汽油_LPG双燃料汽车动力性研究

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

随着汽车工业的不断发展，我国汽车保有量逐年增加，汽车尾气排放已经成为环境质量的主要污染源，给生态环境带来的影响日益加剧。另外，世界范围内石油资源逐渐枯竭，能源结构的转换加速。液化石油气(LPG)低排放的环保功能，是改善发动机排放性能的有效措施之一，并且我国天然气和石油气资源比较丰富，使用LPG也可以在一定程度上缓解石油资源紧缺的矛盾。

LPG供给系统易于在燃油发动机，特别是在汽油机的基础上进行改装，改装时可以利用原有的进气系统，保留原有燃油的供给系统，构成双燃料汽车。所以本文通过发动机台架、GT-drive软件研究燃用LPG燃料对发动机性能的影响。

1 LPG与汽油化学特性的比较

LPG是石油产品精炼过程中的副产品，主要由丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）组成，在常温常压下是一种无色无味无毒的气体，在0.2MPa~2MPa的压力下呈液态，实际压力取决于丙烷和丁烷的混合比以及温度。LPG与汽油的理化性质差异主要表现如表1所示。

表1 LPG和汽油化学特性比较

LPG对油脂、机油、涂料具有溶解或清洗作用，同时会造成天然橡胶膨胀。LPG通常对金属和合金没有腐蚀作用，不会影响机油的使用性能。

由于LPG中碳原子数远远小于汽油，因此在相同热效率的情况下，LPG排放的CO和CO2相对较少。LPG分子结构简单，又是气体，容易产生均匀的混合气，因此燃烧较完全，不完全燃烧产生的有毒物质较少，但是较高的燃烧温度，则容易导致燃烧产物中的NOx增加。

2 设计方案

本方案研究在不改变原有发动机设计的基础上，加装一套LPG喷射系统，将发动机改装成同时燃用LPG、汽油的双燃料发动机。本次试验的原型车为某一企业匹配1.4 L四缸自然吸气发动机的车辆，其发动机主要的技术参数如表2所示。

表2发动机的主要技术参数

为实现发动机在不改变原有电控燃油喷射系统的前提下能够切换为燃烧LPG，本次试验在原车电控燃油喷射系统的基础上，添加了LPG供气系统、LPG ECU、切换控制模块、LPG喷气阀驱动等部件，LPG供气系统改装结构简图如图1所示。

改装之后发动机采用双ECU控制，在原机线束上将传感器信号引入ECU(LPG)，ECU(LPG)的控制线与执行器连接，喷油器连接在ECU(原机)上，LPG喷嘴连接在ECU(LPG)上。通过LPG切换控制来完成汽油和LPG燃料的切换使用，具体改动如图2.

图2发动机控制系统简图

3 试验及仿真结果分析

3.1 试验结果分析

在相同条件下，发动机分别燃用汽油和LPG两种燃料，并在相同运行条件下进行外特性试验。扭矩对比曲线和功率对比曲线如图3和图4所示。

图3 扭矩对比曲线（汽油VS LPG）

图4 功率对比曲线（汽油VS LPG）

由图3和图4可以看出，相对于燃用汽油，使用LPG后发动机功率下降了约3%，扭矩下降了5%左右。原因有：一是LPG的混合气热值低于汽油，理论空燃比高于汽油，燃用LPG每循环放出的热量低于汽油；二是LPG采用混合气式燃料供给方式，导致实际进入气缸的空气量减少；三是LPG的火焰传播速度比汽油慢，燃烧特性与汽油存在差异。上述的三点因素导致燃用LPG的发动机性能较汽油机有所降低。

3.2 仿真结果分析

利用GT-Drive软件仿真某车型燃用汽油_LPG双燃料的的动力性，其建模部件包括发动机模型、离合器模型、变速箱模型、差速器模型、半轴模型、刹车模型、轮胎模型，以及整车数据模型和道路环境模型，模型连接图5所示。

图5 GT-Drive模型

由图6、7、8可以看出，某车型燃用汽油/LPG双燃料之后，最高车速为145.4 km/hr，最大加速度为2.761m/s^2，最高爬坡度为48%。

图6驱动力—行驶阻力功率平衡图

图7汽车加速度曲线的动力特性

图8汽车爬坡度的动力特性

4 结束语

燃用LPG以后，发动机、整车的改动都较小，只需增加一套LPG供气系统、LPG控制系统并且更改发动机线束。燃用LPG，发动机的功率相对于汽油机降低了约3%，扭矩相对降低5%左右。整车的最高车速为145.4 km/h，最大加速度为2.761m/s^2，最高爬坡度为48%。

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