低排放LPG发动机控制系统开发研究

加装该系统后的排放情况及动力性能，排放指标达到欧洲n排放标准、动力性能仅相差5%左右叙词：电子控制液化石油气排放试验研究LPG（LiquefiedPetroleumGas）液化石油气，是原油提炼过程中的副产品或天然气在炼制过程中所产生的气体。其主要成份由丙烷C3H8（PROPANE），丁烷C4H10（BUTANE）等所组成。LPG本身无色、无毒、无味，在常温常压下为气态，为了储藏及运输的方便，常加压成液态方式，1L的LPG由液态变为气态其体积增加为随着我国经济的迅速发展和汽车保有量的高速增长，城市机动车有害排放物已成为我国城市大气环境主要污染源。城市篼楼林立、街道狭小，汽车排出的废气不易扩散，机动车尾气排放高度接近人的呼吸篼度，使得城市汽车污染已成为影响城市发展和人民生命健康的一个重大问题。城市出租车由于行驶里程多，运行相对集中于市区而成为治理焦点。作者研究了LPG出租车改造，开发了能满足ECE83/01（欧洲I号）法规要求的LPG汽车。

　　发达国家LPG用作汽车燃料可追溯到20年代，经长期研究和开发，技术逐步成熟，各国机动车排放法规曰益严格的限制，促进了LPG汽车更进一步的发展，90年代达到了篼潮。LPG汽车使用情况见表1.据统计，目前世界上LPG汽车已超过640万辆。

　　第1作者朱义伦上海交通大学动力与能源工程学院上海市华山路1954号邮编：200030表1LPG汽车使用情况表国家数量，万辆国家数董，万辆国家数董，万辆溴大利亚33意大利105荷兰35美国37泰国1.9俄罗斯45日本30.5墨西哥30韩国32加拿大14比利时9.6德国2.5璀典0.3英国5——UPG汽车的技术发展大致可以分为四个阶段：第一阶段为在传统化油器上稍加改造，使汽车能够燃用LPG燃料。仅仅起到汽油代用燃料的作用，并不意味着汽车的有害排放物就能下降；第二阶段为电控LPG燃料供给装置对混合气浓度能起到一定的控制作用；第三阶段为闭环单点电喷系统；第四阶段为闭环多点电喷系统最佳匹配。这是当今发达工业国普遍采用的技术，是使LPG汽车能成为名副其实的绿色汽车，也是LPG成为洁净燃料的技术保证。

　　我自自90年代中期起开发LPG汽车，起步较晚。针对出租车绝大部分是化油器式汽油车的现状，要进行LPG出租车改造，用第一阶段技术达不到排放法规的标准，用第四阶段技术不太现实。这意味着要改制燃用LPG的闭环电控系统发动机，较现实的方法是能兼顾技术基础与改装成本，使尾气有害排放物大幅度降低的方案。上海交通大学汽车排放控制研究所，研制了LPG电控燃料供给及低排放控制系统（简称ET-LPG系统），将普通桑塔纳化油器轿车改装为满足国家排放法规的低排放绿色轿车。

　　2基本原理ET―LPG系统（见）由调压蒸发器、LPG气量控制器、混合器、氧传感器、电子控制单元、三元催化转换器等组成。基本原理如下：LPG在调压蒸发器中减压、吸热、汽化，经气量控制阀进人混合器，与空气混合后进人发动机。氧传感器检测排气中氧的含量，电子控制单元根据氧传感器检测排气中氧含量，通过LPG气量控制阀，使进人发动机的LPG混合气的空燃比控制在理论空燃比附近（过量空气系数0a―般为0：98~1.02），使三元催化转换器的综合转换效率达到较篼的值，汽车发动机尾气经过三效催化转换器作用后得到了良好的净化，从而大大改善车辆的排污状况。3ET―LPG系统发动机台架试验为了深入研究化油器式汽油机采用ET-LPG系统后发动机的性能，在发动机台架试验台上，对其在不同工况下的LPG发动机排放和性能进行了系统的测量。试验用发动机为普通桑塔那轿车上所用的化油器式汽油机，其主要结构参数如表2.测量用的主要仪器见表3.为台架示意图，它由普通桑塔纳发动机、水力测功器、ET-LPG系统及有关测试仪器等组成。根据上海大众公司提供的有关参数，针对桑塔纳轿车运行时有代表性的60km/h、90km/h、120km/h三种车速所对应的1700r/min、2550r/min、3400r/nn发动机转速工况点，对发动机性能进行了试验研究，并与原第一类LPG系统及原化油器式汽油机的排放进行了测量和对比，得出了255r/min的试验结果（见a、b）；同时还测量了配置ET―UPG发动机的外特性，并与原化油器式汽油机的外特性进行了比较，结果见。

　　表2试验用发动机主要参数发动机型式直立四缸四冲程化油器式汽油机缸径行程，m排量，L最篼转速，i/min最大输出功率，kW最大扭矩点转速，r/min最大输出扭矩表3ET―LPG发动机试验用主要仪器仪器名称型号生产厂商作用备注排放测试仪测尾气Nx含量CO、HC排放测试仪测尾气CO、HC含量NOx测试采用转速测量仪烟台尖端仪表公司测发动机转速化学发光法，CO，HC测试采用非分散红外线法U型管压力计中国百丈仪器厂测进排气压力数字式温度表上海内燃机研究所测发动机有关温度水力测功器江苏启东机械厂测扭矩和功率由代表性转速下的台架试验的负荷特性排放试验结果可见，ET-LPG系统在一氧化碳（CO）、碳氢（HC）、氮氧化物（NOx）排放量控制方面取得了极为显著的效果：在几乎整个试验范围内，CO排放接近零；在170r/min时，HC排放小于50x和原汽油机的相比，有大幅度下降。对于车用发动机，另一重要指标是改装后发动机的动力性。为ET-LPG系统的外特性与原汽油机的比较。从图中可以看出，ET-LPG系统的外特性与原汽油机相比，动力性影响较小：最大扭矩点扭矩下降了4安装ET―LPG系统发动机实车试验研究按有关法规，在三辆桑塔纳轿车上将化油器式汽油机改装为ET―LPG系统发动机，经国家环保局授权的权威机构――泛亚汽车技术中心有限公司对车辆排放进行了严格的测量，ECER 83/02排放测试结果列于表4.双怠速排放污染物测试结果列于表5.测试结果表明：ET―LPG系统样车的排放指标不但满足欧洲I号法规，并达到国家2004年拟执行的欧洲n号的标准。双怠速排放完全满足上海最近制定的双怠速排放严格的地方标准。

　　表4泛亚ECER8V02排放测试结果检测项目车辆i车辆2车辆3欧I标准欧n标准注：表列值为新车型形式认证限值，对产品一致性质量检验限值为表列值的1.2倍。

　　表5泛亚双怠速测试结果检测项目车辆1车辆2车辆3上海标准低怠速高怠速低怠速篼怠速低怠速篼怠速低怠速篼怠速S结论研制开发的LPG电控燃料供给及低排放控制系统，可以将普通桑塔纳化油器式轿车改装为满足国家排放法规的低排放绿色轿车。

　　在台架试验台上，对发动机有代表性的三个转速的有关性能进行了系统的试验研究，试验表明：所开发的ET―LPG系统在一氧化碳（CO）、碳氢（HC）、氮氧化物（NOx）排放量控制方面取得了极为显著的效果，与原LPG发动机和原汽油机相比，有害排放物大幅度下降；使用LPG后，最大功率和最大扭矩都有所下降，但下降幅度较小，仅在5%左右，对实际使用没有明显影响。

　　安装ET―LPG系统的三辆样车，经权威部门――泛亚汽车技术中心有限公司的严格测试，结果表明样车的排放指标不但满足欧洲I号排放法规，并达到国家2004年拟执行的欧洲n号的标准。双怠速排放完全满足上海最近制定严格的双怠速排放地方标准。

　　ET―LPG系统的研制，可带来良好的社会效益，可大幅度降低市区出租车的有害排放，对改善城市大气质量、促进社会进步有重大意义。