要求。 本课题组在l p g 发动机的性能研究上已经进行了丰富而卓有成效的工 作，已经对电控进气道气态喷射和液态喷射、缸内直接喷射方式下的动力性， 排放性和经济性等进行了较为详细的研究。为了进一步提高l p g 发动机的各 项性能，本课题组是在实现液态l p g 缸内喷射的基础上，结合空气辅助喷 射技术，研制了一套空气辅助喷射喷射系统，以期改善液态l p g 的雾化性 能，改善l p g 的排放，改善燃油经济性，并将其应用于车用四冲程发动机。 9 浙江人学硕士学位论文 通过一系列优化匹配实验，得出最佳实验参数，从而改进和完善四冲程发 动机燃用l p g 的空气辅助喷射电控技术。其相关研究申请了国家自然科学 基金，并获得资助( n o 5 0 1 7 6 0 4 4 ) 。 1 5 _ 2 主要研究内容 本课题旨在建立一套l p g 电控空气辅助喷射系统，重点对其燃油喷射 器、燃料供应系统、压缩空气供应系统以及点火执行机构进行研究和设计， 我们以普通电控喷射汽油机作为改造和试验的基础，并利用一个电控试验系 统对上述所设计的装置进行试验研究验证。 主要研究内容包括以下几个部分： 1 对l p g 的物理化学性能和燃烧特性进行了解分析，确定初步设计方案。 2 在结合l p g 缸内喷射和空气辅助喷射的基础上，设计了l p g 空气辅 助燃油喷射器，主要是对原有的柴油机喷嘴进行改造，加装了一套有源喷嘴 压力增加系统，一个空气辅助喷射燃油压力容积腔。 3 研制了一套适合于空气辅助喷射的l p g 燃料供应系统和压缩空气供应 系统。主要包括l p g 燃料增压系统，使该系统能够为发动机提供稳定压力的 l p g 燃料。压缩空气供应系统提供稳定的压缩空气。 4 对所使用的电控试验系统软硬件进行研究和改造。 5 试验研究：对研制的l p g 空气辅助喷射系统进行试验；并将实验结果 与l p g 有无空气辅助喷射系统在动力性、经济性、排放性能等方面进行对比，根 据结果进行分析改进优化得出l p g 这些方面的优缺点，并分析其产生原因以及解 决方法，以期了解空气辅助喷射系统是否能够使液态l p g 缸内喷射得到优化和完 善。 1 0 参考文献 1 】贺克斌，郝吉明，傅立新等我国汽车排气污染现状与发展 j 】环境科学， ( 4 ) ：8 0 8 3 2 】傅立新，郝吉明，贺克斌北京市轻型汽车排放新标准 j 】中国环境科学， ( 6 ) ：5 5 2 - - 5 5 5 【3 】郝吉明，吴烨，傅立新北京市机动车污染分担率的研究【j 】环境科学，2 0 0 1 ，2 2 ( 5 ) 1 埘 4 1 西部汽车网国际国内l p g 发展现状 e b ol j h t t p ：w e s t - c a r c h i n e s e c o m h u a n b a o l p g h t m 。 2 0 0 2 5 j 中华人民共和国驻印度尼西亚人使馆“九五”期问汽车工业科学技术重大进展一览 e b o l h t t p ：w w w , c h i n a e m b a s s y - i n d o n e s i a o r i d c h n p r e m a d e 2 1 8 5 8 a u t o h t m ，2 0 0 2 【6 】孙济美天然气和液化石油气汽车p 咽北京：北京理工大学出版社，1 9 9 9 ，1 6 1 7 【7 b r a n n e rjl ，k a m e lmm ，e ta 1 b 5 9p r o p a n eg a se n g i n ed e v e l o p m e n t c i c eo f a s m e ，1 9 9 9 v3 2 ( 2 ) ：9 - 1 5 8 高卫民，周毅等桑塔纳2 0 0 0 g s l 型轿车配置电喷l p g 系统的开发与研究【j 】内燃机 _ 丁程2 0 0 1 ，2 2 ( 1 ) ：7 0 - - , 7 2 9 】邵千钧，何文华，周文华等电控喷射改善燃用l p g 发动机动力性的研究【j 】内燃机上 程，2 0 0 2 ，2 3 ( 5 ) ：1 5 1 8 【1 0 】c a t o nja ，m c d e r m o t tm ，e ta 1 d e v e l o p m e n to fad e d i c a t e dl p g - f u e l e ds p a r k - i g n i t i o n e n g i n ea n dv e h i c l ef o r t h e1 9 9 6p r o p a n ev e h i c l ec h a l l e n g e c s a ep a p e r9 7 2 6 9 2 【11 】s i e r e n s ，r e x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a ls t u d yo fl i q u i dl p gi n j e c t i o n c s a ep a p e r 9 2 2 3 6 3 1 2 】l u h m a adj ，e ta 1 e m i s s i o nc o n t r o lo fap r o p a n ef u e l e ds m a l lu t i l i t ye n g i n eu t i l i z i n g a i r f u e lr a t i oc o n t r o la n dt h r e e - w a yc a t a l y s t c 】s a ep a p e r9 3 2 4 4 5 【1 3 】s p r i n g e r , kja n dd i c k i n s o nag c a rc o l d - s t a r ah y d r o c a r b o nc o n t r o lc o n s i d e r a t i o n s c i c e o f a s m e ，1 9 9 3 ，1 0 ：1 1 5 1 4 】、，td ，c h e nyn ；e ta 1 d e s i g no p t i m i z a t i o nf o r a l ll p ga u t o m o b i l ee n g i n e c i n t e r n a t i o n a lj o u m a lo f v e h i c l ed e s i g n 2 0 0 0 v2 4n1 ：1 0 0 1 2 0 【1 5 】r a l n aa ，m i d k i f f kc ，e ta 1 c h a r a c t e r i z a t i o no f t h ee f f e c t so f m e t h a n ea n dp r o p a n em i x t u r e s o np e r f o r m a n c ea n de m i s s i o n si na s p a r k i g n i t e de n g i n e c i c eo fa s m e 19 9 8 ，v 3 0 ( 3 ) ：6 7 - 7 4 1 6 】朱义伦，何方正低排放l p g 发动机控制系统开发研究【j 】内燃机工程2 0 0 0 ，( 4 ) ：4 8 5 2 【1 7 】赵新顺，霍天强等l p g 汽油双燃料发动机试验研究【j 】小型内燃机与摩托车2 0 0 2 ， 3 1 ( 3 ) ：3 8 - - 4 0 【1 8 】朱义伦，何方正等电控液化石油气发动机排放试验【j 】上海交通大学学报2 0 0 1 ， 3 5 ( 5 ) ：7 4 6 一4 9 【1 9 】邓宝清，李理光等混合器式液化石油气小型发动机排放性能的研究【j 内燃机学 报2 0 0 2 ，2 0 ( 4 ) ：2 8 7 2 9 1 2 0 】顾善愚，赵奎翰等汽油，液化石油气( l p g ) 两用燃料发动机的研究【j 】内燃机学 7 9 晰 卿 塑竖奎兰堡圭兰竺笙苎 报2 0 0 l ，1 9 ( 4 ) ：3 2 3 3 2 6 【2 l 】黄振洲，马凡华等l p g 汽油双燃料发动机排放规律的试验研究 j 内燃机_ ： 程2 0 0 1 ，2 2 ( 2 ) ：5 8 , - - 6 0 【2 2 黄振洲，许忠厚等4 9 2 q 汽油机燃用液化石油气后n o x 排放规律的试验研究 j 】内燃 机学报2 0 0 1 ，1 9 ( 2 ) ：1 3 9 1 4 2 2 3 】陈勇，熊树生等c a 6 1 0 2 汽油l p g 双燃料发动机动力性能的研究 j i 内燃机工程2 0 0 1 ， 2 2 ( 4 ) ：2 争。3 2 2 4 】s i e r e n s ，r e x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a ls t u d yo fl i q u i dl p gi n j e c t i o n 【c 】s a ep a p e r 9 2 2 3 6 3 2 5 】b a r r yrl ，e ta 1 e f f e c t so ff u e lc o m p o s i t i o n , s y s t e md e s i g n , a n do p e r a t i n gc o n d i t i o n so n i n - s y s t e mv a p o r i z a t i o na n dh o ts t a r to fal i q u i d - p h s s el p gi n f e c t i o ns y s t e m 【c 】s a ep a p e r 9 8 1 3 8 8 ，1 9 9 8 2 6 】z h a of l a im c ，e ta 1 a u t o m o t i v es p a r k - i g n i t e dd i r e c t i n j e c t i o ng a s o l i n ee n g i n e s j p r o c e s s i ne n e r g ya n dc o m b u s t i o ns c i e n c e 1 9 9 9 ，p 4 3 7 - 5 6 2 2 7 】邵千钧，何文华，周文华等液化石油气电控喷射技术的研究与发展【j 】车用发动 机1 9 9 9 ，6 ：1 4 2 8 】邵千钧点燃式发动机燃用l p g 电控喷射研究：硕士学位论文口) j 杭州：浙江大学， 2 0 0 0 【2 9 】邵千钧，何文华等缸内直接喷射应用于l p g 发动机的研究们内燃机工程2 0 0 2 ， 2 3 ( 6 ) ：6 - - 8 3 0 】李波l p g 液态喷射发动机工作过程研究：硕士学位论文【d 】杭州：浙江大学2 0 0 2 【3 1 】郭志东l p g 发动机燃料系统的开发动向【j 】 北京汽车附件研究所客车技术 稗2 0 0 1 4 【3 1 g e o r g es a i k a li s ，r o b e r tb y e r s ，t o s h i h a r un o g i ，s t u d yo na i ra s s i s tf u e li n j e c t o r a t o m i z a t i o na n de f f e c t so ne x h a u s te m i s s i o nr e d u c t i o n e s a ep a p e r9 3 0 3 2 3 【3 2 r g k e n n y ，r j k e e ，c e c a r s o n ，a n dg p b l a i r ，a p p l i c a t i o n o fd i r e c t a i r a s s i s t e df u e li n j e c t i o nt oas ic r o s s s c a v e n g e dt w o s t r o k ee n g i n e c s a e p a p e r9 3 2 3 9 6 3 3 s k f u l e h e r ，b f g a j d e c z k o ，p g f e i t o n ，a n df v b r a c c o ，t h ee f f e c to f f u e l a t o m i z a t i o n ，v a p o r i z a t i o n ，a n dh l i x i n go r lt h ec o l d - s t a r tu l ce m i s s i o n so fa c o n t e m p o r a r ys i e n g i n ew i t hi n t a k e - m a n i f o l d i n j e c t i o n c s a e p a p e r 9 5 2 4 8 2 3 4 p i e r r ed u r e t ，j e a n c h a r l e sd a b a d i ea n d3 a c q u e sl a v y ( i f p ) ，j e f fa 1 1 e na n dd a v e b l u n d e ll ( l o t u se n g r g ) ，j o h n n yo s c a r s s o na n dg o r a ne m a n u e i s s o n ( o p c o n ) ，m a t t e o p e r o t t i ( p o l i t e c n i c od im i l a n o ) ，r o b e r tk e r m ya n dg e o f f o r e yc u n n i n g h a m ( 0 u e e n u n i v e r s i t yo fb e l f a s t ) ，t h ea i ra s s i s t e dd i r e c ti n j e c t i o ne l e v a t ea u t o m o t i v e e n g i n ec o m b u s t i o ns y s t e me c s a ep a p e r2 0 0 0 - 0 l - 1 8 9 9 3 5 y o u n g b os e o ，d e v e l o p m e n to fa i r a s s i s t e di n j e c t i o ns y s t e mf o rm p ig a s o l i n e e n g i n e c s a e p a p e r 9 8 1 0 5 6 1 2 浙江人学硕士学位论文 第二章l p g 空气辅助喷射系统方案研究及设计 2 1l p g 空气辅助喷射系统总体方案的选择 l p g 空气辅助喷射采用的是缸内喷射的方式，而燃料喷射系统是缸内 喷射发动机中的最关键部分，这对采用l p g 空气辅助喷射的发动机来说也 是如此。缸内喷射采用的是无节气门的结构，它能提高充气效率和减少泵 气损失，同时也使得它像柴油机一样，负荷调节完全由喷射系统来完成。 如何有效而可靠地实现部分负荷下缸内混合汽的分层与稀薄燃烧，是直喷 点燃式发动机发展过程中的关键技术，它涉及到燃油喷射系统及控制、气 流运动与燃烧室结构合理匹配中的一系列难题。 按照混合汽分层理论，大致可以分为三类【2 l ：一是“喷油引导法”燃 烧系统( 如德国的b e n z 3 0 0 s l 和美国的p r o c o ) ，其燃油喷嘴紧靠火花 塞布置，以保证当整个燃烧室内为稀薄混合汽时，火花塞附近仍能形成点 火所需的浓混合气。这种方法的缺点是火花塞容易被燃油沾湿而造成积 炭，并导致点火困难。二是“壁面引导法”燃烧系统( 如