劉慶

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司設(shè)備物資處，北京 1 0 0 0 2 8）

柴油發(fā)動機雙燃料改造技術(shù)研究與應(yīng)用

劉慶

（中石油煤層氣有限責(zé)任公司設(shè)備物資處，北京 1 0 0 0 2 8）

將油改氣技術(shù)應(yīng)用于重型柴油車發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)改造中，在保持原柴油發(fā)動機供油基本不變的前提下，對柴油發(fā)動機高壓油泵供油量進行調(diào)整，穩(wěn)定發(fā)動機怠速供油狀態(tài)，為發(fā)動機正常啟動和點燃天然氣（即C N G）在氣缸內(nèi)作功做準(zhǔn)備；同時，增加了天然氣儲氣裝置、天然氣供氣裝置、燃料轉(zhuǎn)換裝置、氣量顯示裝置，最終實現(xiàn)雙燃料發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)的改造與應(yīng)用。

發(fā)動機；油改氣技術(shù)；天然氣儲氣

為了運輸企業(yè)的長遠發(fā)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(jīng)營成本上的壓力，這就要求運輸企業(yè)發(fā)掘內(nèi)部潛力，通過對車輛實施技術(shù)改造，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗。

1 現(xiàn)狀分析

汽油車“油改氣”其實并不是新生事物，據(jù)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(jīng)運行數(shù)年。但重型柴油車油改氣由于技術(shù)上原因，目前在國內(nèi)推廣應(yīng)用較少，僅僅處在初始階段。

2 柴油車油改氣技術(shù)可行性

國內(nèi)外以汽油作為燃料的雙燃料汽車改裝技術(shù)已相當(dāng)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(shù)尚處在探索研究階段。從汽車發(fā)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(shù)、雙燃料供給技術(shù)和雙燃料裝置輔助設(shè)備的改造技術(shù)作為關(guān)鍵來攻克，最終取得C NG汽車在重型柴油車上的推廣應(yīng)用。目前，因技術(shù)原因，除增壓型、增壓中冷和電控單體泵型的柴油發(fā)動機尚不能進行油改氣改造外，普通型柴油發(fā)動機使用雙燃料改造技術(shù)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(fā)動機范圍內(nèi)進一步推廣使用的技術(shù)條件。

3 組成、結(jié)構(gòu)和改造原理

（1）基本組成。雙燃料供給系統(tǒng)包括柴油供給系統(tǒng)和天然氣供給系統(tǒng)，雙燃料發(fā)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(diào)節(jié)器、天然氣低壓管線、混合器等組成。③燃料轉(zhuǎn)換：主要由燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(jié)構(gòu)和改造原理。C NG/柴油雙燃料發(fā)動機系在柴油機上添加C NG供給系統(tǒng)組裝而成，雙燃料供給系統(tǒng)包括柴油供給系統(tǒng)和C NG供給系統(tǒng)雙燃料發(fā)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(jīng)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(fā)動機的循環(huán)水經(jīng)過減壓器3，提供熱量以免膨脹時產(chǎn)生的低溫冷凍現(xiàn)象。由減壓器3出來的C NG氣體，經(jīng)過U型板控制的C NG調(diào)節(jié)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(nèi)進行柴油壓燃。油門限位機構(gòu)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(fā)動機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速變化而自動調(diào)節(jié)。②發(fā)動機負荷變化時，發(fā)動機油門帶動機械相聯(lián)的調(diào)節(jié)裝置，改變C NG調(diào)節(jié)器的流通截面，從而控制通過調(diào)節(jié)器中C NG供給量。

4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）燃料混燒技術(shù)。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(tǒng)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(dǎo)致車輛行駛過程中力量不足，過低的替代率也會引起經(jīng)濟性較差，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整路試并結(jié)合實際路況，與車輛技術(shù)性能等相關(guān)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(diào)節(jié)器、混合器、電磁閥、燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(nèi)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(diào)節(jié)器是C NG汽車核心和關(guān)鍵部件，它的性能好壞，直接影響整車的性能，考慮到國內(nèi)調(diào)壓調(diào)節(jié)器故障率較高，因此，選擇了質(zhì)量相對較好的意大利貝迪尼1 3 2 E型減壓調(diào)節(jié)器，該調(diào)壓器為三級組合式結(jié)構(gòu)，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(chǎn)生真空度來調(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)雖然簡單，但其設(shè)計參數(shù)直接影響發(fā)動機的性能，混合器喉徑過大，真空度??；喉徑過小，吸入空氣量少，影響空燃比，發(fā)動機功率下降，動力不足。其型式有盤式、筒式等多種形式，經(jīng)過論證試驗后選為筒式混合器。④電磁閥、燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)、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(zhuǎn)換開關(guān)控制，該閥工作電壓1 2 V，功率1 2 W。

燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)選用通用型燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)，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(zhuǎn)換開關(guān)上，其相應(yīng)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(shè)計。考慮到增設(shè)裝置與原車輛安全使用及安裝牢固性相協(xié)調(diào)、統(tǒng)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(shù)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(nèi)錐面的作用，卡套的中部產(chǎn)生彎曲變形，兩端則徑向收縮變形，迫使前端內(nèi)側(cè)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(cè)分別和接頭體，螺母和內(nèi)錐面形成錐面密封。②經(jīng)過多方咨詢氣瓶選擇，確定選擇重慶益峰高壓容器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的8 0 L車用壓縮氣瓶，產(chǎn)品符合G B 1 7 2 5 8-1 9 9 8標(biāo)準(zhǔn)要求。③氣路管線與氣瓶布置設(shè)計原則，必須保證管線與氣瓶不與任何部件產(chǎn)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(jīng)過反復(fù)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(nèi)側(cè)，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(nèi)應(yīng)用非常少，選擇的車型更無成熟的經(jīng)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(chǎn)品使用的經(jīng)濟性、可靠性、安全性。①改制油氣混燒替代率調(diào)節(jié)裝置，這是整個系統(tǒng)中很重要的一環(huán)，該裝置安裝位置直接影響了油氣混燒比例，直接影響產(chǎn)品使用的經(jīng)濟性與動力性，經(jīng)過多次試驗后，加工如下部件，固定在大梁上，當(dāng)選擇燒氣時，將裝置調(diào)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(huán)管線相通。混合器安裝后，各連接處不得有竄漏現(xiàn)象。③需在發(fā)動機合適位置布置減壓調(diào)節(jié)器、電磁閥等。

圖1

5 效益評價

從試驗數(shù)據(jù)計算得知，節(jié)約率為2 3.3 5%，節(jié)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(jié)約費用2 1.3 9元，一年內(nèi)就可全部收回改造所花費的費用，投資成本回收快，經(jīng)濟上可行。

6 柴油發(fā)動機雙燃料車改造前景展望

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

（2）雙燃料改造工藝簡單，一般的二級維修企業(yè)就有實力和能力實施改造和維修。國內(nèi)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(huán)境保護，利國利民。

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