喷射正时对液相液化石油气燃料发动机环保性能的影响-什么是喷油正时控制器的作用

原标题：喷射正时对液相液化石油气燃料发动机环保性能的影响

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文|奇物君

编辑|奇物君

随着全球对环境问题的日益关注，寻求替代传统石油燃料的可持续能源成为一项重要的研究领域。液相液化石油气（LPG）作为一种清洁能源，其在发动机中的应用已经受到广泛关注。

这种气体燃料因其特性和优点而广泛用于内燃机。这主要是由于它们对环境的负担较小，价格较低。

它们不仅用于为乘用车或公共汽车的牵引发动机提供动力，还用于其他应用，例如为发动机驱动的发电机提供动力。不断扩大的加油站链增加了这些燃料的可用性，这也影响了这种加油系统的发展。

由于其优点，带有自己的驱动器的燃油喷射系统越来越多地使用。它提供了上述驾驶员与车辆的汽油发动机驾驶员的非碰撞工作，提供与汽油发动机相当的燃气发动机的性能。

然而，为了进一步提高液相液化石油气（LPG）发动机的环保性能，研究人员开始关注喷射正时对其性能的影响。本文将探讨喷射正时对LPG发动机环保性能的影响，并分析其在减少尾气排放和改善燃烧效率方面的潜力。

●○发动机在顺序喷射时适应液相液化的状态○●

气体燃料系统允许液相中的气体喷射适应发动机，在原始版本中是符号为 MD-111 的压缩点火发动机。该发动机为直喷6缸柴油发动机。

燃烧室在活塞碗中制成，呈环形。通过降低压缩比和点火系统实施，在第一阶段，发动机对气体的挥发性相进行了调整。

燃烧室经过重新设计，成为“杯形”形状，压缩比也从16.5降低到9。气缸盖已更改，为了控制发动机负载，在进气系统中安装了节气门。

现代化发动机的构造和运行参数总结如下（表1）

表1

安装包括：液化石油气燃料系统的电子控制单元（ECU），带燃油泵的油箱，液化石油气喷射器，燃油管。该系统是为与主从系统中汽油发动机的ECU配合而开发的。

在该系统中，液化石油气燃料系统的ECU使用汽油发动机ECU确定的喷射持续时间来计算喷气器的打开持续时间。由于MD-111E发动机没有电子控制单元，因此主要问题是开发一个控制单元，为液化石油气燃料系统的ECU生成合适的喷射持续时间值。

液化石油气的主要成分，即丙烷和丁烷，沸点低。这些温度分别为231 K和272.5 K，低于发动机运行期间遇到的平均环境温度。

车辆的发动机舱（热区）温度特别高，温度达到约 350 K。这会导致燃油系统中的温度升高，从而导致燃油管中的燃油蒸发并形成蒸汽锁。

在如此困难的条件下将气体保持在液相中需要压缩。为了在液相中稳定注入液化石油气，该系统配备了压力监测系统。此功能由泵放置在油箱中和压力调节器。压力调节器保持供应系统中的压力高于罐内的压力。它允许在发动机运行的各种条件下将燃料输送到液相喷油器。

液化气通过适当形状的隔膜泵泵送。该泵有5个腔室，与吸入阀和动力阀集成在一起。泵电机是带有永磁体的无刷交流电机。

它由直流供电，直流电转换为交流电，频率由位于装配盖中的电子控制单元控制。电机可以以五种不同的速度旋转，500、1000、1500、2000、2800 rpm。

速度控制由液化石油气燃料系统的ECU实现，具体取决于发动机转速和负载（喷射持续时间）。压力调节器位于储罐和气体喷射器之间。

压力调节器包括当罐体输出阀打开时打开和关闭的电磁阀。压力调节器也是压力控制模块和压力传感器。液化气通过阀门流向喷油器，多余的气体通过压力调节器返回储罐。

控制器保持的压力比罐内的压力高 5 巴，可以是 7-30 巴 。对于液相气体的喷射，使用了低通喷油器，这与汽油燃料系统中常用的顶通喷油器不同，燃料在喷油器线圈下方输送。这导致线圈气体的热量减少，这有利于将液相保持在喷射器中。

为了防止粗污染，过滤器放置在气体进入喷油器之前。由于喷油器线圈的电阻低，因此应用脉冲控制以减少喷油器运行期间流动的电流。

气体通过合成管送入喷射器，合成管用加固板相互固定并用螺钉锁定。由于排气歧管位于进气歧管上方，因此喷油器从靠近气缸盖的下方安装到进气歧管中。它允许将气体几乎直接引导到进气阀上。

●○试验台及研究方法○●

在测试过程中，对以下废气成分进行了测量：氮氧化物（NOx），碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）。此外，还确定了发动机噪音水平。主要测量是针对发动机转速n = 1500 rpm进行的，这是与发电机和不同负载配合使用所必需的。

影响顺序喷射的操作参数和排气毒性的一个重要参数是燃油喷射的开始。出于这个原因，大部分测量是分析喷射开始对获得的发动机参数和废气中有毒成分排放的影响。测试通过单次和两次注射进行。注射开始在所示的范围内如图7和图8

图7

噪音水平的测量是通过位于距离发动机 120 m 和 1 m 高度的 AS-1 仪表在电启动电机侧面实现的。使用滤波器校正L测量声级一个[分贝]和不校正L分贝。

用于录音的麦克风放置在发动机的轴上，在 3 到 4 缸之间，距离阀盖 1 m。使用麦克风AKG C1000S（舒尔Beta-58）与放大器Behringer MX1804X和倍频程滤波器RFT OF 101-01000配合录音。录音是用16位声卡进行的。

图8

●○测试结果○●

正如我们所看到的，发动机的最大制动扭矩在770 rpm的发动机转速下大于900 Nm，在125 rpm的发动机转速下，发动机的最大制动功率为1700 kW。

与发电机相关的发动机转速为 1500 rpm 的比油耗在最大负载下最低，约为 265 g/kWh。对于该发动机转速，最大 CO 浓度约为 0.3%，在大负载下更高。

上述发动机转速范围内的氮氧化物浓度为 40-550 ppm，大负载和中等负载的氮氧化物浓度为 160 -250 ppm。碳氢化合物浓度在小负载下为 15 ppm，在接近最大值的负载下高达 75 ppm。

液相液化石油气开始注入入口歧管与CO浓度的关系2、排气中的 CO、HC 和 NOx 显示在图15 和16上。

图15

在进气阀打开处进行的注射开始时，观察到NOx和碳氢化合物HC的浓度增加，而注射开始在打开进气阀之前实现。一氧化碳和一氧化碳的浓度2在这种情况下发生了轻微的变化。

在进气阀开口处进行的喷射开始时，在进气冲程期间TDC之后，喷射开始时NOx的浓度从约60CA度增加到100CA度。

图16

此外，在入口行程处观察到TDC后，在关闭进气阀的阶段，注射开始时碳氢化合物HC和一氧化碳CO的浓度从约140CA度增加到180CA度。关闭进气阀时实现的喷射也与CO的减少有关2浓度。

根据发动机参数和废气中碳氢化合物HC，氮氧化物NOx，一氧化碳CO浓度的结果，计算了正确的特定排放量。比排放量的计算过程是根据一套国际标准ISO 8178。计算结果如图17。

图17

注射在关闭进气阀会导致特定碳氢化合物排放量的增加。特定碳氢化合物排放量随着喷射持续时间（燃料量）的增加而减少。此外，我们可以看到特定的NO。X随着喷射持续时间的延长（更高的负载），排放增加，并且在入口阀打开时开始喷射。

在注射开始时，在关闭进气阀时，观察到特定CO排放量的增加。研究表明，特定的CO排放量随着注入时间（低负荷）而减少。

表2介绍了关于先导和主喷射对发动机产生的噪音水平影响的研究结果。该研究针对 n = 1500 rpm 的发动机转速和三种不同的负载进行 ，接近最大值的一半，不超过最大负载的 10%。

先导注射提前α有所改变PP相对于TDC（在进气冲程中），以及先导和主喷射之间的距离ΔαPZ.该研究是在固定的点火提前值下进行的αWZ= 20 CA 度。

表2

测试发动机 MD-111E 在最大测试速度下达到 125 kW 以上，但在 1500 rpm 的速度下，当与功率输出为 115 kW 的发电机合作时，允许与容量为 125 kVA 的发电机合作提供足够的剩余功率。

研究表明，喷射正时与发动机废气中有毒成分的排放有显著关系。在进气阀关闭时进行的液化石油气燃料喷射会导致特定HC排放和特定CO排放增加。

对于在进气阀打开时实现的喷射开始，观察到特定NOx排放的增加。已实现的研究表明，在1500 rpm的发动机转速下，无论负载如何，先导燃油量的启动喷射和主燃油量的启动喷射对声级及其频率都没有显着影响。

仅由于发动机的最佳运行和环境性能，才能选择相对于活塞TDC的燃料量（用于先导和主喷射）的正时和相互位置的最终值。它大大简化了点火系统和燃油喷射系统的优化问题，该系统旨在在顺序喷射系统和分流喷射系统中使用液相液化石油气加油。

应用液相双LPG顺序喷射和催化转化器的燃料系统，可以实现发动机的满意环保性能。涡轮增压器的使用可以通过对燃油系统进行少量修改来增加在广泛的发动机转速范围内获得的发动机功率。

使用宽带氧传感器代替双态氧传感器可以提高燃料输送的控制精度和精度。通过这种方式可以满足越来越多的与排放标准相关的不断提高的要求。

喷射正时对液相液化石油气（LPG）燃料发动机的环保性能有着积极的影响。通过喷射正时系统可以实现精确的燃油控制，改善燃油与空气的混合效果，减少不完全燃烧和燃料浪费，从而降低尾气中的氮氧化物（NOx）和碳氢化合物（HC）的排放。

同时，喷射正时技术也能提高燃烧效率，增加发动机的动力输出和燃油经济性。

在降低NOx排放方面，喷射正时系统通过优化燃油喷射控制，减少滞留时间和燃料不完全燃烧，有效降低氮氧化物的生成。此外，喷射正时系统与排气再循环（EGR）系统等排放控制技术的结合，可以进一步降低NOx的排放。

对于减少HC排放，喷射正时技术通过优化燃油喷射控制，减少燃料滞留时间和不完全燃烧，有效降低有害的碳氢化合物排放。此外，与三元催化转化器等排放控制装置配合使用，可以进一步降低HC的排放。

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