柴油-天然气双燃料发动机的研究

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1、柴油-天然气双燃料发动机的研究来源:职称论文网-www.51-lunwen.com　　0引言　　　　目前，柴油价格虽逐渐回落，天然气价格有上升的趋势，但不足以降低人们对天然气的使用信心。　　从排放方面来讲，柴油的排放性是远远高于天然气的，尤其是碳烟的排放，对环境污染以及人类的健康带来了极大的威胁[1]。从储量方面来讲，天然气的使用期限起码要比石油多用50年[2]。在中国新疆地区，越来越多的煤层气、油田气、气田气以及泥火山气被发现，极大了鼓舞了人们使用天然气的信心。在价格方面，天然气刚刚由家用天然气向车用天然气转型，其固定使用量还处于

2、上升时期，其价格虽有上升的趋势，但百公里费用是远远低于柴油价格[3]。　　　　1双燃料发动机技术的使用　　　　柴油/天然气双燃料发动机技术是在不改变原来发动机机械构造的基础上进行的，它是在原机上增加燃气进气系统、油气切换系统以及电控模块ECU来实现的。国产发动机完全可以改装为双燃料发动机，但是燃油替代率再高也要柴油参与燃烧，不如改装为单燃料发动机更经济。对于进口发动机，若是改装为单燃料发动机，就要增加一套点火系统，无疑破坏了原发动机的机械构造，对于几十万的发动机如此改装是很不科学的[4]。　　在国内，天然气站的建设还处于普及中，也许

3、在某些城区加气比较方便，但是在高速公路沿线的建设还远远没有加油站普及。若是长途汽车改装为双燃料发动机，也许只有出发后的几百公里是经济的，天然气使用完后只能采用纯柴油燃烧，效果并不是很理想。　　所以柴油/天然气双燃料发动机技术更适用于做短途运输，发动机昂贵的车辆。　　　　2燃气供给系统　　　　天然气经净化处理（脱除重烃、硫化物、CO2、水等）后，在常压下深冷至-162°C，由气态转变成液态，称为液化天然气（LNG）[5]。LNG在液化前必须经过严格的预净化，因而LNG中的杂质含量远远低于CNG，汽车使用LNG燃料其尾气排放可达到“国四

4、标准”。　　LNG的体积约为同量气态天然气体积的1/600，重量仅为同体积水的45%左右，大大方便存储和运输，节约储运空间和成本，而且具有热值大、性能高能等优点，越来越被人们所采用[6]。　　双燃料发动机的燃气供气系统如所示，主要有LNG储液罐、蒸发器、流量计以及过滤器、高压减压器、缓冲罐、电磁阀、低压减压器和喷嘴组等组成。　　由于LNG是在低温下存储的，所以LNG储液罐必须有真空层，以保证天然气在出罐体之前主要以液体的状态存储；蒸发器的主要作用是气化天然气，其内部流过发动机冷却液；气化后的天然气压力瞬间增大，在通过一个高压减压器后

5、暂存在缓冲罐中，缓冲罐也可弥补加速时供气不足所带来的缺陷；为减轻气体对低压减压器以及喷嘴的影响，在低压减压器前端安装电磁阀，由ECU控制通断；低压减压器的出口压力调至喷嘴所能正常打开的压力值，防止喷嘴不能正常打开或供气不足[7]。　　　　3双燃料发动机的一个例子　　　　新疆一生产天然气公司，拥有几百辆原装奔驰重卡车，承担着新疆大部分以及内地部分天然气运输任务。原装奔驰车的标定百公里耗油量为46升，而车辆拉的货物就为液化天然气，百公里三四百元的运费增加了公司的运营成本。如果能将在新疆地区运营的车辆改装为双燃料发动机，将大大降低运输费用

6、。　　双燃料控制模块所采集的信号基本源于原发动机本身，包括水温、油门踏板位置、转速等。其示意图如所示。　　当发动机运行时，所采集的信号经进入ECU，为ECU所识别。这些信号处理合适是不会对原机产生影响的。这样，即节省了费用，又减少了传感器的安装。　　根据国内外做双燃料的经验，在怠速工况下，没有天然气参与燃烧，当发动机工况达到ECU所既定工况点，即按照ECU控制策略来喷如适量的天然气。　　　　4路试结果　　　　柴油/天然气双燃料奔驰车辆经过几千公里的路试，得出了燃油替代率、掺烧经济性和燃气能耗比等数据。　　　　4.1燃油替代率　　燃油

7、替代率，就是百公里节省油量与纯柴油模式下耗油量比值。　　如:在纯柴油模式下百公里耗油量—A（L）;　　掺烧模式百公里耗油量—B（L）；　　则燃油替代率=（A-B）/A；　　由于在路试中，奔驰车辆的仪表上可显示当前所行驶公里数以及在纯柴油模式下理应耗油量。经过3000余公里（负荷有轻载、重载；路况有平原、山地等）的路试，9次数据记录，得到的如燃油替代率。　　　　4.2掺烧经济性　　掺烧经济性，可直接反应出在掺烧模式下，百公里可节省的费用。按照目前市场每升柴油6.12元，每公斤的液化天然气4.4元计算：　　如：掺烧模式下百公里耗液量—C

8、（kg）　　则掺烧经济性=6.12×A-4.4×C-6.12×B　　　　4.3油气能耗比　　油气能耗比，就是节省1升的柴油需要多少方的天然气来代替。由于液化天然气在添加中都是以公斤来计量的，在新疆地区，每公斤的液化天然气可转化为1.3