LPG汽車發(fā)動機(jī)燃料燃燒的優(yōu)化方案
改裝車型的發(fā)動機(jī)硬件部分已經(jīng)定型,LPG/ 汽油雙燃料改裝工作關(guān)鍵是控制發(fā)動機(jī)的燃燒使發(fā)動機(jī)有較理想的動力輸出和尾氣排放指標(biāo)。
1 燃料的成分
雙燃料汽車的燃料為汽油和液化石油氣,二者均是一種由多碳?xì)浠衔锝M成的混合體。
汽油以含7 個或8 個碳原子的烴類為主,LPG則以含3 個或4 個碳原子的烴類如丙烷(C3H8) 、丙烯(C3H6) 、丁烷(C4H10) ,丁烯(C4H8 ) 為主的一種混合物。汽油和L PG均可以化學(xué)分子式CnHm 表示。
2 燃料的燃燒過程
燃料的理論燃燒是碳?xì)浠衔镅趸癁樗投趸嫉倪^程,其反應(yīng)式如下:
CnHm + (n + m/ 4) O2 →nCO2 + m/ 2 H2O
然而由于燃燒時環(huán)境的不穩(wěn)定和氧氣不足,反應(yīng)不完全而產(chǎn)生了一些污染物質(zhì),反應(yīng)式如下:
CnHm +λ(n + m/ 4) (O2 + rN2) →aCO2 + bCO +cH2O + dCO2 + eNOx + fCH
其中r - 空氣中氮?dú)庹佳鯕怏w積比,約為3. 76～3. 8 ;
λ- 過量空氣系數(shù),為燃燒1kg 燃料的實(shí)際空氣量同理論空氣量之比,也就是實(shí)際空燃比與理論空燃比之比,表示可燃?xì)怏w的濃度。根據(jù)理論燃燒化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算,汽油的理論空燃比為14. 7 ,丙烷的理論空燃比為15. 7 ,丁烷的理論空燃比為15. 5 。
供入發(fā)動機(jī)可燃混合物的濃度,應(yīng)能使混合物在氣缸中迅速而完全地燃燒,混合物燃燒迅速能使發(fā)動機(jī)輸出更大的功率,而混合物燃燒完全則對降低油耗率,減少尾氣排放有害氣體及提高經(jīng)濟(jì)性有利,可燃混合氣迅速完全燃燒的條件是:燃料與空氣以最佳的比例充分均勻地混合。
理論空燃比是指燃料進(jìn)行完全燃燒時所需的空氣量和燃料的質(zhì)量之比,完全燃燒時空氣過量系數(shù)λ為1 ,然而在實(shí)際燃燒時,空氣與燃料的供給量不可能恰為理論空燃比。當(dāng)λ> 1 時,表示空氣量較多,為稀混合氣;當(dāng)λ< 1 時,表示空氣量不足,為濃混合氣。研究試驗(yàn)表明,當(dāng)發(fā)動機(jī)在λ稍小于1 時,輸出的功率最大,因?yàn)檫@種濃度的混合氣燃料分子含量較多,燃料分子密集,因此燃燒速度最高,熱量損失最小,因而使得氣缸內(nèi)平均壓力最高,當(dāng)λ變小或增大時,發(fā)動機(jī)輸出的功率都會減少,這是由于前者空氣量不足,后者燃料分子密度減少,均使燃燒速度降低的緣故,對于不同的發(fā)動機(jī),這種相應(yīng)于最大功率輸出的λ值是不一樣的,一般應(yīng)選擇在0. 9～0. 99 之間較為理想。
3 可燃混合氣濃度對發(fā)動機(jī)性能的影響
混合氣濃度對發(fā)動機(jī)的性能和尾氣排放是非常重要的,詳見表1 、圖1 。
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λ值稍小于1 時,可得最大扭力輸出,然而尾氣排放指標(biāo)并不理想,排放的主要污染物為CO、HC和NOx ,其形成原因各不相同,CO 主要為燃燒不完
全所致,HC 是沒有得到燃燒機(jī)會的分子;當(dāng)λ大于1 時,可降低CO 和HC 的產(chǎn)生;在λ= 1. 1～1. 2 時,CO 和HC 產(chǎn)生量最少,而NOx 的產(chǎn)生則與燃燒的溫度有著密切的關(guān)系,溫度越高越易形成;因此在λ= 1 的附近形成的NOx 就較高。由此我們就可以了解到,要同時保證發(fā)動機(jī)較高的功率輸出和低污染排放,必須高精度的控制發(fā)動機(jī)燃燒的空燃比,這是LPG/ 汽油雙燃料改裝工作關(guān)鍵技術(shù)所在。
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