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液化石油气LPG系统理论
液化石油气LPG系统工作原理与维修
引言:
随着世界经济的高速发展,各国汽车的在用量也急剧上升。
由于石油燃料的生产与开发难以满足需求量的增长,能源短缺已成为不争的事实。
大量汽车尾气的恶性排放对环境的污染也日趋严重。
为解决困扰人类生存发展的这两大难题,即减少对石油产品的依赖,又能提供一个绿色环保的生活环境,各国政府在颁布日益严格的汽车排放法规的同时,也致力于推广使用液化石油气或天然气作为汽车代用燃料以取代现有的汽油和柴油燃料。
各个国家近年来一直在不断地加大环境保护的力度,采用可以替代汽油、柴油等传统燃料的新一代低公害清洁燃料是形势发展的必然结果。
第一章LPG简介
一、液化石油气英文写做LiquefiedPetroleumGas,简称LPG。
根据欧洲经济委员会ECE67号法规所下的定义,LPG是指由下述7种碳氢化合物为基本成分的产品:
丙烷、异丁烯、丙烯、丁烯、正丁烷、乙烷和异丁烷。
LPG的最主要成分时丙烷和丁烷。
二、LPG作为碳氢化合物的混合物,产品主要来自于天然气处理厂或炼油厂。
天然气处理厂的LPG产品,主要来自各油田的伴生气处理过程。
炼油厂的LPG产品是在炼制石油的过程中产生的。
车用LPG和一般工业用、民用LPG是有区别的。
现有的工业用和民用的液化石油气,只有通过一系列的脱硫、脱水等处理之后,才有可能达到车用LPG的要求。
三、LPG的主要特性
LPG无味呈灰色。
为便于及时发现漏气现象,常在车用LPG中掺入些硫醇等以增加气味。
LPG对天然橡胶、油漆具有腐蚀性,所以LPG系统中所用的胶管、阀座、膜片等,应选用丁腈橡胶或品质分为优良的氟橡胶。
LPG一旦排放到大气中,汽化后其体积可膨胀到液态时的250倍,与空气混合后变成可燃性气体,因此LPG的泄漏比汽油更加危险。
所以经常要对LPG系统进行检查,以免泄露。
汽油在常温常压下是液态的,只有经过雾化后才能与空气混合燃烧。
而LPG为气态,挥发性比汽油更好,LPG气体很容易和空气更好的混合。
在气缸内燃料分布均匀从而使燃烧完全,排放尾气中的CO含量相对也会减少。
丙烷和丁烷的辛烷值比汽油高,所以LPG的抗爆性能优于汽油。
LPG的密度小于汽油,在燃用LPG时会增加燃料的消耗量,此消耗量是以体积(升)为单位计算的。
但相同质量的情况下,LPG燃烧时可以产生更多的热量。
四:
使用LPG做为汽车代用燃料的主要特点
1:
优点
(1)汽车运行时的废气对大气污染少,有利于环境保护。
据有关测试资料统计,LPG的废气污染率比汽油机可减少70%左右。
燃料经济性好,油气差价保证了使用LPG时在运输成本和经济效益上的巨大优势,并且还可以节省十分短缺的汽油、柴油。
(2)使用性能好,LPG的热值比汽油高,雾化好,燃烧完全,辛烷值也高,提高了抗爆性。
在用LPG为燃料时,所含的胶质比汽油少的多,因而在燃烧中很少产生如汽油中胶质所产生的积碳。
同时LPG燃料中硫的含量和机械杂质均远低于汽油,对气缸、活塞、活塞环、气门等零部件的危害较小。
气体燃料不会对机油产生稀释、冲走现象,因此发动机使用寿命延长,又可节约维修费用。
(3)在常温下低压即可对LPG进行液态贮存、运输和使用。
所需技术、设备都较简单,使用方便,费用较低。
2:
缺点
(1)因LPG比重低于汽油,故按体积计算时,行驶同样的里程,使用LPG为燃烧时消耗量增加20——30%左右。
(2)LPG如果发生泄漏,会很快在泄漏处与空气混合而形成可燃性混合气,为防止出现事故,应经常检查。
(3)在使用LPG为燃料时,会造成最大功率有所降低。
因为在燃用LPG时,燃料在与空气混合前,已被预热并汽化,以气态形式进入发动机内,燃料所占空间大,且混合气温度高,密度小,致使实际进入气缸的混合气质量少,故输出功率小。
采用电控喷射LPG和优化混合器等措施可对恢复原发动机的输出功率有所帮助。
五:
LPG在我国的发展
目前我国交通管理部门已经对长春一汽、上海大众、湖北二汽、天津汽车和奥拓汽车等几个轿车生产厂家制定了研制生产以LPG为燃料的汽车生产计划,并且已经有大量的LPG车辆投入生产使用,并且后期生产的北京现代轿车也有一部分为LPG燃料汽车。
这还不包括我国主要大城市内所用的市内公交车也已经有相当一部分改用气体为燃料。
因此气体燃料汽车在未来几年内会成为汽车发展的主流方向。
第二章LPG装置的结构和工作原理
一:
LPG装置可分为四大部分
1:
燃料加注部分
在加气站,由加气机经充气街头向车内的LPG钢瓶加注燃料。
2:
LPG钢瓶及其附件
一般均放置在后备箱内,包括组合阀及固定于其上的LPG容量传感器。
3:
LPG管路
包括高压管路和低压管路。
4:
LPG装置控制套件
一般多布置在发动机仓内,但燃料转换开关安装于驾驶室内易操作处。
LPG的燃料理化特性实际上与汽油较为接近,从而在原汽油发动机的基础上,安装一套液化石油气装置,并与原车燃油系统协调联接好,形成能够自如的实现燃料工作方式转换的两套独立系统(燃油系统和LPG系统)改装后形成的汽车即为两用燃料汽车。
如图LPG装置在轿车上的布置原理图
第一节与电喷车配套使用的LPG系统
桑塔纳2000两用燃料轿车是在原电喷发动机的基础上加装了一套LPG液化石油气系统的新型环保汽车,属于闭环控制,它既可用于传统的化油器汽车,又可用于先进的电喷轿车。
加装LPG闭环控制系统后,能与原车燃油系统很协调的匹配连接,从而形成汽油和LPG两大独立系统,可以非常方便的实现燃料工作方式的转换。
原汽油机的重要技术参数,如点火提前角、压缩比等未发生改变。
一、LPG系统的组成及工作原理
主要由LPG钢瓶、充气接头、密封保护盒、组合阀、LPG截止阀、燃料转换开关、汽化调节器、氧传感器(共用)、三元催化器(共用)、主线束、步进电机、混合器以及电子控制单元ECU组成。
该系统中最关键的部件是混合器和汽化调节器。
如图汽化调节器结构图
1、排污螺栓
为防止焦油等杂质堵塞,影响膜片的动作,应按时排出液态残留物(2——3万公里)热
车时排出,在排放杂质时应熄火,并远离火源,同时关闭钢瓶上的出气阀。
2、怠速调整螺钉
负责调整用LPG为燃料时的发动机怠速转速。
3、出气口
此口为气态的LPG输出口,发动机运转时所需的燃料均由此口输出至发动机。
4、二级阀门调整
一般情况下不需调整,在出厂时已调整好,用来控制供气量的大小。
5、循环水口
与发动机冷却液管路相通。
6、进气口
此口为液态LPG进口
7、怠速电磁阀
在使用LPG时,此阀通电打开怠速通道。
汽化调节器实物图
汽化调节器的作用
把具有一定压力的液态LPG蒸发成气态,通过流经汽化调节器的发动机冷却液的作用,使刚刚进入汽化调节器的液态LPG受热更加容易气化,形成可以直接进入发动机燃烧的气态LPG。
在汽化的同时将压力降至0.5——0.6BAR左右。
汽化调节器设置在钢瓶和混合器之间,根据发动机不同工况提供压力稳定的、适量的LPG以保证发动机处于正常稳定的工作状态。
如图汽化调节器内部的构造见图
工作原理:
液态LPG通过一级阀门进入一级腔,并在该腔内吸收流经水腔的发动机冷却液的热量而进行汽化。
LPG以气体状态通过通道及二级阀门进入二级腔。
在怠速时二级阀门由于发动机进气量较小而关闭,少部分LPG气体经怠速阀、怠速通道进入发动机。
二级腔的出口即为汽化调节器的出气口,它是通过输气软管和混合器相通的。
发动机运转时混和器的喉管部分会出现真空,从而使汽化调节器的二级腔也出现真空,膜片在大气压力和真空度的作用下向左移动打开二级阀门,使LPG气体可以进入发动机。
二级阀门的打开时机可以通过二级调整螺钉加以调节,但此螺钉在出厂时大多已调整完毕,通常情况下不用调整。
二、混合器
混和器是将汽化调节器供给的气态LPG和空气进行混合,形成可燃混和气。
文氏管式混和器工作原理简述:
混和器由铝合金制造,主要由壳体和装与其内的文氏管(喉管)。
混和气壳体与空气滤清器及电喷发动机节气门体间的锦旗管道联接,(化油器式发动机时,则为与化油器相连接)需根据发动机仓内空间及发动机相关部位尺寸的具体情况来决定。
文氏管与壳体之间在文氏管压装到混和器壳体内之后会形成一个环形气室,在文氏管的最小直径截面上打有一圈进LPG气体燃料的小孔,使环形气室与文氏管内孔相连通。
当发动机工作时,来自空气滤清器的空气高速流经文氏管时,在直径最小处的喉部会形成一定的负压,从而将环形气室里气态LPG经小孔吸入文氏管内,与空气混合形成可燃混合气进入发动机。
如图混和气原理图
三、LPG充气接头
该充气接头与加气枪相连后即可充注LPG液态气。
为防止加注时泄漏LPG,铜制充气接头上装有一个使用期为5年的黑色橡胶密封垫圈。
如发现垫圈橡胶老化,应及时更新。
加气站的加气枪如有毛刺也可能损伤此黑色垫圈。
平时该垫圈就应防尘保存。
充气接头的接口形式有卡式和螺旋式两种。
接口形式若与加气枪不匹配时,可利用转换接头。
如图荷兰卡式接口
螺旋转换接头
充气接头内含一个燃料止回单向阀。
其工作原理是:
加气时,依靠加气枪的压力推动单向阀打开,燃料经此燃料止回阀进入钢瓶。
一旦燃料停止流动,该止回阀在弹簧作用下关闭通路,并处于气密状态。
充气接头内有此单向阀,可确保充气时LPG液态气只能进入而无法从罐内泄漏出来。
充气结束时,单向阀会在弹簧和大气压力作用下重新关闭。
单向阀失效一般由阀内太脏引起,这时往往有LPG气漏出。
如图
五:
LPG钢瓶
两用燃料车所用的LPG钢瓶容积为40-100L不等。
因为LPG钢瓶的储气压力较低,故一般用3mm厚的钢瓶板制造。
LPG系统的组合阀及其塑料透明保护盒均安装在钢瓶上。
六:
组合阀
为了减少钢瓶上的开孔数,将一些功能不同的部件组合在一个结构内,即为组合阀。
通常液面传感器也和组合阀设为一体。
主要包括手动阀、限流阀、安全阀、自动限充阀、浮子、LPG容量传感器等.
1:
手动阀
可以用手拧动该阀,从而打开或关闭从钢瓶至高压管路的液态LPG。
便于LPG的检修。
2、限流阀如图
限流阀设在液态LPG出口处,此阀可以限至LPG的最大流量。
正常流速下该阀为打开状态,如果流速突然增大,在LPG流量作用下会迅速向上顶动球阀,使钢球关闭LPG出口。
此阀的设计是为了防止LPG管路有大量泄漏时,(如LPG高压管路断裂),大量的LPG泄漏而引发事故。
3、塑料保护盒
为透明塑料盖,除可以保护组合阀外,当保护盒内的组合阀部分出现泄漏LPG燃料时,该保护盒可以使漏出来的可燃性气体无法进入车内,而是经过上面的波纹管把气体排至车外部。
4、自动限充阀
(1) 限充阀(限充自停功能)
为了保证安全,规定车用LPG钢瓶最大充装量为钢瓶水容量的80%。
为防止过量充装,组合阀上设置了限充自停装置,即限充阀。
其机械结构和工作原理简述如下:
●钢瓶空载时,滑阀及滑阀簧、柱塞及柱塞弹簧均未受到LPG液态压力而处于自由状态。
此时第一道密闭阀门导通,而第二道密闭阀门因滑阀位于喉管腔内却处于密封状态,即不导通如图钢瓶空载时的多功能组合阀剖面图
●液态高压LPG经充气接口、手动阀进入密封腔。
在其压力下,滑阀向内被压缩至紧贴在浮子托架的上端平台上。
由于滑阀被压缩至此极限位置而使第二道阀门开始导道。
柱塞此时虽然也受到来自同滑阀弹簧的压力而有所下降。
但在下降过程中因接触到凸轮而被限位;即柱塞虽有所下降,但第一道密闭阀门仍处在导通位置,两道阀门均因能导通,使液态LPG顺密闭腔、滑阀割面、经柱塞轴肩、钢瓶通道、托架上的径向通孔而进入钢瓶。
●如图充装加载时的多功能组合阀剖面图
虽然充气过程中,浮子会转动其角度,但因凸轮此段直径尺寸并未变化,故上述情节并未变化,使充气能顺利进行下去。
注:
滑阀割面指滑阀上经切削后形成的平面处,在此处因切削而形成气体通道。
小结:
两道阀门全通,使能顺利充气
●充气至限量80%时
浮子刚到80%位置时,凸轮因浮子逐渐升起而被带动,转至一有缺口正对柱塞顶端的特殊位置,凸轮此时已丧失对柱塞下移的限位作用,因此柱塞下移并使第一道阀门关闭。
此时滑阀因处在紧贴托架上端平台的最下方位置而使第二道阀门暂时仍在开启。
LPG不再能进入钢瓶。
此即“一关二开”。
在第一道阀门关断后,滑阀两边压力渐趋一致。
至此滑阀相当只受滑阀弹簧力的作用,向上运动进入喉管腔,使第二道阀门也关断了。
在此短暂时刻,两道阀门均处于关断状态。
最后,因第二道阀门关断使滑阀簧能够伸展,柱塞弹簧借此时机逐渐弹起柱塞,使第一道
处于打开的状态。
这时的“二关一开”的空间位置恰与钢瓶空载时的情况一致。
至此组合阀方进入稳定状态。
●过充装的自停功能(自动停止充装的功能)
在钢瓶充气量已达到80%,而且钢瓶组合阀内限充阀已处于稳定状态,即在第二道阀门已关,第一道阀门渐又打开的情况下,如从充气接口又有较大压力的液态LPG进入时,在此大压力下,第二道阀门处的滑阀将会向下小有位移,这一小位移尚不足以打开第二道阀门(设计保证),但已使第一道密闭阀门重新关闭。
这样第一道阀门和第二阀门的同时关闭就确保了过充装时的自停。
通过滑阀向下方的微小位移密闭腔内的压力与滑阀背部的压力达到平衡。
小结:
两道阀门全关(在大压力下),但第二道阀门处的滑阀向下小有位移。
(使其两边的压力达到平衡)
5、安全阀
组合阀中设置安全的目的,是为了防止由于环境温度过度上升等各种不正常因素导致LPG钢瓶内压力过高这一现象的出现。
安全阀的开启压力为2.5Mpa。
当钢瓶内压力升至开启压力值时,钢瓶内压力将克服安全阀弹簧阻力,打开阀门,向外排放LPG气体。
当瓶内压力降至安全限度之内时,阀门由于弹簧力的作用又会重新关闭。
如图钢瓶内压力正常时的安全阀
钢瓶内压力达到开启压力时,安全阀门打开,向外排放LPG气体
6、液位传感器
用来检测钢瓶内LPG液面高低,由浮子通过连杆控制电位计动作,并输出相应的电信号至液位显示器。
液位显示器安装在驾驶室内,通常和燃料转换开关设为一体。
大多数情况下是以发光二极管的形式来显示液位的高低。
七、LPG截止电磁阀
如图LPG截止阀外形
此阀为常闭电磁阀。
使用汽车电路上的12伏电压。
当电流通过线圈时会产生电磁力,推动滑阀克服弹簧力从而打开阀门。
无电流时则弹簧力将滑阀压在阀座上从而关闭阀门。
LPG截止阀安装在发动机仓内的LPG高压管路上并接近气化调节器的地方。
该LPG截止阀内含一个过滤器,过滤器的滤芯能够滤掉流经过滤器的液态LPG中带有的杂质,这样可以使LPG截止阀的滑阀及阀室免予受损。
如所用LPG气质能够达标,滤芯可经1~1.5万公里再更换。
如燃气不纯净,往往经0.3至0.4万公里就需要更换。
当发动机燃用LPG工作时,LPG截止阀线圈通电,则LPG截止阀使液态LPG高压管路接通,经过过滤的液态LPG将通过LPG截止阀而进入汽化调节器。
当汽车改用汽油作燃料或停驶时,LPG截止阀会因线圈断电而关闭高压LPG管路。
LPG截止阀和过滤器已做成一体。
换过滤器时注意阀内还有一小块专用来吸附LPG中可能含有的铁粉用的永久磁铁,洗净后应放回阀内其原来位置。
如图LPG截止阀内部构造
第二节桑塔纳2000双燃料汽车改装电路原理如图
LOVATO电控系统接线图
1.油气转换开关
2.预供油开关
3.液化气指示灯
4.燃油指示灯
5.LPG液位显示器
LOVATO电喷车调试
一、仿真器的电位器调到最大
二、设置程序
1.清零:
气档钥匙关闭,插入LOECU控制器的保险(接电瓶正极的红线),黄灯先亮一下,然后待红灯刚亮后,马上把保险拔出(红灯随之灭),重复三次。
当再次插入保险,等待三灯同时亮时,清零即完成。
2.设置:
(1)气档开钥匙,三灯会同时亮,等——待红灯、黄灯灭,仅剩绿灯亮时,踩油门或转动节气门,直到三个灯交替亮后,则TPS信号已被记忆,(灯仍保持交替亮状态)。
(2)油档启动发动机,此时三灯仍保持交替亮,等——待三灯同时闪亮,再等——待三灯都灭时,即以获取了参数,然后转到气,加速到3000——3500转,此时黄灯长亮,红灯、绿灯交替闪亮,然后在2500——3000转之间加速减速,持续一会儿。
3.测定排放
850RPM:
CO——0.5%CH——100 PPM
2000RPM:
CO——0.3%CH——10 PPM
LOVATO故障分析
一、用油、用气都无法启动发动机
1.点火系统故障。
2.发动机故障。
二、用气不着车或不能油转气
1.转换开关、电磁阀及线路故障
2.步进电机初始开度不正常,造成过气少,转气即灭。
3.怠速混和气浓度不对。
4.钢压低。
三、怠速不稳或有时灭车
1.低压腔稳压膜片老化。
2.低压腔有残液,影响稳压效果。
3.节气门回位不稳定。
4.减压器内部工作不正常,供气压力不稳,忽大忽小。
5.怠速旋转阀过脏发卡。
6.电控系统得学习记忆不正确(调节混乱)
7.怠速旁通,管老化变形(原车)
8.进气压力传感器真空管进油(原车)
9.转换开关有时断电,造成供气中断。
(伴阀响)
10.油气混烧。
11.化油器车点火电压波动。
●急加速发吐、撮车、回火、放炮。
高压线路漏电或不通,火花塞强弱不一致、缸压强弱不一致、气门间隙或密封性不良。
●点火线圈故障,有时缺火,撮车时现象较为严重。
●电子点火故障
●电子点火传感器间隙不正常或信号线虚
●分火头漏电、分电盖漏电。
●分电器轴旷。
●低压管路漏空气
●减压器故障,出气压力过高使怠调簧压力过大。
●低压、稳压膜片硬化动作不灵敏。
●分火头与分电盖间烧蚀严重,可造成无慢加速,并撮车。
●步进电机发卡(调节不灵敏,跟不上步,浓或稀)。
五、加速或高速无力发闷
1供气不畅
(1)滤芯、滤网、高压管路堵塞或混和器过脏。
(2)减压器内部故障出气压力过低。
(3)调节或设置不当,如:
功率阀开度过小、步进电机最大开度设置过小。
2低压管路(出气弯头处、空滤罩处、混合器处)松动漏气,造成高速过稀。
3点火强度弱,如:
撮车、点火线圈坏、高压线不通及分火头漏电等。
六、费气
1.空气滤清器脏
2.功率阀或步进电机(控制器)调整、设置不当、学习记忆不正确。
(浓或稀)
3.减压器内部故障
4.氧传感器坏
5.步进电机发卡
6.化油器车真空点火提前装置失效。
7.有撮车现象(缸压低或不一致、火花塞弱火强度不一致、缸线有不通的、分火头漏电等)等。
8.有泄漏处,如:
高压管路及各接头等。
总之,存在任何一种非正常现象时,都会引起费气,如:
怠速不稳、摘档滑行灭车、无慢加速、撮车、回火、放炮、加速或高速无力、发闷、离合器打滑、缸压低、气门密封性及间隙异常等。
七、气量显示不准或无显示
1.转换开关及线路故障
2.液位传感器及线路故障
3.浮子角度乱
八、加不进气:
组合阀坏
九、加气不自停:
组合阀坏
第三节捷达LPG控制原理
1、燃料供给系统
LPG钢瓶:
储存LPG的容器,最大充装量为其水容积的80%。
组合阀:
为LPG进入和输出储气瓶的通道、并具有限充、安全、过流保护等功能的部件。
组合阀密封盒:
将可能从储气瓶内泄漏出的LPG密封在内,防止扩散的部件。
充气阀:
LPG加气站向储气瓶充装LPG的接口,目前国内有两种结构形式:
快装式、螺旋口式。
充气阀座:
安装、固定充气阀的部件。
波纹管管路:
将组合阀密封盒内的LPG引出车外的管路。
充气管路:
充气阀与组合阀之间的管路,为D8X1铜管。
高压管路:
将储气瓶内的LPG输送至减压器的管路,一般采用D6X1铜管;
LPG电磁阀:
为按照系统工作和安全的要求,切断或接通高压管路的部件,同时具有过滤掉LPG中的杂质的功能。
减压器:
将储气瓶内的LPG压力降至发动机工作需要压力的部件,为二级减压结构。
减压器进口压力最大2.0Mpa,出口压力0.90bar。
低压管路:
减压器至高频电磁阀组的燃料输送管路。
终端过滤器:
将从减压器输送出的燃气进行精滤的部件。
高频电磁阀组:
控制燃料喷射和切断的部件,高频电磁阀数量与发动机气缸数量相同,每一个高频电磁阀控制一个气缸的燃料喷射。
当发动机某一气缸需要燃料进入时,对应的高频电磁阀打开,喷入燃料,其它的高频电磁阀保持关闭,燃料的喷射量由高频电磁阀打开的时间决定,控制系统根据发动机所处的状态控制高频电磁阀打开的时间。
分配气管:
高频电磁阀组至燃气喷头之间的管路。
燃气喷头:
分配气管与进气歧管之间的接口,是燃气进入进气歧管的通道。
真空管路:
包括将发动机进气管真空度引入压力传感器、减压器的管路,和将高频电磁阀组内的燃气压力引入压力传感器的管路。
水循环管路:
将发动机冷切液引入减压器、为减压器工作过程提供热量的管路。
2、LPG控制电路
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