SANTANA 3000 LPG系统

王枝东，赵抒萍

（仪征技师学院，江苏 仪征 211400）

中国汽车的快速发展带来了巨大的能源缺口及排放问题，必须寻求其他相应的能源解决方案来缓解这一问题。LPG的开发和使用能够提供切实可行的解决途径。

液化石油气简称LPG。在常温下，它是一种无色、无味、无毒的气体，其主要成分是丙烷和丁烷。各个不同地区的液化石油气的成分各不相同，我国的液化石油气中丁烷较多，占到62%～72%。

LPG的英文全称是Liquefied Petroleum Gas，即液化石油气，又称压凝汽油。请将其与另外2种燃气燃料 “压缩天然气” （Compressed Natural Gas，缩写为CNG）、“液化天然气” （Liquefied Natural Gas，缩写为LNG）区分开来。LPG对人体的健康危害级别为1级 （蓝色），是一种比较理想的、安全的燃料。

1 LPG的简要介绍

1.1 LPG的储量

我国液化石油气的资源包括油田和石油炼制厂2个方面。油田的液化石油气是伴生气处理过程中的轻烃产品，由于不含烯烃，所以适合做车用燃料。另一个来源是炼油厂的催化裂化和延迟焦化过程中的LPG。炼油厂生产的LPG含有大量的烯烃，如果不进行减少烯烃的处理则不适于做车用燃料；如果使用这些LPG作为车用燃料，一定要测量它们的烯烃含量，一般只要烯烃含量低于10%就可以在汽车上使用。中国石油气燃气总公司系统每年从油、气田回收的LPG约有25吨，我国西部地区的新疆克拉玛依、泽普、塔里木等油田的LPG的年产量已达8万吨。随着油、气田产量的增加，LPG产量也会不断地增加。另外，通过对石油炼油厂的LPG进行减少烯烃的处理，也会增大汽车用LPG的资源。

1.2 LPG的运输

在常温 （20℃）下，LPG气瓶的压力仅为0.8MPa，即8个标准大气压，运输的安全系数高，运输成本低。

1.3 LPG的排放

各种燃料对臭氧层危害性的比较如图1所示，LPG相对于汽油的各类排放指标如图2所示。

2 SANTANA 3000 LPG系统的背景

2004年3月2日，上海大众桑塔纳3000“超越者1.8L” 上市； 2006年6月上海大众桑塔纳3000型2.0L上市。

SANTANA 3000采用了LPG系统，为了确保LPG系统的运转稳定，进行了多项可靠的开发设计:选用德国西门子公司提供的LPG喷嘴；采用优化设计的进气歧管和LPG燃料分配管；采用耐磨损、耐腐蚀的不锈钢材料制成的LPG进气管、LPG回气管；LPG内置气泵由著名的VDO公司开发；选用荷兰专业气瓶供应商MVW公司制造的LPG专用钢制气瓶；选用意大利MED公司提供的电磁阀；进行了累计超过100万公里的道路耐久试验，以及冬季、夏季、高原等一系列的试验，这些试验充分验证了LPG系统运行的稳定性。

3 SANTANA 3000 LPG系统

3.1 LPG系统在SANTANA 3000上的总体布置

LPG的系统组成如图3所示，LPG系统在SANTANA 3000上的总体布置如图4所示。

3.2 储气瓶在后备厢的布置安装

LPG储气瓶通过支架被固定在后备厢前部，其具体固定位置如图5所示。

期末考试成绩由两大部分组成：期末考核+平时成绩，即总成绩=期末成绩（70%）+平时成绩（30%）。其中，平时成绩根据学生平时作业、综合实例和单项测试情况综合评定；期末成绩是利用Moodle 平台实现在线考试，建立高质量的试题库，在题库中，加大主观题的比例，从考察学生客观题的重心转移到主观题上，鼓励学生多动脑，多思考，不局限于一种思维，让学生真正实现面向能力的考核。

3.3 LPG系统简图

LPG的系统简图如图6所示。SANTANA 3000采用的是顺序多点液态喷射系统，其发动机舱内各部件的布置安装如图7所示。

3.4 LPG系统管路图

LPG系统管路图如图8所示。LPG燃气从加气口加入钢瓶，在燃料供应泵的驱动下，通过输送管路，流经截止阀、输气电磁阀进入燃气分配管。在分配管中，LPG燃料按照各个气缸的实际需要，由4个喷嘴进行燃料喷射。富余的LPG燃气则通过回流管路，流经回气电磁阀、回气单向阀重新回到气罐中。油量显示装置能够提醒驾驶员及时加气。为了防止储气瓶压力过高，系统的最大充气量为80%，由限位装置控制。当管路压力超过2.7MPa时，过压保护阀会开启，以保证系统的安全。压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的绝对压力，并将其转换成电信号送入电控单元，作为决定喷油器基本喷油量的依据之一。温度传感器能即时监测燃油温度，以保证系统的安全。为了防止高温造成管内压力过高，回气管路B段被设计成U型，并与汽车空调系统的冷凝管固定在一起。当钢瓶内温度达到极限值时，汽车空调系统将会自动开启。在检修LPG管路时，需要使用放气阀排出多余的燃气。

3.5 LPG储气瓶与输气／回气管路

3.5.1 LPG储气瓶

LPG储气瓶头部示意图如图9所示，储气瓶内部示意图如图10所示。

储气瓶标称容量为60 L，储气瓶内含有内置气泵、组合阀、温度传感器、浮子、80%充气限位等装置。储气瓶中还装有滤网，以过滤燃气中的杂质。LPG燃气泵被安装在LPG储气瓶内部，负责建立整个燃气系统的输送压力。LPG燃气泵的控制是由电控单元完成的。80%充气限位装置实际上是一个浮子机构，当充气量达到80%时，浮子上升到一定高度，并将充气管路关闭。3.5.2 LPG输气／回气管路

LPG输气／回气管路如图11所示。所有的LPG管路都采用耐磨损、耐腐蚀的不锈钢材料。从后备厢的LPG储气瓶到发动机舱内的LPG燃气分配管，2条LPG管路实现了燃气的供给，其中一条是输气管路，另一条则是回气管路。为了防止高温造成管内压力过高，U型的回气管路与汽车空调系统的冷凝管固定在一起。当钢瓶内温度达到极限值时，汽车空调系统将会自动开启，以帮助LPG管路系统降温，避免压力过高、加气困难等状况的发生。LPG管路采用了下部进气、上部回气的方式，有利于带走管道内的气泡。所有的LPG管路连接采用了双卡套式结构，增强了管道的密封性能。管路的密封接头剖面如图12所示。

3.6 滤清器

LPG系统中采用了从储气瓶到燃气分配管再到LPG喷嘴的三级过滤系统，清除了LPG燃气中的杂质，防止因杂质引起的管路堵塞 （尤其是在LPG喷嘴处的杂质堵塞），保证了管路的畅通以及燃气定量喷射的精准性。

3.7 LPG燃气分配管

3.8 LPG喷嘴

LPG喷嘴如图15所示，其结构图如图16所示。在常态下，顶针受到回位弹簧的压力，使燃气喷射口密封。

当电控接口收到电控单元所给出的脉冲信号后，电磁线圈里会有电流通过，并产生电磁场。衔铁受到电磁力的作用后，克服回位弹簧的压力，将顶针顶起，此时喷嘴打开，高压燃气从喷射口喷出。

调节调整螺栓，可以调整弹簧的预紧力，从而控制喷射时间和喷气量。电控单元发出的脉冲信号随时间的变化如图17所示。

通过控制To，进而控制燃气的喷射时刻，即LPG喷嘴打开的时刻。通过控制△t，进而控制燃气的喷射时间，即LPG喷嘴打开的时间长度。Imax则反映了喷嘴打开时所受的电磁力的大小。

3.9 LPG放气阀

LPG放气阀被设置在燃气分配管头部，只有在维修的时候需要使用，请勿擅自拆卸和改动。

LPG放气阀阀体通过螺纹安装在LPG燃气分配管上 （见图18），头部配有放气阀阀盖，拧下阀盖，就可以放出燃气分配管内的多余气体。

3.10 LPG单向电磁阀

LPG单向电磁阀如图19所示。从LPG管路中输送来的燃气在进入LPG燃气分配管之前要通过单向电磁阀。管路中装配了2个单向电磁阀，分别是输气单向电磁阀和回气单向电磁阀。单向电磁阀的控制信号由电控单元给出，系统压力若超过2.7MPa，单向电磁阀会失灵。2个单向电磁阀中都有滤网，以去除燃料中的杂质。

4 SANTANA 3000 LPG汽车性能

4.1 LPG系统优点

1）液化石油气在常温下进入发动机与空气混合均匀，燃烧比较完全，可大幅度降低CO和HC的排放量，彻底改善微粒排放的污染。

2）燃料经济性好，其经济效益是非常可观的。

3）使用液化石油气比汽油更安全，液化石油气在车辆上是储存在经过专门设计加工的、具有高强度的气瓶内，传输和加注均是在严格封闭的管道内进行，其气瓶不易破裂，管路不会泄露。

4）冷起动性能好，燃烧中不会产生如汽、柴油燃料中胶质产生的积炭。

5）有较好的抗爆性。

4.2 LPG系统缺点

由于气体燃料注入发动机时是气态，当采用缸外预混合方式时，就会占据部分进入气缸的空气量，弃气系数比使用常规燃料大约低10%左右。同时，气体燃料的理论混合气热值也较低，与同排量的汽油机相比，使用液化石油气将使发动机功率有所下降 （5%左右）。汽车以双燃料方式并存:即在原有汽、柴油机基础上改装，原汽、柴油供给系统不变，则需要增加液化石油气的储罐及供气系统，这使整车成本略有提高。

4.3 油耗和气耗的对比

SANTANA 3000 LPG汽车在保证动力性的同时，燃料消耗也比较低。其油耗和气耗的对比如图20所示。

每升LPG的热值为24.38 MJ，每升汽油的热值为31.57 MJ。为了产生与燃烧1 L汽油同样的热值必须燃烧约1.3 L的LPG。不论使用汽油还是LPG都能达到欧洲Ⅲ号限值的要求。