柴油/LPG双燃料发动机工作状态的控制及性能研究
摘要
21世纪人类面临着能源短缺和日益恶化的环境污染。为解决这些问题，走可持续发展道路，人们正在寻找一条既能合理利用资源，又能保护生态环境的途径。
随着汽车工业的高速发展及汽车保有量的急剧增加，汽车造成的环境污染及石油危机问题日益突出。发展低污染的绿色汽车是当今世界汽车发展的主要趋势。目前，众多代用燃料在内燃机上得到愈来愈广泛的应用，特别是燃气汽车的发展为油品短缺和环境保护提供了广阔空间与良好契机。近几十年来，燃气汽车发展较快，在一些发达国家已形成一定的产业规模。近两三年来，我国的燃气汽车亦备受青睐，发展势头强劲。
在众多代用燃料中，液化石油气LPG(Liquefied Petroleum Gas)以其能量密度高于天然气NG(Natural Gas)，易于液化(0.5～1MPa即可液化)，便于充装携带，以及优异的排放性能和动力性能受到越来越多的青睐，近年来在汽车上得到了优先发展。
本文是在国内外相关研究的基础上，对车用柴油／LPG双燃料发动机进行的工作状态的控制及性能研究。实验采用单片机控制进气道预混合混合器的供气方式，对490Q直喷式柴油机进行了柴油／LPG双燃料的技术改造。在分别燃用全柴油和柴油／LPG双燃料的情况下，得到了相应工况下动力性、经济性以及排放噪声等性能指标的对比试验结果。
试验结果表明：燃用柴油／LPG混合燃料，发动机的动力性有所提高；经济性在低负荷时优于全柴油，高负荷时较差；排放方面，烟度大幅降低，NO_x也有所降低，排温和噪声都较原机低。
In 21st century, people are faced two problems: energy crisis and worsened environment. The countermeasures of sustainable use of energy resources are put forward.
Along with the development of automobile industry and the rapid increase of automobile amount, the environmental problem is even worse. To develop green-vehicle is the growing trend in automotive technology. In recent years, the application of gas-vehicle has been popularized.
Liquefied petroleum gas (LPG) is a mixture of butane and propane. A specific feature of these hydrocarbons is that they can turn to liquid even at room temperature and at relatively low pressure (about 0.5~1MPa). Liquefied petroleum gas can be easily stored and transported in a liquid state with high energy density. The vehicles that run on liquefied petroleum gas have fewer combustion deposits and lower emissions based on present-day legislation, and the throttles aren't reduced. For its technical advantages in comparison with diesel/petrol engine, dual-fuel engine is widely used.
In this paper the research work has been put on the Model 490Q engine by changing the diesel/LPG dual-fuel technique through using ECU to control the air feed mode of the inlet channel blender. Contrastive test results of performance can be obtained when separately using diesel and diesel/LPG dual-fuel.
The result shows that when using diesel/LPG dual-fuel the engine's power is increased .At low-load the economy viability of the dual-fuel engine is better than the diesel engine, however at high-load the diesel engine is better. As for the exhaust emission, the smoke level is considerably decreased, and NOx emission level is debased also.
随着汽车工业的高速发展及汽车保有量的急剧增加，汽车造成的环境污染及石油危机问题日益突出。发展低污染的绿色汽车是当今世界汽车发展的主要趋势。目前，众多代用燃料在内燃机上得到愈来愈广泛的应用，特别是燃气汽车的发展为油品短缺和环境保护提供了广阔空间与良好契机。近几十年来，燃气汽车发展较快，在一些发达国家已形成一定的产业规模。近两三年来，我国的燃气汽车亦备受青睐，发展势头强劲。
在众多代用燃料中，液化石油气LPG(Liquefied Petroleum Gas)以其能量密度高于天然气NG(Natural Gas)，易于液化(0.5～1MPa即可液化)，便于充装携带，以及优异的排放性能和动力性能受到越来越多的青睐，近年来在汽车上得到了优先发展。
本文是在国内外相关研究的基础上，对车用柴油／LPG双燃料发动机进行的工作状态的控制及性能研究。实验采用单片机控制进气道预混合混合器的供气方式，对490Q直喷式柴油机进行了柴油／LPG双燃料的技术改造。在分别燃用全柴油和柴油／LPG双燃料的情况下，得到了相应工况下动力性、经济性以及排放噪声等性能指标的对比试验结果。
试验结果表明：燃用柴油／LPG混合燃料，发动机的动力性有所提高；经济性在低负荷时优于全柴油，高负荷时较差；排放方面，烟度大幅降低，NO_x也有所降低，排温和噪声都较原机低。
In 21st century, people are faced two problems: energy crisis and worsened environment. The countermeasures of sustainable use of energy resources are put forward.
Along with the development of automobile industry and the rapid increase of automobile amount, the environmental problem is even worse. To develop green-vehicle is the growing trend in automotive technology. In recent years, the application of gas-vehicle has been popularized.
Liquefied petroleum gas (LPG) is a mixture of butane and propane. A specific feature of these hydrocarbons is that they can turn to liquid even at room temperature and at relatively low pressure (about 0.5~1MPa). Liquefied petroleum gas can be easily stored and transported in a liquid state with high energy density. The vehicles that run on liquefied petroleum gas have fewer combustion deposits and lower emissions based on present-day legislation, and the throttles aren't reduced. For its technical advantages in comparison with diesel/petrol engine, dual-fuel engine is widely used.
In this paper the research work has been put on the Model 490Q engine by changing the diesel/LPG dual-fuel technique through using ECU to control the air feed mode of the inlet channel blender. Contrastive test results of performance can be obtained when separately using diesel and diesel/LPG dual-fuel.
The result shows that when using diesel/LPG dual-fuel the engine's power is increased .At low-load the economy viability of the dual-fuel engine is better than the diesel engine, however at high-load the diesel engine is better. As for the exhaust emission, the smoke level is considerably decreased, and NOx emission level is debased also.
引文
[1] 孙济美 天然气和液化石油气汽车 北京：北京理工大学出版社，1999
[2] 胡成春 生存之源：探求新能源 北京：金盾出版社，1998
[3] 罗强，王成善 中国能源问题与可持续发展 北京：石油工业出版社，2001
[4] 中华人民共和国国家计划委员会交通能源司’97 白皮书中国能源 北京：中国物价出版社 1997
[5] 何学良 内燃机燃料 北京：中国石化出版社，1999
[6] 高德利 面向二十一世纪的能源科技：中国科协第21次“青年科学家论坛”报告文集 北京：石油工业出版社，1991
[7] 杨建华 内燃机性能提高技术 北京：人民交通出版社，1999
[8] 刘異俊 内燃机的排放与控制 北京：机械工业出版社，2002
[9] 朱孟华 内燃机振动与噪声控制 北京：国防工业出版社，1995
[10] 周小川 汽车爱好者手册 成都：四川辞书出版社，2000．4
[11] 冯幸福 燃气汽车及加气站技术 北京：电子工业出版社，2001．2
[12] 朱仙鼎 特种发动机原理与结构 上海：上海科学技术出版社，1998
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[14] 刘玉梅 汽车节能技术与原理 北京：机械工业出版社，2003
[15] 北京市交通局组编 汽车排放治理技术指导 北京：机械工业出版社，2003
[16] 杜德兴 燃烧学 杭州：浙江大学出版社，1999
[17] 李人宪 车用柴油机 北京：中国铁道出版社，1999
[18] 俞虹 MCS—51 单片机原理与应用：C语言版 北京：机械工业出版社，2002
[19] 赵嘉鼎，倪琴华 490QA 型轻型高速柴油机的研制 《内燃机工程》 1991年第4期
[20] 严兆大，俞小莉 压燃式双燃料发动机爆震的模拟 《浙江大学学报》vol．27，No．4，1993
[21] 吴德金 490Q 直喷式柴油机的研制 《小型内燃机》 1995年第4期
[22] 郑殿旺 小功率液化气—柴油双燃料试验系统研制 《佳木斯工学院学报》 第13卷第4期 1995年12月
[23] 张春化，马志义 LPG／柴油双燃料发动机应用特性研究 《陕西汽车》 1997年第3期
[24] 孙济美，赵源泰 X6130 车用柴油机双燃料工作性能研究 《天然气汽车信息》 1997年9月第3期
[25] 祁东辉 LPG／柴油双燃料发动机燃烧特性研究 《西安公路交通大学学报》1998年1月
[26] 边耀璋，刘生全 LPG／柴油双燃料发动机应用特性研究 《天然气汽车》1998年第2期
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[28] 周恺承 LPG汽车供燃系统产品的特点 《天然气工业》 1998年3月
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[33] 边耀璋 LPG—柴油双燃料发动机排放研究 《汽车运输节能技术》 1999年第4期
[34] 詹樟松 内燃机技术的发展过程和趋势 《内燃机》 1999年第5期
[35] 李远洪 LPG—柴油双燃料发动机排放特性的研究 《小型内燃机》 1999年第6期
[36] 祝晖 LPG 双燃料汽车试验结果 《天然气汽车》 1999年6月第2期
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[41] 周俊杰 柴油—液化石油气双燃料发动机放热规律的研究 《小型内燃机》2000年第1期
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[55] 杜胜品，果继辉 双燃料发动机(一) 内燃机 2001年第5期
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[67] 彭家政 双燃料应用汽车改进方案初探 《城市公共交通》 2002／4
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