柴油發動機雙燃料改造技術研究與應用

劉慶

（中石油煤層氣有限責任公司設備物資處，北京 1 0 0 0 2 8）

柴油發動機雙燃料改造技術研究與應用

劉慶

（中石油煤層氣有限責任公司設備物資處，北京 1 0 0 0 2 8）

將油改氣技術應用于重型柴油車發動機燃油供給系統改造中，在保持原柴油發動機供油基本不變的前提下，對柴油發動機高壓油泵供油量進行調整，穩定發動機怠速供油狀態，為發動機正常啟動和點燃天然氣（即C N G）在氣缸內作功做準備；同時，增加了天然氣儲氣裝置、天然氣供氣裝置、燃料轉換裝置、氣量顯示裝置，最終實現雙燃料發動機燃料供給系統的改造與應用。

發動機；油改氣技術；天然氣儲氣

為了運輸企業的長遠發展和滿足國家對汽車排放污染的控制，減少油價上漲所帶來的經營成本上的壓力，這就要求運輸企業發掘內部潛力，通過對車輛實施技術改造，最終實現節能降耗。

1 現狀分析

汽油車“油改氣”其實并不是新生事物，據了解深圳、重慶等城市2 0 0 3年就被國家列為“油改氣”重點城市，許多城市更是已經運行數年。但重型柴油車油改氣由于技術上原因，目前在國內推廣應用較少，僅僅處在初始階段。

2 柴油車油改氣技術可行性

國內外以汽油作為燃料的雙燃料汽車改裝技術已相當成熟，使用范圍比較普遍，但以柴油作為燃料的汽車改裝為雙燃料技術尚處在探索研究階段。從汽車發展的趨勢來看，柴油車在重型車輛中所占比例越來越大。把燃料混燒技術、雙燃料供給技術和雙燃料裝置輔助設備的改造技術作為關鍵來攻克，最終取得C NG汽車在重型柴油車上的推廣應用。目前，因技術原因，除增壓型、增壓中冷和電控單體泵型的柴油發動機尚不能進行油改氣改造外，普通型柴油發動機使用雙燃料改造技術以完全成熟，改造費用適中，完全具備在一定非增壓式柴油發動機范圍內進一步推廣使用的技術條件。

3 組成、結構和改造原理

（1）基本組成。雙燃料供給系統包括柴油供給系統和天然氣供給系統，雙燃料發動機的柴油供給方式與原柴油機完全相同。改裝部分由四個裝置組成：①天然氣儲氣：主要由充氣截止閥、天然氣儲氣瓶、高壓管線等組成。②天然氣供氣：主要由減壓調節器、天然氣低壓管線、混合器等組成。③燃料轉換：主要由燃料轉換開關、電磁閥等組成。④氣量顯示：主要由高壓表、壓力傳感器、氣量顯示器等組成。

（2）結構和改造原理。C NG/柴油雙燃料發動機系在柴油機上添加C NG供給系統組裝而成，雙燃料供給系統包括柴油供給系統和C NG供給系統雙燃料發動機的柴油供給方式與原柴油機完全相同。如圖1所示，C NG由氣瓶1經過手動截止閥2流至減壓器3。在減壓器3中，C NG的壓力由2 0 MP a降至-0.1 k P a～+1.2 k P a左右。發動機的循環水經過減壓器3，提供熱量以免膨脹時產生的低溫冷凍現象。由減壓器3出來的C NG氣體，經過U型板控制的C NG調節器4，進入安裝在進氣總管上的混合器5，C NG隨同空氣混合后進入氣缸，并在缸內進行柴油壓燃。油門限位機構6用于控制雙燃料的最大供給量。

C NG/柴油工作原理見圖1：①發動機轉速變化時，利用安裝在進氣管上混合器喉口處的真空度變化，C NG的供給量隨轉速變化而自動調節。②發動機負荷變化時，發動機油門帶動機械相聯的調節裝置，改變C NG調節器的流通截面，從而控制通過調節器中C NG供給量。

4 關鍵技術

（1）燃料混燒技術。通常使用的車輛均為單一燃料，要么汽油，要么柴油，要么天燃氣等，而使用的這套系統需要采用的是柴油與天燃氣混合燃燒以提供動力，因此其中必然涉及到一個混合燃燒比例問題，通常柴油/天燃氣混合比為8 0：2 0（即替代率2 0%）～5 0：5 0（替代率5 0%），過高的替代率，會導致車輛行駛過程中力量不足，過低的替代率也會引起經濟性較差，經過反復調整路試并結合實際路況，與車輛技術性能等相關因素，得出替代率范圍在1 5.8%～3 0.5%之間。

（2）雙燃料裝置的合理選型配置。雙燃料裝置主要包括充氣截止閥、減壓調節器、混合器、電磁閥、燃料轉換開關、和氣量顯示器等六大部件。①充氣裝置有插銷式與卡口式兩種，選擇孔徑為Q1 2的插銷式充氣閥，同時具有充氣、截止閥功能。插銷孔內的防塵塞有排氣螺塞，截止閥一旦漏氣，防塵塞可起到密封作用。②減壓調節器是C NG汽車核心和關鍵部件，它的性能好壞，直接影響整車的性能，考慮到國內調壓調節器故障率較高，因此，選擇了質量相對較好的意大利貝迪尼1 3 2 E型減壓調節器，該調壓器為三級組合式結構，裝置完善，功能齊全。③混合器由殼體和芯子兩部分組成，芯子喉徑最小處均勻分布一圈小孔，殼體上有天然氣進氣道。其作用一方面要使喉管處產生真空度來調節減壓器的天然氣流量，另一方面又要將天燃氣與空氣均勻混合。該混合器結構雖然簡單，但其設計參數直接影響發動機的性能，混合器喉徑過大，真空度小；喉徑過小，吸入空氣量少，影響空燃比，發動機功率下降，動力不足。其型式有盤式、筒式等多種形式，經過論證試驗后選為筒式混合器。④電磁閥、燃料轉換開關、氣量顯示器。電磁閥選擇一個二位二通常閉式電磁閥，安裝在減壓器與混合器之間，由燃料轉換開關控制，該閥工作電壓1 2 V，功率1 2 W。

燃料轉換開關選用通用型燃料轉換開關，其主要是控制天燃氣的通斷，它有三個位置，一個是“油”位，切斷天然氣電磁閥電路，斷氣。一個是“氣”位，接通天然氣電磁閥電路，油氣混燒。另一個是“中間”位。氣量顯示器安裝在燃料轉換開關上，其相應的壓力傳感器安裝在壓力表上，用來定性指示氣瓶余下氣量多少，其選擇油改氣車用通用型氣量顯示器。

（3）裝置分布設計。考慮到增設裝置與原車輛安全使用及安裝牢固性相協調、統一，要特別注重了裝置布局的合理性和可行性。①高壓管線采用意大利貝迪尼原裝涂層無縫鋼管，可靠性好，安全系數高，高壓接頭采用卡套管件，它由接頭體、卡套和壓緊螺母三部分組成，使用時擰緊壓緊螺母，使卡套受力，由于接頭體內錐面的作用，卡套的中部產生彎曲變形，兩端則徑向收縮變形，迫使前端內側刃口切入鋼管，形成密封和防止管體拔脫，同時，卡套后端外側分別和接頭體，螺母和內錐面形成錐面密封。②經過多方咨詢氣瓶選擇，確定選擇重慶益峰高壓容器有限責任公司生產的8 0 L車用壓縮氣瓶，產品符合G B 1 7 2 5 8-1 9 9 8標準要求。③氣路管線與氣瓶布置設計原則，必須保證管線與氣瓶不與任何部件產生干涉，同時遠離汽車熱源，在安裝位置有足夠的安裝空間，沖裝氣方便。經過反復的選型論證，最終選擇在日野車體后尾部，一邊布置一只氣瓶的方式，氣路管線從大梁盒內側，牢固引入前端減壓器。

（4）改制符合車型的輔助備件及裝置。由于柴油車油改氣在國內應用非常少，選擇的車型更無成熟的經驗可以借用，部件選擇好后如何合理安裝，布置則成了一個擺在面前的難題，部件安裝不合理，直接影響到產品使用的經濟性、可靠性、安全性。①改制油氣混燒替代率調節裝置，這是整個系統中很重要的一環，該裝置安裝位置直接影響了油氣混燒比例，直接影響產品使用的經濟性與動力性，經過多次試驗后，加工如下部件，固定在大梁上，當選擇燒氣時，將裝置調整過來卡住高壓泵油門，不燒氣時，將裝置回位。②需要固定合適的混合器位置，混合器需固定在進氣道上，同時還需與水循環管線相通。混合器安裝后，各連接處不得有竄漏現象。③需在發動機合適位置布置減壓調節器、電磁閥等。

圖1

5 效益評價

從試驗數據計算得知，節約率為2 3.3 5%，節約費用為2.5萬元/車年，(按運行里程7萬公里/年，柴油6.0元/L，油耗2 4 L/百公里，改造費用2萬元/臺)。用雙燃料每百公里可節約費用2 1.3 9元，一年內就可全部收回改造所花費的費用，投資成本回收快，經濟上可行。

6 柴油發動機雙燃料車改造前景展望

（1）普通型柴油發動機使用雙燃料改造技術已完全成熟，改造費用適中，具備進一步推廣使用的技術條件。

（2）雙燃料改造工藝簡單，一般的二級維修企業就有實力和能力實施改造和維修。國內天燃氣資源豐富，加氣站分布廣泛，加氣方便。

（3）排放污染大幅度減少，有利于環境保護，利國利民。

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