柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

1 绪论

近年来，中国国民经济取得了持续快速发展，随之而来的是环境污染形势越来越严峻。就大气环境来说，大气污染呈多元化的发展趋势，特别是随着机动车保有量的迅速增长，城市大气污染在煤烟污染的同时，机动车排放污染越来越严重。一些大城市的空气污染已由煤油型污染转向煤烟和机动车尾气混合型污染，氮氧化物居高不下，成为主要污染物；交通道路的CO浓度常年超标。由机动车排放污染物引起的城市光化学污染也逐渐突出。尤其是现代汽车工业迅猛发展，彻底改变了整个社会的传统生活习惯和人们的行为方式，汽车给人们带来了巨大的福利和繁荣，推动了社会的发展，并逐步已经成为交通运输的主要手段，对人们的生活方式产生巨大的影响，并对世界能源和环境有着重要的影响。汽车工业作为世界发达国家的支柱产业，发展非常迅速，自2002以来汽车保有量逐年以近20%的速度增长，目前已突破10亿辆。据德国《世界报》援引设在德国埃森的一家市场调研机构的最新预测报道说，尽管目前环保已成为全球性热门话题，但在未来7年内全球汽车保有量仍将继续增长近20%。

随着近年来中国国民经济快速稳定增长，中国汽车工业也取得了飞速增长，汽车社会保有量由2000年的1608.9万辆增长到2010年的1.99亿辆，年均增长率超过20%，预计在今后相当长的一段时间内将保持较高的增长速度。因此带来的环境问题也日趋严峻。目前，世界一次性能源主要为煤、石油和天然气。而交通领域所消耗的能源较为单一，主要为石油资源。汽车数量的急剧增长加快了有限石油资源的消耗。交通领域如何更加有效地利用剩余石油资源显得十分迫切和必要。解决这方面问题的一个有效途径是开发和利用新型能源汽车，减少汽车对石油资源的过度依赖，这对于改善能源结构，保持汽车工业及社会持续稳定发展具有十分重要意义。本文所设计的柴油机—LPG双燃料系统发动机就是这其中的一种方式。

第 1 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

2 代用燃料液化石油气（LPG）

液化石油气（Liquefied Petroleum Gas, 简称LPG）是以三个或四个碳原子的烃类(如丙烷、丙烯、丁烷、丁烯)为主的混合物, 常温常压下是无毒、无色、无味的气体,具有辛烷值高、抗爆性能好、热值高、储运压力低等优点。

2.1 LPG的特性

1.LPG的密度

液化石油气既可以以气态形式存在，也可以以液态形式存在，所以，液化石油气的密度有气态密度和液态密度二种。液化石油气的密度与其压力和温度有很大的关系。但对液化石油气主要成分的液态密度来说，温度的影响远远大于压力的影响。当温度上升时密度减小，但受压力影响却很小，可忽略不计。标准状态下液化石油气的密度如下表1-1所示：

表1-1 标准状态下液化石油气的密度

项 目 丙 烯 丙 烯 正丁烷 异丁烷 异丁烯

分子式 C3H8 C3H6 C4H10 C4H10 C4H8

分子量 44.094 42.079 58.120 58.120

气态密度(千克/米) 2.0200 1.9149 2.7030 2.6726

3

液态密度(千克/升) 0.5280 0.5454 0.6011 0.5820 0.6190 0.6200 0.6300 0.6200

56.2108 2.5030 56.108 56.108 56.108 28.966

2.5030 2.5030 2.5030 1.2928

丁 烯1 C4H8 顺丁烯-2 C4H8 反丁烯-2 C4H8 空 气

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。

第 2 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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 比(m/kg) (15.6℃1大气压)

3

丙烷 正丁烷 异丁烷 丙烯 丁烯-1

顺丁烯

-2 反丁烯-2

异丁烯

0.538 0.408 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 丙烷 沸点(℃) (0.1013兆帕) 气化潜热 (焦耳/千克,)

正丁烷 异丁烷

丙烯

丁烯-1

顺丁烯-2

反丁烯-2

异丁烯

-42.17 -0.5 -10.2 -47.0 -6.3 3.7 0.88 -6.9

422584 383254 366100 439320 390786 415800 405430 394133

第 3 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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

第 4 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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。

第 5 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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。

3.3 LPG燃料供给系统的基本组成及各部件工作原理

3.3.1 LPG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：

第 6 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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

第 7 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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%。 3.3.3 LPG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M16 x 1.5

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。

第 8 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

（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“gas in”的压力调节器的管道上，怠速阀上的软管是连接在“gas out”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X mm，所流过的气体的面积为Y mm2。由函数关系可以得到：

Y = π 3 d 3 X 3 sin45°

第 9 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

代入数据得 Y = 17.7722X 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 3 Y = 17.7722v2X

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

第 10 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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

3.3.6 LPG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0.55-0.6 Bar；保持出口压力恒定为零压力。

图2-7蒸发压力调节器

第 11 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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。 3.3.7 LPG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。

第 12 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

图2-8 LPG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M6 15.螺帽M6 16.锁止垫圈

17.保释夹 18.磁铁19.圆环 20.过滤器壳体螺栓

3.3.8 LPG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

3.4.1 LPG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

第 13 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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。?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。

第 14 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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

第 15 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

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250 bar （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±700转的转速。 3.4.3 可能出现的故障

1.启动困难

万一出现启动困难，有可能是柴油喷射泵输出过量的燃料就太低。LPG不利于发动机的启动是因为文氏空气混合器所吸取的燃料在速度刚刚启动时是非常低的，并且怠速阀仍然是关闭的。

2.爆震

如果发生爆震，就需要做考虑重置柴油机和调整喷射定时的优化设置。从经验知道，70%的柴油与30%的LPG是安全的，但是65%柴油与35%LPG也许会成为关键。

爆震声的另一个原因有可能是混合了太多的LPG。也许是蒸发器冷冻的原因。当蒸发器开始冻结，首先更多的功率将会被输出，有可能伴有爆震声。然后功率将丢失。蒸发器冷冻是因为坏水流过了蒸发器。这样的原因可以是在散热器中水位太低或从蒸发器里的水回路不是强制的。在这种情况下在发动机寻找其他

第 16 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

连接。

3.功率损失

功率损失也许有以下原因：

LPG储罐空了，或输出阀关闭，水表显示高吸力，第一阶段压力表上显示零压力；此时需要填补储罐或打开阀门。

锁止阀关闭，水表显示高吸力，在第一阶段的压力表显示零压力;此时需要 在锁止阀连接器上检查24V的张力或更换锁止阀了。

柴油喷射泵调整为70%是错误的。可能注入燃料较少。在这种情况下也会发生爆震。

怠速阀没有打开（远远不够），从怠速阀上移除天然气软管并观察怠速阀。当柴油喷射泵控制杆是在满负荷的位置，阀门完全打开。如果不是，调节阀门杆或杠杆

阀的负荷调节位置是错误的;尝试打开阀门逆时针1/4圈位置。 4.摆动

摆动意味着发动机不规则的运行。在这种情况下，发动机转速时快时慢。摆动的原因可能是：

蒸发调压器和混合器之间的软管总长度太长

负荷调节器上的阀卡壳。这原因也许是阀的衬套和阀门座坏了或者是从被污染的LPG里来的沉淀

5.消耗过度

LPG消耗过度可能的原因有：

负载调节器的错误调整，在这种情况下，负荷调节器的阀在整个操作中都会一直在阀座位置。此时需要检查阀的位置。

气流在蒸发器通过。由于蒸发器中的污垢，里面的阀门无法关闭。这将使水表上显示的压力，而不是吸力。这时需要拆卸和清洗蒸发器。 3.4.4 安全检查

最后的安全检查必须在每一次LPG系统转换之后实施。即使转换是用于测试，在开始测试之前也要执行安全检查。安全检查包括检查所用材料和泄漏的测试。

第 17 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

1.使用设备的检查 （1）油箱

1) 油箱的设计是否是为了存储丙烷和丁烷的混合物。 2) 油箱的设计和测试是否是根据政府的规定。 3) 油箱和底面之间的距离是否根据法规设定。 （2）配件

1) 所有配件是否都安装在合适的地方。 2) 是否发生填充阀和输出阀被更改了。

3) 所有配件是否都是用特氟龙胶带或其他密封材料安装的。 （3）燃料管道

1) 燃料管道的材料是否是批准的能接受LPG压力的。 2) 燃料管道是否用至少每50cm用夹具与车身或底盘夹紧了。 3) 燃料管道和发热部件间的距离是否至少有10cm。

4) 如果使用铜的或者铁的燃料管道，是否有用塑料软管保护着他们。 5) 燃料管道和LPG锁止阀是否连接。 （4）LPG锁止阀

1) LPG锁止阀安装是否正确。 2) 流动方向是否正确通过锁止阀。 3) 连接器是否正确。

4) 过滤器外壳的螺栓是否拧紧了。 5) 电线连接的地方是否正确。 6) 钥匙在关闭位置时是否有张力。 7) 电路是否装有保险丝。 （5）蒸发器压力调节器 1) 蒸发器安装是否紧靠车身。

2) 所有软管是否都用软管和软管卡箍连接。 3) 燃料管道连接是否正确。 4) 水是否通过蒸发器。

5) 所有的螺栓和螺母是否拧紧了。

第 18 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

（6）软管

1) 使用的水管是否是正确的（增强高压软管）。 2) LPG软管是否是批准的类型（能抵抗LPG）。 （7）负荷调节器

1) 所有的螺栓和螺母是否拧紧了。 2) 调整做的是否是正确的。 （8）混合装置

1) 有关文氏和气流的混合装置是否安装在了正确的方向和位置。 2) 混合装置安装是否牢固。 3) LPG软管是否夹住了。

4) 空气过滤器补偿软管是否安装在混合装置上了。 5) 空气过滤器的螺栓螺母是否拧紧了。

6) 制动空压机的软管是否安装在混合设备前面了。 2.泄漏测试

（1） 填充5升LPG到LPG储罐或者邮箱里。

（2） 使用漏喷或者水和肥皂的溶液的方式来检查泄漏。 （3） 检查配件和邮箱附件的泄漏。 （4） 打开输出阀并检查燃料管道的连接。 （5） 检查燃料管道和LPG锁止阀的连接。 （6） 检查完整LPG锁止阀（除线圈外）的泄漏。 （7） 将钥匙至于“打开”的位置。

（8） 检查LPG锁止阀上的燃料管道与调节器的连接。 （9） 检查班卓琴螺栓和蒸发器的泄漏。

当发现没有泄漏，就可以完成改装。万一发现发生泄漏，就修复他们但在填充着LPG时拆下部件要小心。LPG泄漏尤其是液体LPG，当它碰到部件或者手时可能会使他们冻结！ 3.4.5 维修与保养

混合柴油-LPG燃料系统每25000公里需要进行下列维护。明智的做法在是第一个500英里后执行泄漏检查。

第 19 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

1.储油罐

目视检查油箱箱体上的损害或者过度腐蚀的任何迹象，当油箱安装在车辆下部时这是非常重要的，因此易于受到损坏和大气条件的约束。油箱必须有好的密封性，它在必要时要进行审查和重新应用。储罐必须每隔不超过10年的全液压试验。检查阀组损伤和检查阀门和管道泄漏，确认正确的服务和阀的损耗。当指示器隔膜安装有减压阀时，检查他们的情况，并在必要时更换。

2.外部设备

检查管道工作的条件，并进行配件泄漏的检查。检查确定填充冒没有损坏并在正确的位置，损耗阀功能正确。检查管道本身状况看是否损伤和腐蚀。检查护套的情况。确定所有的紧固夹完整无损。

3.LPG锁止阀

检查LPG管道连接泄漏。检查纸张和磁性过滤元件的连接，必要时更换。检查过滤器外壳的密封状况。检查线路状况和阀的正确操作。

4.蒸发压力调节器

检查蒸发压力调节器与所有接头的泄漏。从蒸发器来的污泥可能消除泄漏。检查水和LPG软管的情况并且检查是否所有夹子是牢固的，必要时进行更换。用运行的发动机和压力机检查第一阶段的压力。如果压力在0.55bar以下，蒸发压力调节器必须更换。

5.怠速阀

检查LPG软管夹，看是否夹紧。检查怠速阀的泄漏情况，尤其是在密封的时候。

如果LPG系统正常运行，则不需要进行进一步的维护，不过根据正在使用的气体质量和车辆驾驶里程，有可能必要进行移除或清洁，在必要时进行修复。

第 20 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

4 柴油机-LPG双燃料发动机与原机的性能比较

4.1 动力性的对比

柴油机改装成柴油- LPG 双燃料发动机后,分别进行了在纯柴油工况和双燃料工况的外特性对比试验, 其结果如图（图3-1）所示。试验发现: 柴油- LPG 双燃料发动机的最大输出功率不比纯柴油时小, 甚至还略有增大。原因如下: 从理论完全燃烧的混合气热值看, 柴油的比 LPG 高, 但柴油必须在有过量空气系数的条件下才能较好地燃烧, 因此整个混合气的热值, 柴油- LPG 和空气的混合气热值反而比纯柴油要高出许多, 正是由于双燃料发动机突破了燃用柴油时输出功率受限于冒烟极限的障碍, 使得双燃料发动机的动力性能优于原柴油机。特别是在中低转速区域, 最大扭矩增大明显。当然动力性的 进一步提高受到了气体燃料爆燃的限制, 功率和扭矩的增大应以不发生敲缸为前提。因此在这方面, 较低压缩比的直喷柴油机比较高压缩比的预燃式或涡流式柴油机更为有利。

170165160155150145140135130125160018002000220024002600转速（r/min）柴油机柴油-LPG机280030003200扭矩（N2m）

50454035302520151050160018002000220024002600转速（r/min）柴油机柴油-LPG机280030003200功率（Kw）

图3-1外特性大功率和扭矩

第 21 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

4.2 燃料经济性

双燃料发动机的燃料经济性包括两部分: 引燃油量和燃气消耗量。油量的消耗采用油耗仪测量，燃气的消耗量采用精密电子秤测量。从经济环保性和发动机可靠运行的角度考虑, LPG 的掺烧量控制在30%左右。掺烧比过高发动机会爆震，不能正常燃烧；过低对烟度的改善不大，同时不能达到多掺气的目的。图3-2是燃用双燃料和全柴油时外特性的燃料消耗率比较，可以看出：燃用双燃料时，燃料消耗率较低, 这是因为高负荷时燃用双燃料, 发动机的燃烧效率较高。图3-3为 2200r/min时负荷特性燃料消耗率对比，可以看出：低负荷时，双燃料的燃料消耗率高于燃油时；而随着负荷的增大，双燃料的燃料消耗率逐渐降低，低于燃油时的水平。这是因为低负荷时，LPG 混合气过稀，不能完全燃烧，导致燃料经济性恶化。而随着负荷的增大，发动机运行效率提高，燃用双燃料时的燃料消耗率低于全柴油时。

燃油消耗率（g/(Kw2h)）250245240235230225220215160018002000220024002600转速（r/min）柴油柴油-LPG280030003200

图3-2外特性燃油消耗率

燃油消耗率（g/(Kw2h)）36034032030028026024022020010152025功率（Kw）柴油303540柴油-LPG

第 22 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

图3-3 2200r/min时负荷特性燃料消耗率

4.3 排放性能

针对改装后的柴油-LPG 双燃料发动机进行燃用双燃料和纯柴油时烟度排放对比，并用五组分气体分析仪进行了NOx、HC、CO的排放对比试验。图3-4是二者在外特性时的烟度比较，可以看出：双燃料发动机可以明显地降低烟度，平均幅度可达60%，基本运行在无烟状态。这是因为LPG是一种气体燃料，它以预混合的方式进入气缸，均值混合气有利于促进燃烧，特别是在大负荷时，减少了混合气局部过浓缺氧燃烧的情况，因此烟度降低的效果特别明显。图3-5为2200 r/min负荷特性下排放试验结果，其中NOx的排放和原柴油机差不多，虽然由于 LPG的混入，预混合燃烧量增大，使NOx排放量有增大的倾向，但由于加入LPG后，初期放热少吗，燃烧推迟，燃烧温度较低，不利于NOx的生成，因此和燃油相比，双燃料发动机的NOx排放略有下降；CO和HC的排放要比原柴油机高出许多。这是因为双燃料发动机大部分情况是在稀燃状态下工作的，尽管柴油引燃的能量比火花点燃的能量要大得多，它仍然存在稀燃极限，当混合气得燃烧浓度低于最低着火极限浓度时，LPG的燃烧就很不完全，这是造成双燃料发动机HC排放高的最主要原因。另一方面，进入气缸的是预混合好的LPG气，由于壁面淬冷和狭缝效应的影响，也会使未燃HC排放的增大。对于CO，在低负荷时，燃空比低，在过稀不着火边缘附近形成的CO较多，由于温度低而氧化作用微弱，因而CO排放浓度较高；当负荷增大时，由于温度升高消失反应加快，CO 浓度随之下降；而燃空比继续增大，尽管温度升高了，但因氧化剂浓度低和反应时间短，仍会使CO消失反应减弱，结果CO排放浓度升高。

第 23 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

烟度（FSN）43.532.521.510.50160018002000220024002600转速（r/min）柴油柴油-LPG280030003200

图3-4 外特性下烟度

HC浓度（310^6）4000350030002500200015001000500010152025功率（Kw）柴油303540柴油-LPG第 24 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

0.30.25CO浓度（%）0.20.150.10.05010152025功率（Kw）柴油1400303540柴油-LPG

NOx浓度（310^-6）120010008006004002000功率101520功率（Kw）柴油253035柴油-LPG

图3-5 2200r/min负荷特性下排放

4.4 排气温度与噪声对比

图3-6为柴油- LPG双燃料发动机和柴油机在外特性下的噪声和排气温度对比图，双燃料发动机的噪声要比全柴油机时低1. 5dB 左右，这是因为LPG的燃烧速度相对较慢，使得最大压力升高率和最大燃烧压力不高，较全柴油时工作柔和，因此相应的噪声也较低。但若LPG的掺烧比例过大，由于原机的压缩比未做改动，很容易导致敲缸，这时燃烧发出的噪声比燃油时要大，发动机运转不正常。双燃料发动机的排温比全柴油时要低，幅度在20~50℃，这是由于LPG的燃烧温度较低所致。

第 25 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

600575550525500475450425400375350160018002000220024002600转速（r/min）柴油柴油-LPG280030003200温度（℃）噪声（dB）113111109107105103101999795160018002000220024002600转速（r/min）柴油柴油-LPG280030003200

图3-6外特性下的噪声和温度

5.改装的经济性分析

经过初略的计算，改装一台发动机所需要的部件价格在7000-8000元，现在湖南柴油的价格为7.61元/升，车用LPG价格为4.88元/升。也就是说改装前发动机每消耗1L燃料价格为7.61元，而改装之后价格为7.61370%＋4.88330%=6.79元，相当于每消耗1L燃料，后者可以节约7.61-6.79= 0.82元。而本次改装用的Q490柴油机百公里油耗大概在10L左右，因此，装配了改装后的发动机每行驶100公里可以节约0.82310=8.2元左右，一般来说发动机的使用寿命为60万公里，因此可以节约的费用为（60W/100）

第 26 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

38.2=4.92万元。除去改装和维护所用的差不多1万元，每台发动机可以节约3万多元。这对于一般人来说算是一笔不小的数目了。

结 论

（1）本改装设计的改装结构较为简单，实际操作性高，并且改装的工作量不大，改装的成本也比较低。改装后的发动机对燃料的控制比较精确，适宜于大批量生产。

第 27 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

（2）本设计的完成，必须先对柴油机的构造、特性、工作原理，LPG燃料的燃烧特性以及与柴油的差别等有比较详细的了解，在此基础上根据设计的目的进行改装设计。

（3）本次改装设计用于实际生产上，可以减小柴油机的实际油耗，降低柴油机的排放，并且对动力性不会有太大影响，对于解决能源短缺和环境污染等问题有着重大的贡献。

（4）由于水平有限，本设计也存在着许多的不足，比如说实验所得出的数据，由于实验设备的不足，有比较大的误差；由于是机械控制LPG的供给，控制的精度相对于电子控制的来说要低了很多。

致 谢

在毕业设计即将结束之际，特在此对关心和帮助过自己的老师和同学表示感谢。尤其是感谢韩志刚老师在设计过程中对我的指导和帮助。通过毕

第 28 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

业设计，使我对四年大学所学的知识有了更为深刻的理解，而且在毕业设计之中学到了很多书本上学不到的东西，让自己大受裨益，这经历对自己今后的工作和生活将起到很重要的作用。感谢学校提供了毕业设计的机会，让我们学到了很多。

参 考 文 献

1.汽车用LPG及其供给系统简介，穆苛，维普资讯（http：//www.cqvip.com） 2.WORKSHOP MANUAL MIXED DIESEL – LPG SYSTEMS，无锡6113发动机。

第 29 页

中南林业科技大学本科毕业设计 柴油机-LPG双燃料燃油供给系统改装设计

3.代用燃料汽车技术（一）世界汽车技术发展跟踪研究（五），孙济美、郭英男等，汽车工艺与材料， 2002 第11期

4.代用燃料汽车技术（二）世界汽车技术发展跟踪研究（五），孙济美、郭英男等，汽车工艺与材料， 2002 第12期

5.代用燃料汽车技术（三）世界汽车技术发展跟踪研究（五），孙济美、郭英男等，汽车工艺与材料， 2003 第1期

6.代用燃料汽车的研究与发展，刘元鹏，交通部公路科学研究所，2000年 7.压缩天然气在公共汽车上的应用，乌鲁木齐市公共交通总公司，城市公共交通，2002年

8.汽车代用燃料的应用和发展，仇延生 罗格梅，石油炼制与化工，2003 第1期

9.汽车代用燃料及其应用，雷建军，中国科技信息，2006 第9期 10.汽车构造（上）、（下），陈家瑞，机械工业出版社，2010年

11.汽车拖拉机发动机，董敬、庄志、常思勤，机械工业出版社，2010年 12. 490Q 直喷型柴油机改装成柴油- LPG 双燃料发动机的试验研究，楚书华等，内燃机工程第四期，2004年

13. 柴油-LPG发动机的双燃料供给系统，董健，内燃机工程，第二期，2001年 14.内燃机代用燃料，崔心存，机械工业出版社，1990年

15.天然气和液化石油气汽车，孙济美，北京理工大学出版社，1999年 16.我国清洁能源战略研究，董俊武，世界汽车，2001年

17.我国燃气汽车发展及展望，邓天渊，天然气汽车，1999年

18.车用发动机的一种新能源—液化石油气，梁桂森等，车用发动机，1999年 19.液化石油气汽车技术的应用与发展，阿比旦等，汽车技术，2001年 20.汽车代用燃料及没有应用前景，航天技术与民品，1999年

第 30 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wxqa.html