柴油一天然氣雙燃料汽車技術(shù)研究

    ④  由于柴油引燃比火花塞點燃的能量大得多，對點火正時的控制要求可以降低，能夠在較寬的空燃比范圍內(nèi)工作，對稀燃很有利，可實現(xiàn)較稀薄燃燒；

    ⑤  可極大地降低柴油發(fā)動機的煙氣排放，降低柴油發(fā)動機的顆粒物排放；

    ⑥  對柴油發(fā)動機的改動很小；

    ⑦  既可在柴油一天然氣雙燃料狀態(tài)下運行，又可在純柴油狀態(tài)下運行，在加氣站不很普及的情況下，是一個比較理想的選擇。

    柴油一CNG雙燃料汽車在技術(shù)上也有一些不足，如氣瓶自重大；連續(xù)行駛里程比較短；發(fā)動機低速工作不良等。由于LNG能量密度大(約為CNG的3倍)，氣液體積比為625：l，柴油一LNG雙燃料汽車的連續(xù)行駛里程就比較長(可達400 km)。世界各國在發(fā)展天然氣汽車的過程中都碰到了柴油車改裝這一難題，多年來全球的天然氣汽車行業(yè)一直在探索和尋求理想的柴油車改裝技術(shù)，但直到現(xiàn)在還沒有取得非常成功的例子。近年來，歐美一些發(fā)達國家將開發(fā)重點轉(zhuǎn)向原裝天然氣發(fā)動機技術(shù)，我國及其他一些發(fā)展中國家仍在研究和探索對柴油發(fā)動機的改裝技術(shù)。

  ①  改裝成天然氣單燃料發(fā)動機

    此種改裝方式實際上是將柴油發(fā)動機改為電火花點火式的天然氣發(fā)動機，去掉柴油發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)，增加天然氣供給系統(tǒng)和點火系統(tǒng)。此種改裝方式改裝難度大，技術(shù)要求高，發(fā)動機缸套與活塞的配合間隙、配氣相位也要相應改變，改裝成本較高；并且是不可逆的，一旦改裝，很難再恢復原狀。

    國內(nèi)有些單位在這方面曾有過大膽嘗試。他們的目的是把柴油車改裝成單一燃料天然氣汽車，把幾十輛柴油客車改裝成天然氣汽車，因大量出現(xiàn)發(fā)動機活塞拉缸、曲軸抱瓦等故障，最后不得不全部更換新的柴油發(fā)動機，或轉(zhuǎn)而改裝成柴油一天然氣雙燃料發(fā)動機。

②  改裝成柴油一天然氣雙燃料發(fā)動機

    柴油一天然氣雙燃料發(fā)動機改裝方式是保留柴油發(fā)動機的燃料供給系統(tǒng)和發(fā)動機的壓縮比，以一定量的柴油作為引燃劑，引燃天然氣和空氣的混合氣。目前國內(nèi)外柴油一天然氣雙燃料汽車主要有3種供氣方式。

   a．機械控制混合器供氣。這種供氣方式應用較早，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低；缺點是空燃比尊剖不準確，替代率低。此種方式在國外已經(jīng)不采用，在國內(nèi)一些地方仍在使用。

    b．電子控制混合器供氣。由電子控制單元來控制氣體燃料的供給量和引燃的油量，它提高了空燃比的控制精度，降低了雙燃料發(fā)動機的排放。

   c．電子控制氣缸直接噴射。這種方式可以嚴格地控制燃料噴射量，可以實現(xiàn)定時供氣和定量供氣，可根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與負荷更準確地控制空燃比，可以取得良好的動力性及排放性能。但造價很高，國內(nèi)目前還處于初期研發(fā)階段。

    在充分調(diào)研柴油一天然氣雙燃料汽車技術(shù)現(xiàn)狀的基礎上，認真分析雙燃料汽車存在的問題和需要解決的技術(shù)難題，根據(jù)汽車的動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保性以及安全性等要求，確定項目的技術(shù)方案，然后對各子系統(tǒng)進行開發(fā)。

    在系統(tǒng)開發(fā)上，對柴油一CNG雙燃料電控系統(tǒng)和混合器等核心部件進行了自主研發(fā)，對減壓系統(tǒng)以及傳感器等通用部件進行優(yōu)化選型、訂購，對特殊部件和安裝支架等進行設計和外協(xié)加工。通過大量的試驗、研究，開發(fā)出簡單實用、安全可靠的柴油一天然氣電控雙燃料汽車技術(shù)。

    柴油一天然氣雙燃料汽車以原柴油發(fā)動機為基礎，在保留原發(fā)動機的所有結(jié)構(gòu)和柴油燃燒方式不變的前提下，增加了柴油一天然氣雙燃料發(fā)動機系統(tǒng)。該車既可以在柴油一天然氣雙燃料狀態(tài)下工作，也可以在單一柴油狀態(tài)下工作，雙燃料的工作狀態(tài)由電子轉(zhuǎn)換開關控制。

   ①  柴油一CNG雙燃料汽車系統(tǒng)構(gòu)成    柴油一CNG雙燃料汽車系統(tǒng)由CNG供氣系統(tǒng)、柴油油量限制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)3部分組成， CNG供氣系統(tǒng)主要由CNG氣瓶、濾清器、高壓電磁閥、減壓調(diào)節(jié)閥、低壓電磁閥、動力調(diào)節(jié)閥以及混合器等組成；柴油油量限制系統(tǒng)用來控制雙燃料工作狀態(tài)下的引燃油量，它主要由油門執(zhí)行器和推桿組成；電子控制系統(tǒng)主要由電子控制單元。

   ②  柴油一LNG雙燃料汽車系統(tǒng)構(gòu)成柴油一LNG雙燃料汽車系統(tǒng)由LNG供氣系統(tǒng)、柴油油量限制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)3部分組成， LNG供氣系統(tǒng)主要由LNC儲罐、截止閥、低溫軟管、水浴式氣化器、電磁閥、減壓調(diào)節(jié)閥、動力調(diào)節(jié)閥以及混合器等組成；柴油油量限制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)與柴油一CNG雙燃料汽車系統(tǒng)相同。

   ③  柴油一CNG雙燃料發(fā)動機工作原理柴油一CNC雙燃料發(fā)動機采用柴油引燃天然氣和空氣的混合氣的工作方式，該雙燃料發(fā)動機在起動和怠速工況下均以柴油為燃料。當ECU感受到發(fā)動機的加載信號時，ECU根據(jù)傳感器傳人的發(fā)動機油門位置、轉(zhuǎn)速等信號，由控制軟件進行模擬分析和對比，并輸出控制參數(shù)，控制天然氣的供給量和引燃柴油的噴油量。由CNG減壓調(diào)節(jié)閥流出的天然氣通過天然氣一空氣混合器與空氣混合，進入氣缸。

  ①   改造后，動力性不降低，發(fā)動機的額定功率和****扭矩與原柴油車相當；

  ②   天然氣的最高替代率為80％：

  ③   汽車行駛速度大于50 km／h時，天然氣平均替代率為60％～70％：

  ④   按熱量計算，汽車的雙燃料消耗總量不大于原車柴油消耗量：

  ⑤   汽車排放達到環(huán)保要求；

  ⑥   原車的操作性能和安全性能不受影響。

    改裝1輛柴油一CNG雙燃料槽車，改裝費用約2×10⁴元。若該車耗柴油(以下均指0號柴油)量為0.4 L／kin，行駛300 km／d，天然氣的平均替代率為65％，1.1 m³天然氣燃燒所放出的熱量等于1 L柴油燃燒所放出的熱量，壓縮天然氣的單價為2.5元m³，柴油的單價為6形L，則改裝后槽車可節(jié)約燃料成本：253.5 元／(輛·d)。以每輛車每年運行360 d計算，則可節(jié)約燃料費：91 260形(輛．a(chǎn))，不到3個月即可收回改裝成本。

    柴油一天然氣雙燃料汽車系統(tǒng)開發(fā)完成后，我們對1輛槽車進行了柴油一LNG雙燃料汽車改裝，并進行了多次空載和重載路試運行。

 ① 某次路試試驗報告

    行駛里程為1 050 km，按原車油耗定額應耗柴油量為483 L；在雙燃料狀態(tài)下，實際耗柴油量為158 L，天然氣對柴油的替代率為67.3％。車輛在柴油一LNG雙燃料狀態(tài)下路試，在整個行駛過程中，車輛的動力性與改裝前相當，發(fā)動機的工作溫度為60～80℃，發(fā)動機工作正常。

 ②  路試經(jīng)濟性分析

    已知：1.1 m。天然氣燃燒所放出的熱量等于1 L柴油燃燒所放出的熱量，液化天然氣的單價為2.0形m’，柴油的單價為6形L。該車在改裝前應耗柴油量為483 L，則燃料成本為2 898元。改裝后，在柴油一LNG雙燃料狀態(tài)下的燃料成本為l 663元，節(jié)約燃料成本1 235元，單位行駛里程節(jié)約燃料成本：1.176元／km，燃料成本降低：42.6％。

    逾5 000 km的實際運行表明，該槽車的動力性和經(jīng)濟性都很理想，天然氣對柴油的平均替代率在65％左右，用戶對此非常滿意。此外，我們還在各地改裝逾20輛槽車和大客車，改裝效果良好，給用戶帶來了顯著的經(jīng)濟效益。