雙燃料發(fā)動機的研究現(xiàn)狀

摘 要：該文介紹了國內(nèi)外雙燃料發(fā)動機的研究開發(fā)現(xiàn)狀，闡述了雙燃料發(fā)動機的工作以及控制的原理，并且對雙燃料發(fā)動機的工作特性進(jìn)行了闡述，對其動力性能、經(jīng)濟(jì)性、排放特性的進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：雙燃料發(fā)動機 控制 排放

中圖分類號：TK46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（b）-0252-01

近年來，隨著國內(nèi)外汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車的持有量成倍地增加，由汽車發(fā)動機引起的能源和環(huán)境污染問題越來越受到人們的重視。為了改善環(huán)境，解決能源危機，雙燃料發(fā)動機在世界各國受到了高度的重視。雙燃料發(fā)動機是指能使用兩種燃料的發(fā)動機，雙燃料發(fā)動機除使用汽油、柴油之外，還能夠使用替代燃料，其中替代燃料能夠降低汽車尾氣污染。將發(fā)動機改裝為雙燃料發(fā)動機，對原發(fā)動機系統(tǒng)改動小，只需要添加一套供氣的系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)雙燃料發(fā)動機的運行。現(xiàn)階段，雙燃料發(fā)動機是以天然氣-柴油為主要的燃料。天然氣-柴油雙燃料發(fā)動機既可以燃燒天然氣/柴油兩種燃料，也可以單獨地使用柴油燃燒，在天然氣的供應(yīng)不充足時， 雙燃料發(fā)動機就會恢復(fù)至原機的工作方式。

1 雙燃料發(fā)動機的工作原理

雙燃料發(fā)動機在工作時主要有兩種形式[1]：一種是氣體燃料為主要的形式；另一種是以普通的柴油機為主要的工作形式。通常天然氣為主要的氣體燃料，柴油為引燃燃料。當(dāng)進(jìn)行氣體燃料工作時，氣體燃料噴入至進(jìn)氣道，然后伴隨這空氣共同進(jìn)入汽缸，因此發(fā)動機在壓縮過程中就變成了壓縮空氣和氣體燃料的混合氣，在壓縮過程的終點，加入少量的柴油作為引燃燃料來引燃缸內(nèi)的氣體燃料-空氣混合物。

2 雙燃料發(fā)動機的控制原理

雙燃料發(fā)動機電控系統(tǒng)主要由傳感器單元、電子控制單元及執(zhí)行單元組成。電子控制單元（ECU）是電控系統(tǒng)的核心，其用來存儲標(biāo)定數(shù)據(jù)和控制程序。傳感器主要包括：進(jìn)氣壓力傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、油門位置傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等。電子控制單元主要是將傳感器單元所檢測到的發(fā)動機運行狀態(tài)等各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和處理，從而通過控制程序來控制燃油、燃?xì)鈭?zhí)行器的開度，從而控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速和功率[2]。

3 雙燃料發(fā)動機的工作特性

3.1 動力性能

通過專業(yè)的直流電力測功器分別對雙燃料發(fā)動機燃用純柴油單燃料以及柴油天然氣雙燃料的外特性進(jìn)行了研究，兩種燃料類型的外特性扭矩特性對比曲線如圖1所示[2]。

由圖1可知，柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機的動力性能和原柴油機相比在正常情況下有所提高。尤其是在發(fā)動機的轉(zhuǎn)速大于2200 r/min 時，柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機的動力性能有很大的提高，扭矩也提高了6%左右。提高的原因是由于采用了噴射閥可以直接將天然氣噴射至進(jìn)氣道，并且可以精確地控制燃料的噴射量。

3.2 經(jīng)濟(jì)性

圖2為雙燃料發(fā)動機的兩種工作模式的當(dāng)量比油耗[3]。由于氣體燃料模式的發(fā)動機會出現(xiàn)充氣時的短路損失以及燃燒不充分的情況，其當(dāng)量比油耗會稍微有所升高，但是氣體燃料的價格優(yōu)勢，使用天然氣還是比較經(jīng)濟(jì)的。圖3為雙燃料發(fā)動機的柴油替代率[2]，從圖3可知，替代率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高而增加，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1200～1600 r/min之間時，替代率基本成線性增加；發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1600 r/min以上時，替代率達(dá)到80%以上，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速達(dá)到2400 r/min以上時，替代率可以保持在85%。原因在于引燃燃油量不會隨著轉(zhuǎn)速的提高而發(fā)生改變，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高時，功率也越高，所需要的氣體燃料也就越多，即天然氣的需求量越多，替代率也就越高。

3.3 排放特性

根據(jù)《柴油車及柴油機排放物控制》的相關(guān)規(guī)定，相關(guān)人員進(jìn)行了發(fā)動機的氣體排放和微粒顆粒物排放的研究，實驗結(jié)果見圖4[2]。研究表明，柴油/天然氣雙燃料發(fā)動機的氣體排放和微粒顆粒物排放得到了改善，污染物濃度有所降低，其中NOx的排放比原機降低約49%，固體顆粒物排放比原機降低51%，CO排放比原機稍有改善，但HC排放增加。排放物中除HC外，各項指標(biāo)均達(dá)到了歐洲I號排放標(biāo)準(zhǔn)，并且解決了柴油機中NOx和固體顆粒物排放的矛盾。

4 結(jié)語

雙燃料發(fā)動機因其具有使用燃料靈活、污染物排放少、發(fā)動機改動小、改動成本低等特點而具有良好的應(yīng)用前景，已成為改善發(fā)動機燃油經(jīng)濟(jì)性、污染物排放和降低噪聲的有效的技術(shù)方案。

參考文獻(xiàn)

[1]李斌.雙燃料發(fā)動機的工作原理及排放控制[J].船舶機電技術(shù)，2012（5）：39-41.

[2]姜麗，王春發(fā)，張幽彤.雙燃料發(fā)動機電控多點順序噴射系統(tǒng)開發(fā)研究.車輛與動力技術(shù)，2002（2）：12-17.

[3]錢恒榮，高世倫.電控雙燃料發(fā)動機的研究與開發(fā)[J].現(xiàn)代車用動力，2003（3）：1-3.