LPG汽車發動機燃料燃燒的優化方案
改裝車型的發動機硬件部分已經定型,LPG/ 汽油雙燃料改裝工作關鍵是控制發動機的燃燒使發動機有較理想的動力輸出和尾氣排放指標。
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氫化合物組成的混合體。
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均可以化學分子式CnHm 表示。
2 燃料的燃燒過程
燃料的理論燃燒是碳氫化合物氧化為水和二氧化碳的過程,其反應式如下:
CnHm + (n + m/ 4) O2 →nCO2 + m/ 2 H2O
然而由于燃燒時環境的不穩定和氧氣不足,反應不完全而產生了一些污染物質,反應式如下:
CnHm +λ(n + m/ 4) (O2 + rN2) →aCO2 + bCO +cH2O + dCO2 + eNOx + fCH
其中r - 空氣中氮氣占氧氣體積比,約為3. 76～3. 8 ;
λ- 過量空氣系數,為燃燒1kg 燃料的實際空氣量同理論空氣量之比,也就是實際空燃比與理論空燃比之比,表示可燃氣體的濃度。根據理論燃燒化學反應式計算,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 。
供入發動機可燃混合物的濃度,應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動機輸出更大的功率,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濟性有利,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行完全燃燒時所需的空氣量和燃料的質量之比,完全燃燒時空氣過量系數λ為1 ,然而在實際燃燒時,空氣與燃料的供給量不可能恰為理論空燃比。當λ> 1 時,表示空氣量較多,為稀混合氣;當λ< 1 時,表示空氣量不足,為濃混合氣。研究試驗表明,當發動機在λ稍小于1 時,輸出的功率最大,因為這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,因而使得氣缸內平均壓力最高,當λ變小或增大時,發動機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,對于不同的發動機,這種相應于最大功率輸出的λ值是不一樣的,一般應選擇在0. 9～0. 99 之間較為理想。
3 可燃混合氣濃度對發動機性能的影響
混合氣濃度對發動機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 是沒有得到燃燒機會的分子;當λ大于1 時,可降低CO 和HC 的產生;在λ= 1. 1～1. 2 時,CO 和HC 產生量最少,而NOx 的產生則與燃燒的溫度有著密切的關系,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,要同時保證發動機較高的功率輸出和低污染排放,必須高精度的控制發動機燃燒的空燃比,這是LPG/ 汽油雙燃料改裝工作關鍵技術所在。
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