柴油机LPG双燃料燃油供给系统改装设计Word文档格式.docx

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2.0200

0.5280

C3H6

42.079

1.9149

0.5454

正丁烷

C4H10

58.120

2.7030

0.6011

异丁烷

2.6726

0.5820

异丁烯

C4H8

56.·

108

2.5030

0.6190

丁　烯1

56.108

0.6200

顺丁烯-2

0.6300

反丁烯-2

空　气

28.966

1.2928

2.LPG的比重

气态液化石油气的比重约在1.5～2.l之间，即比空气重得多。

因此，液化石油气发生漏泄后会积存于低洼处，易形成爆炸事故隐患。

我们在装卸液化石油气时，应注意拧紧管道阀门的接头,防止泄漏。

液态液化石油气的比重约在0.5～0.6之间，也就是说比水轻得多。

因此，将液化石油气装入铁路罐车时，如液化石油气中含有水分，经过几小时沉降，水会在罐体底部聚集，通过液相紧急切断阀可将水分排出。

万一发生液化石油气火灾时，只能用干粉灭火剂扑救，而不能用水救火。

3.LPG的比容

液化石油气的比容可见下表1-2：

表1-2液化石油气的比容

项目

丙烷

丙烯

丁烯-1

比（m3/kg）

（15.6℃1大气压）

0.538

0.408

0.505

0.421

0.339

0.329

0.353

4.LPG的沸点和气化潜热

气化潜热就是在某一温度下，一定数量的液体变为同温度的气体所吸取的热量。

液化石油气的气化潜热随引起气化的温度而变，温度升高，气化潜热减小，达到临界温度时，气化潜热等于零。

液化石油气的沸点及气化潜热可见下表1-3：

表1-3液化石油气的沸点及气化潜热

项　　目　

沸点（℃）

（0.1013兆帕）

-42.17

-0.5

-10.2

-47.0

-6.3

3.7

0.88

-6.9

气化潜热

（焦耳/千克,）

422584

383254

366100

439320

390786

415800

405430

394133

5.LPG饱和蒸汽压

液化石油气混合物的饱和蒸气压，是指在一定温度下，混合物的气液相平衡时的蒸气压压力。

即蒸气分子的蒸发速度同凝聚速度相等时的压力。

所谓液化石油气的压力，就是指容器中，当混合物液体与蒸气处于动态平衡时，容器上方饱和蒸气所表示出来的压力。

在O℃时丙烷的饱和蒸气压为0.471MPa（4.82kgf/cm2）,在20℃时，丙烷的饱和蒸气压为0.84MPa（8.48kgf/cm2），而正丁烷的饱和蒸汽压为0.23MPa（2.348kgf/cm2）。

6.LPG着火温度

燃料能连续燃烧的最低温度，称为着火温度。

在常压（大气压）下，液化石油气的着火温度为365—460℃。

7.LPG热值

单位容积燃气完全燃烧所放出的热量，成为该燃气的热值。

热值分为高热值和低热值。

高热值是指单位燃气完全燃烧后，其烟气被冷却到初始温度，其中的水蒸气以凝结水的状态排出时，所放出的全部热量。

低热值是指单位燃气完全燃烧后，其烟气被冷却到初始温度，其中的水蒸气以蒸气的状态排出时，所放出的全部热量。

液化石油气的热值约为45200—46100KJ/Kg。

8.LPG辛烷值及空燃比

辛烷值表示燃料的抗暴性能，抗暴性越好越省燃料。

LPG的辛烷值比汽油高，所以提高LPG发动机压缩比，可以提高其性能。

LPG的理论空燃比为A0/F=15.6。

2.2使用LPG作为燃料的特点

1.降低燃料使用费

根据日本尼桑公司对叉车使用的试验结果，LPG每小时的消耗量约为汽油的1.1倍，而LPG的价格为75～85日元/L，汽油为120～130日元/L，使LPG的使用费较汽油降低约40%。

虽然目前在我国大部分地区这种价格优势还未表现出来，但随着我国加入WTO后与国际石油价格体系的接轨，以及我国天燃气的开发，LPG作为汽车燃料取代汽油的好处将日益显露出来。

2.提高发动机的动力性

由于液化气的许多指标与汽油相近，有的还超过了汽油，特别是液化气的辛烷值大大高于汽油（丙烷、丁烷和汽油的辛烷值分别为125、91和87），其自燃温度较高，以液化气作燃料的发动机可以采用较高的压缩比而不易引起爆震，因此大大提高了发动机的动力性。

3.发动机尾气清洁，排放物中有害物质少

液化气容易气化，它总是以气态形式进入发动机混合室，且能与空气良好混和，接近于完全燃烧。

和汽油相比，尾气中有害物质极少，且不产生柴油机黑烟。

4.发动机及其部件（滤清器、火花塞等）使用寿命长

由于LPG叉车燃料混合、燃烧均匀，接近完全燃烧，不易产生积碳，气缸壁上润滑油膜不会被破坏，因此不易产生油泥，可减少机油污损、稀释及粘度下降问题，润滑油的使用期限可增加2～3倍，机油滤清器的更换次数随之减少，并减少了火花塞因积碳造成的损坏，降低了维修使用费用。

与汽油机相比，LPG发动机寿命可延长1.5～2倍。

5.噪声低，工作平稳

LPG发动机点火速度慢，可明显降低发动机噪声，增加工作平稳性。

使用液化气作燃料，燃料费用低，发动机工作平稳，噪声小，废气排放少，且尾气中易于引起火花的物质也较少，发动机保养间隔和使用寿命长，可广泛应用于食品、化工、塑料等清洁度要求较高的领域。

3柴油-LPG双燃料系统的改装设计

柴油-LPG双燃料系统是指保持原有的柴油机的供给系统，发动机压缩比不变，加装一套LPG供给系统，使其以一定的比例混合燃烧，达到节约能源，减少排放的目的。

其主要技术措施有：

1.燃料转换控制开关及其连锁机构。

2.燃料混合器的匹配。

3.确定两种燃料之间的混合比例。

3.1总体设计方案

本文对柴油-LPG双燃料供给系统进行了优选，在代用燃料发动机运行中，有缸内直喷供气以及缸外供气两种方式。

气缸外供气又分为气缸外进气道喷射供气和进气道混合器供气两种方式。

通常气缸外进气道喷射分为单点和多点喷射。

考虑到加气因素、改装成本、排放及动力性等因素，选择了双燃料供给系统运行方式。

进气道混合器供气方式实际上是机械控制供气，其具有改装成本小（每改装一台发动机价格在7000元左右），控制比较精确的优点，因此选用此供气方式进行改装。

因此，本设计选用双燃料系统运行模式下机械控制喷射系统。

3.2改装用发动机介绍

本次改装的发动机是使用的490Q型号发动机，该发动机是直列四缸、四冲程、水冷机型。

最大功率为45.6KW，排量2.54L。

其他参数与本设计无太大关联，故不予列出。

3.3LPG燃料供给系统的基本组成及各部件工作原理

3.3.1LPG燃料供给系统的基本组成

单位时间注入到柴油机的柴油的质量取决于两个因素：

发动机转速与负荷量。

在一定的负荷下，发动机转速越快，喷射泵运行得越快，自然单位时间内注入的油也多。

而在一定的转速下，负荷量越大，喷射泵受调节之后喷出的油也多。

LPG燃料供给系统的组成如图2-1所示：

图2-1LPG燃料供给系统

1.LPG储气罐2.LPG锁止阀3.蒸发调压器4.负荷调节器5.文氏空气混合器6.柴油泵7.输气管道8.输气管道9.主要调节螺旋（MAS）10.补偿链接11.怠速阀

LPG的供给量也是由发动机的转速与负荷来决定的，它的控制机理如下：

当发动机转速发生改变时，所吸入的空气量也随之改变，此时文氏空气混合器会根据所测得的数据来控制LPG的数量；

当发动机负荷发生改变时，柴油泵所泵出的柴油量也会改变，此时，柴油泵上有一个阀门，用来控制LPG从蒸发调压器进入文氏空气混合器里面的量的大小。

此外，当发动机只有极少数柴油注入的时候，该阀也会控制使LPG不能流入文氏混合器。

除了转速与负荷会影响发动机额功率之外，还有些部件可能对功率造成影响，如主要调节螺栓和文氏混合器等。

当发动机处于怠速之时，怠速阀将LPG输气管道关闭，此时发动机燃料全部由柴油提供。

3.3.2柴油-LPG双燃料系统的燃烧规律

燃烧是指空气与燃料的化学反应，燃料的理想燃烧是发生反应后燃料全部消耗，产生的产物只有二氧化碳和水。

而理想的燃烧只有下列2种情况能实现：

一、燃料在燃烧过程中充分与氧气接触；

二、燃料与空气的混合比例恰好合适。

而在发动机燃烧过程中，燃料与空气混合的时间极短，因此，第一种情况在发动机中难以实现。

虽然雾化的柴油被注入到很强的气流里，但是要达到一个很好的混合仍然很困难。

这是多年以来柴油机发展的一个重要问题。

此外发动机气缸的磨损会使得空气在气缸和活塞之间泄露，那么压力会减小，燃烧过程中可用空气量也会减少。

用LPG来代替一部分柴油则可以在很大程度上解决刚提到的问题。

当LPG进入到气缸，它就已经和燃烧的空气混合了，在燃烧开始时形成了稳定的混合物。

通过大量的柴油机实验证明，在满负荷情况下，只有大概30%的柴油被LPG替换。

这种状态下一般来说烟雾量至少会减少50%，而功率没有减少。

正常情况下，也没有黑烟的产生，而且发动机的燃油消耗量会减少9%。

3.3.3LPG负荷调节器

LPG负荷调节器由以下几部分构成（如图2-2所示）：

图2-2负荷调节器

1.垫圈（铜18）2.螺纹接管（钢）3.外壳4.夹子（钢）5.座圈（钢）6.弹簧7.螺母M6

8.阀门（钢）9.杆（钢）10.圈11.间隔12.波形弹性垫圈13.尺座14.密封圈

15.适配器M16x1.5

在负荷极低的时候（燃料全由柴油供给），阀门8的斜角与外壳3内部的卡子紧密结合，此时LPG无法通过。

随着负荷的变化，弹簧6会根据负荷大小调节阀门8与外壳3卡子的移动距离，此时LPG会随着负荷的改变而改变，二者的关系下面会给出计算。

1.负荷调节器的安装

LPG负荷调节器必须安装在喷射泵的前端，这意味着在调节器的对面。

安装的顺序如下：

（1）将柴油泵从发动机上移除下来。

（2）调节调节器和满负荷状态下喷射泵的设置，直到他满足了规格。

（3）用特殊工具在燃料架的末端打一个螺旋孔。

（4）将负荷调节器安装好

（5）安装完毕后检查蒸发调压器上的气体软管是连接在“gasin”的压力调节器的管道上，怠速阀上的软管是连接在“gasout”的管道上。

调节杆9的规格如图2-3所示：

图2-3杆的规格

2.负荷调节器的调节与流入混合器LPG的量的关系

阀门8的锥角：

45°

，阀门8的直径D：

18mm，阀门底直径d：

8mm。

如图2-4所示：

图2-4负荷调节器的调节

所以阀门移动的距离与流过阀门的LPG气体的横截面积的关系可以通过计算得出：

设阀门每移动Xmm，所流过的气体的面积为Ymm²

。

由函数关系可以得到：

Y=π×

d×

X×

sin45°

代入数据得Y=17.772·

X

而单位时间内流过阀门的LPG的量为：

设LPG气体流速为v，v是由蒸发压力调节器的压力所控制的，单位时间内流经阀门的LPG体积为V，则有如下关系：

V=v×

Y=17.772·

v·

这便是负荷调节器杆移动的距离与流入混合器的LPG的量的关系。

3.3.4怠速阀

在空闲或者低负荷情况下，负荷调节器没有要求气体。

但是，由于负荷阀内部的漏气，一小部分的气体将要进入到发动机里。

这些气体将要造成废气里含有一大部分的未燃尽的碳氢化合物。

这个怠速阀通常在低负荷状况下是关闭的。

怠速阀是通过一个连锁连接在柴油喷射泵的控制杠杆上。

这个连锁是递减的。

这个会造成怠速阀马上打开，只要司机踩下油门。

在满负荷情况下，这个阀便会完全打开的。

怠速阀必须在空闲和低负荷下关闭（差不多25%的负荷）。

在满负荷状况下，阀门必须完全打开。

在怠速工况下，怠速阀的位置如下图2-5左所示，此时怠速阀处于关闭状态，发动机的燃料由柴油完全提供；

满负荷状态下，怠速阀位置如下图2-5右所示，此时发动机燃料由柴油和LPG共同提供。

图2-5怠速阀的两种极限状态

3.3.5文氏空气混合器

文氏空气混合器会制造一个高均匀性的低空气流动阻力。

这个气流是由于有喉管而产生的，同化油器的喉管的原理差不多，通过喉管，使前后产生一个气压差，从而形成上述的气流，与化油器不同的是：

文氏管的喉管处并不是全开的，而是由很多的小孔组成。

文氏管的喉管有60mm。

文氏管需要插入混合室，混合室包含了密封在里面的两个O型橡胶密封圈，两个O型橡胶密封圈需要用润滑油进行润滑。

混合室的一边是空气过滤器的补偿的连接器，这个蒸汽压力调节器的补偿软管必须连接在连接器上。

混合器的安装如图2-6所示：

图2-6混合器的安装

3.3.6LPG蒸发压力调节器

本次改装所使用的蒸发压力调节器（图2-7）是AG-2000。

AG-2000是两层的蒸发压力调节器，有以下几个功能：

将LPG汽化；

减压，将压力调整为0.55-0.6Bar；

保持出口压力恒定为零压力。

图2-7蒸发压力调节器

1.工作原理

压力调节分为2个阶段：

第一阶段：

液体LPG通过阀和阀座流到第一阶段的室，弹簧通过膜和杠杆打开第一级阀，此时由于第一阶段室里面的低气压以及流经发动机的冷却液的缘故，LPG会汽化得很快。

第一阶段的气压会上升因为更多的LPG变成了气体。

当薄膜上的气压达到了60kpa时，阀门会关闭以防止更多的液体LPG跑到一阶段室里。

由于发动机里面的气体跑出来了，第一阶段的压力就会下降，在某一个程度上，弹簧会压得阀门再一次打开，使新的LPG液体流入密室。

在发动机的运行时，第一级阀的快速开启关闭，第一个室的压力是保持不变的。

第二阶段：

来自第一阶段的气化的LPG经由通道、孔和第二阶段的阀门流入第二阶段的密室。

第二阶段的密室与文氏软管相连。

文氏管造成的空白会使得气体流出第二阶段的密室。

然后薄膜使杠杆移动，并且打开第二阶段的阀门。

孔现在是打开状态，气体会由一阶段流入二阶段。

2.蒸发压力调节器的安装

蒸发压力调节器要安装在车身或者车辆底盘上，安装在发动机上会造成过度磨损和蒸发压力调节器的不正常工作。

安装压力调节器后，要使得软管的长度在蒸发压力调节器和控制阀中最短。

若软管过长，会影响发动机的正常工作。

检查所有的螺栓螺母是否拧紧。

连接水管和蒸发器，要注意流经蒸发压力调节器的水流的方向。

确保蒸发压力调节器和文氏空气混合器相连。

3.3.7LPG锁止阀

LPG锁止阀结构如图2-8所示。

安装LPG锁止阀时，要注意LPG锁止阀应安装在车身上，尽量靠近LPG蒸发器，在安装锁止阀之前要先安装燃油管路配件，以确保这些都是合适的。

然后检查螺栓12是否拧紧。

在顶部位置安装锁止机构与线圈。

检查传入和传出的燃油管路方向。

安装以后，检查是否所有的螺栓和螺母都是紧的，特别是过滤器壳体螺栓。

检查线圈是否与电力系统正确安装（其中一个线圈与主体相连，其他线圈连到输电线上，由点火钥匙来控制开关）。

当钥匙在OFF状态时，锁止阀要处于关闭状态。

图2-8LPG锁止阀

1.过滤器外壳2.环3.纸滤芯4.固定板5.橡胶圈6.套管坐阀7.橡胶密封圈8.阀门9.活塞阀10.垫圈11.活塞线圈12.螺栓13.钢卷夹钳14.螺栓M615.螺帽M616.锁止垫圈17.保释夹18.磁铁19.圆环20.过滤器壳体螺栓

3.3.8LPG燃料储气罐

LPG储气罐是特别建造的作为一个压力容器。

材料规格、焊缝和测试程序是严格按照政府机构和认证的方法控制的。

测试压力罐30bar。

储气罐的容量大小根据车辆的可用空间大小不同而不同，一般为30L—120L的容积。

指定的容量由水容量来表达，LPG实际的容量只有总数的80%，剩下的20%则为剩余空间。

剩余空间是必要的，他可以允许储气罐内的压力随外界温度的变化而变化，从而保证储气罐不会因为压差而发生爆炸。

每个储气罐都由外部充气阀、燃料含量指示计、安全泄压阀、检修阀等部件组成。

3.4设备的调整与保养

3.4.1LPG设备调整

调整系统有3部分：

1、限制柴油注入泵到70%的满负荷，改变调速器设置直到达到指定的满载负荷；

2、在满负荷情况下，调节LPG设备；

3、在部分符合情况下检查LPG设备。

这里有三种方法调整混合燃料系统。

测量设备的可用性将决定哪种方法可用。

但是必要的设备是一个引擎试验台或者一个底盘测功机或在设备上使用一个氧传感器。

在所有情况下，由于调节器进行调整，还必须有一个泵试验台。

1.调整发动机试验台：

（1）用100%柴油在几个转速下测量功率和油耗。

（2）用二分之一负荷和四分之三负荷几个转速下测量油耗。

（3）从发动机上拆下泵。

（4）将柴油机系统按3.4.2所描述的进行调整。

（5）设置喷射时间为上止点前8°

（6）安装其他部分的LPG设备。

（7）让发动机在满负荷的情况下用有限的柴油而不用LPG在2600的转速下运行，检查马力。

100%柴油的发动机再2600转的时候，马力现在应该是全负荷马力的62-67%。

如果马力高于67%或者低于62%，在满负荷停止时在调整喷射泵。

（8）让发动机在满负荷条件下同时使用柴油和LPG，以2600转的速度运行，直到功率超过有限柴油功率的30%时，调整主要调整螺栓（MAS），MAS拧得过紧或者过松，功率太高或者太低都是有可能的。

在这种情况下，调整负载调节阀的位置。

¼

转阀可能已经对满负载功率有很大的影响。

（9）发动机在怠速或者低负荷（<

25%）时，不会接受任何LPG，只会接受柴油下运行。

这可以以下列方式检查：

在25％负荷时运行的发动机，并移除LPG软管。

如果功率下降，说明发动机在此负荷下使用LPG。

在这种情况下，必须重新调整怠速阀。

重新调整后要多次检查在满负荷时阀门是否完全打开。

2.使用底盘测功机调整：

除了底盘测功机，转速表和氧分析仪也是必要的。

如果没有可用的转速表，必须确定测试转速，车速和限制速度（最高空载转速）。

这种发动机转速由发动机制造商给出。

将无负荷的车辆在底盘测功机上运行，注意终止速度。

例如：

限制速度为3050转，测量出车辆行驶速度为100公里/小时。

根据这些数字，发动机转速（在相同的齿轮）将在85公里/小时为每分钟2600转，在52公里/小时为每分钟1600转。

在85公里/小时时进行调整，在52公里/小时进行时检查。

在开始转换之前，车辆应用100%柴油在测功机上运行。

在测量期间，下列项目应该测量并且记录：

发动机速度；

马力及滚筒负载；

废气中的氧含量。

必须进行以下测试：

1、满负荷2600转；

2、满负荷1600转；

3、50km/h道路负荷。

完成这些测试后，车辆可以转换成柴油-LPG系统。

由于调速器的变化，受柴油的限制，在2600转的时候只配送了100%柴油的65%的，在1600转的时候只有68%。

在车辆改装以后，应该执行相同的测试，即分别用有限的柴油和有限柴油+30%LPG进行测试。

柴油和30%LPG混合的最大马力应该能有100%柴油功率的90%到95%。

3.在道路上的调整：

（1）车辆完成改装之前，应该首先用100%的柴油在路上进行测量。

（2）寻找一条平坦的道路。

（3）车辆应该装配一个转速器和氧传感器。

（4）在恒定的转速下运行，例如50km/h，请注意，发动机转速必须至少有2000转！

在2000转以上时，当柴油配送受限制时，满负荷功率将是在100％柴油在相同的发动机转速时满负荷功率的63到68％。

（5）一旦氧气分析仪显示读数稳定，就将油门全打开，并且踩下制动踏板保持车辆的速度，阅读氧分析仪的数据。

注意踩下制动踏板的时间不得超过30秒以防止刹车片过热。

（6）在改装完成之后，必须进行同样的实验，即再次用一部分的柴油加上30%LPG进行实验。

3.4.2柴油机系统的调整

需要调整的柴油机系统有两部分：

调速器和喷油器。

而修改和设置调速器和喷油器，需要用到泵试验台和喷油器测试仪。

1.泵的调整：

（1）将泵放在泵试验台上。

（2）检查是否所有的活塞具有相同的配送。

万一不同，进行调整。

（3）记录满负荷时泵的配送值。

（4）调整调速器，直到满负荷的交付曲线符合规范。

（5）在怠速时测量配送值（泵的转速为325转）。

（6）调整怠速弹簧或者怠速停止直到配送值符合规范。

（7）在泵上安装负荷调节器。

2.调整喷油器的设置：

（1）从发动机上拆下喷油器

（2）用喷油器测试仪测量喷油器的开口压力。

（3）打开喷油器顶部的螺丝，提高喷油器的开口压力至250bar

（4）将喷油器安装在发动机上。

（5）由于增加了喷油器的开口压力，发动机在怠速运行时也许会不稳定。

如果是这样的话，那么就在原怠速速度时±

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