汽油_LPG雙燃料汽車動力性研究

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

隨著汽車工業的不斷發展，我國汽車保有量逐年增加，汽車尾氣排放已經成為環境質量的主要污染源，給生態環境帶來的影響日益加劇。另外，世界范圍內石油資源逐漸枯竭，能源結構的轉換加速。液化石油氣(LPG)低排放的環保功能，是改善發動機排放性能的有效措施之一，并且我國天然氣和石油氣資源比較豐富，使用LPG也可以在一定程度上緩解石油資源緊缺的矛盾。

LPG供給系統易于在燃油發動機，特別是在汽油機的基礎上進行改裝，改裝時可以利用原有的進氣系統，保留原有燃油的供給系統，構成雙燃料汽車。所以本文通過發動機臺架、GT-drive軟件研究燃用LPG燃料對發動機性能的影響。

1 LPG與汽油化學特性的比較

LPG是石油產品精煉過程中的副產品，主要由丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）組成，在常溫常壓下是一種無色無味無毒的氣體，在0.2MPa~2MPa的壓力下呈液態，實際壓力取決于丙烷和丁烷的混合比以及溫度。LPG與汽油的理化性質差異主要表現如表1所示。

表1 LPG和汽油化學特性比較

LPG對油脂、機油、涂料具有溶解或清洗作用，同時會造成天然橡膠膨脹。LPG通常對金屬和合金沒有腐蝕作用，不會影響機油的使用性能。

由于LPG中碳原子數遠遠小于汽油，因此在相同熱效率的情況下，LPG排放的CO和CO2相對較少。LPG分子結構簡單，又是氣體，容易產生均勻的混合氣，因此燃燒較完全，不完全燃燒產生的有毒物質較少，但是較高的燃燒溫度，則容易導致燃燒產物中的NOx增加。

2 設計方案

本方案研究在不改變原有發動機設計的基礎上，加裝一套LPG噴射系統，將發動機改裝成同時燃用LPG、汽油的雙燃料發動機。本次試驗的原型車為某一企業匹配1.4 L四缸自然吸氣發動機的車輛，其發動機主要的技術參數如表2所示。

表2發動機的主要技術參數

為實現發動機在不改變原有電控燃油噴射系統的前提下能夠切換為燃燒LPG，本次試驗在原車電控燃油噴射系統的基礎上，添加了LPG供氣系統、LPG ECU、切換控制模塊、LPG噴氣閥驅動等部件，LPG供氣系統改裝結構簡圖如圖1所示。

改裝之后發動機采用雙ECU控制，在原機線束上將傳感器信號引入ECU(LPG)，ECU(LPG)的控制線與執行器連接，噴油器連接在ECU(原機)上，LPG噴嘴連接在ECU(LPG)上。通過LPG切換控制來完成汽油和LPG燃料的切換使用，具體改動如圖2.

圖2發動機控制系統簡圖

3 試驗及仿真結果分析

3.1 試驗結果分析

在相同條件下，發動機分別燃用汽油和LPG兩種燃料，并在相同運行條件下進行外特性試驗。扭矩對比曲線和功率對比曲線如圖3和圖4所示。

圖3 扭矩對比曲線（汽油VS LPG）

圖4 功率對比曲線（汽油VS LPG）

由圖3和圖4可以看出，相對于燃用汽油，使用LPG后發動機功率下降了約3%，扭矩下降了5%左右。原因有：一是LPG的混合氣熱值低于汽油，理論空燃比高于汽油，燃用LPG每循環放出的熱量低于汽油；二是LPG采用混合氣式燃料供給方式，導致實際進入氣缸的空氣量減少；三是LPG的火焰傳播速度比汽油慢，燃燒特性與汽油存在差異。上述的三點因素導致燃用LPG的發動機性能較汽油機有所降低。

3.2 仿真結果分析

利用GT-Drive軟件仿真某車型燃用汽油_LPG雙燃料的的動力性，其建模部件包括發動機模型、離合器模型、變速箱模型、差速器模型、半軸模型、剎車模型、輪胎模型，以及整車數據模型和道路環境模型，模型連接圖5所示。

圖5 GT-Drive模型

由圖6、7、8可以看出，某車型燃用汽油/LPG雙燃料之后，最高車速為145.4 km/hr，最大加速度為2.761m/s^2，最高爬坡度為48%。

圖6驅動力—行駛阻力功率平衡圖

圖7汽車加速度曲線的動力特性

圖8汽車爬坡度的動力特性

4 結束語

燃用LPG以后，發動機、整車的改動都較小，只需增加一套LPG供氣系統、LPG控制系統并且更改發動機線束。燃用LPG，發動機的功率相對于汽油機降低了約3%，扭矩相對降低5%左右。整車的最高車速為145.4 km/h，最大加速度為2.761m/s^2，最高爬坡度為48%。

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