隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，石油資原短缺的形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻。與此同時(shí)，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，這嚴(yán)重地影響和制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展成為21世紀(jì)我國(guó)需要解決拘重要問(wèn)題。在環(huán)境污染中，汽車(chē)尾氣排放所造成拘污染占大氣污染的60％～70％，降低汽車(chē)尾氣排畋已成為環(huán)境保護(hù)的迫切要求。
在諸多替代能源中，天然氣兼具資源豐富、分布廣泛、燃料成本低廉和低排放等多方面的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展天然氣汽車(chē)對(duì)于合理利用能源和改善大氣環(huán)境具有非常重要的意義。目前我國(guó)的天然氣汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，但主要是對(duì)汽油車(chē)進(jìn)行改裝。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有壓縮比大、熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好、故障率低等特點(diǎn)，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的柴油化傾向越來(lái)越明顯，柴油車(chē)在整個(gè)汽車(chē)中的比例呈不斷上升趨勢(shì)。然而由于技術(shù)、政策等諸多因素的影響，柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)一直沒(méi)有得到有效推廣，成為制約燃?xì)馄?chē)發(fā)展的瓶頸，嚴(yán)重影響燃?xì)馄?chē)的發(fā)展。
柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，可以有效地解決柴油車(chē)燒天然氣的技術(shù)難題，打破柴油車(chē)燒天然氣的技術(shù)瓶頸，拓寬天然氣的應(yīng)用渠道，有效緩解我國(guó)石油緊張的局面，并可顯著改善大氣環(huán)境。
③ 采用柴油引燃，點(diǎn)火能量高，著火穩(wěn)定，避免失火，并提高甲烷相對(duì)較慢的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋?/DIV>
④ 由于柴油引燃比火花塞點(diǎn)燃的能量大得多，對(duì)點(diǎn)火正時(shí)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(duì)稀燃很有利，可實(shí)現(xiàn)較稀薄燃燒；
⑤ 可極大地降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的煙氣排放，降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒物排放；
⑥ 對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的改動(dòng)很小；
⑦ 既可在柴油一天然氣雙燃料狀態(tài)下運(yùn)行，又可在純柴油狀態(tài)下運(yùn)行，在加氣站不很普及的情況下，是一個(gè)比較理想的選擇。
柴油一CNG雙燃料汽車(chē)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(dòng)機(jī)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(chē)的連續(xù)行駛里程就比較長(zhǎng)(可達(dá)400 km)。世界各國(guó)在發(fā)展天然氣汽車(chē)的過(guò)程中都碰到了柴油車(chē)改裝這一難題，多年來(lái)全球的天然氣汽車(chē)行業(yè)一直在探索和尋求理想的柴油車(chē)改裝技術(shù)，但直到現(xiàn)在還沒(méi)有取得非常成功的例子。近年來(lái)，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家將開(kāi)發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向原裝天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，我國(guó)及其他一些發(fā)展中國(guó)家仍在研究和探索對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝技術(shù)。
2．2 改裝方式
① 改裝成天然氣單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)
此種改裝方式實(shí)際上是將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)改為電火花點(diǎn)火式的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，去掉柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)，增加天然氣供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)。此種改裝方式改裝難度大，技術(shù)要求高，發(fā)動(dòng)機(jī)缸套與活塞的配合間隙、配氣相位也要相應(yīng)改變，改裝成本較高；并且是不可逆的，一旦改裝，很難再恢復(fù)原狀。
國(guó)內(nèi)有些單位在這方面曾有過(guò)大膽嘗試。他們的目的是把柴油車(chē)改裝成單一燃料天然氣汽車(chē)，把幾十輛柴油客車(chē)改裝成天然氣汽車(chē)，因大量出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，或轉(zhuǎn)而改裝成柴油一天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。
② 改裝成柴油一天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)
柴油一天然氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)改裝方式是保留柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)內(nèi)外柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)主要有3種供氣方式。
a．機(jī)械控制混合器供氣。這種供氣方式應(yīng)用較早，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；缺點(diǎn)是空燃比尊剖不準(zhǔn)確，替代率低。此種方式在國(guó)外已經(jīng)不采用，在國(guó)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(lái)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(dòng)機(jī)的排放。
c．電子控制氣缸直接噴射。這種方式可以嚴(yán)格地控制燃料噴射量，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)供氣和定量供氣，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷更準(zhǔn)確地控制空燃比，可以取得良好的動(dòng)力性及排放性能。但造價(jià)很高，國(guó)內(nèi)目前還處于初期研發(fā)階段。
3 研究概述
在充分調(diào)研柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，認(rèn)真分析雙燃料汽車(chē)存在的問(wèn)題和需要解決的技術(shù)難題，根據(jù)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及安全性等要求，確定項(xiàng)目的技術(shù)方案，然后對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)上，對(duì)柴油一CNG雙燃料電控系統(tǒng)和混合器等核心部件進(jìn)行了自主研發(fā)，對(duì)減壓系統(tǒng)以及傳感器等通用部件進(jìn)行優(yōu)化選型、訂購(gòu)，對(duì)特殊部件和安裝支架等進(jìn)行設(shè)計(jì)和外協(xié)加工。通過(guò)大量的試驗(yàn)、研究，開(kāi)發(fā)出簡(jiǎn)單實(shí)用、安全可靠的柴油一天然氣電控雙燃料汽車(chē)技術(shù)。
柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)以原柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，在保留原發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)。該車(chē)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(kāi)關(guān)控制。
① 柴油一CNG雙燃料汽車(chē)系統(tǒng)構(gòu)成 柴油一CNG雙燃料汽車(chē)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(dòng)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(lái)控制雙燃料工作狀態(tài)下的引燃油量，它主要由油門(mén)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(chē)系統(tǒng)構(gòu)成柴油一LNG雙燃料汽車(chē)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(chǔ)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(dòng)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(chē)系統(tǒng)相同。
③ 柴油一CNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理柴油一CNC雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在起動(dòng)和怠速工況下均以柴油為燃料。當(dāng)ECU感受到發(fā)動(dòng)機(jī)的加載信號(hào)時(shí)，ECU根據(jù)傳感器傳人的發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置、轉(zhuǎn)速等信號(hào)，由控制軟件進(jìn)行模擬分析和對(duì)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(guò)天然氣一空氣混合器與空氣混合，進(jìn)入氣缸。
4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
4．1 主要技術(shù)指標(biāo)
① 改造后，動(dòng)力性不降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率和****扭矩與原柴油車(chē)相當(dāng)；
② 天然氣的最高替代率為80％：
③ 汽車(chē)行駛速度大于50 km／h時(shí)，天然氣平均替代率為60％～70％：
④ 按熱量計(jì)算，汽車(chē)的雙燃料消耗總量不大于原車(chē)柴油消耗量：
⑤ 汽車(chē)排放達(dá)到環(huán)保要求；
⑥ 原車(chē)的操作性能和安全性能不受影響。
4．2經(jīng)濟(jì)方面
改裝1輛柴油一CNG雙燃料槽車(chē)，改裝費(fèi)用約2×104元。若該車(chē)耗柴油(以下均指0號(hào)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(jià)為2.5元m3，柴油的單價(jià)為6形L，則改裝后槽車(chē)可節(jié)約燃料成本：253.5 元／(輛·d)。以每輛車(chē)每年運(yùn)行360 d計(jì)算，則可節(jié)約燃料費(fèi)：91 260形(輛．a(chǎn))，不到3個(gè)月即可收回改裝成本。
4．3 實(shí)際案例
柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后，我們對(duì)1輛槽車(chē)進(jìn)行了柴油一LNG雙燃料汽車(chē)改裝，并進(jìn)行了多次空載和重載路試運(yùn)行。
① 某次路試試驗(yàn)報(bào)告
行駛里程為1 050 km，按原車(chē)油耗定額應(yīng)耗柴油量為483 L；在雙燃料狀態(tài)下，實(shí)際耗柴油量為158 L，天然氣對(duì)柴油的替代率為67.3％。車(chē)輛在柴油一LNG雙燃料狀態(tài)下路試，在整個(gè)行駛過(guò)程中，車(chē)輛的動(dòng)力性與改裝前相當(dāng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度為60～80℃，發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常。
② 路試經(jīng)濟(jì)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(jià)為2.0形m’，柴油的單價(jià)為6形L。該車(chē)在改裝前應(yīng)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(shí)際運(yùn)行表明，該槽車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都很理想，天然氣對(duì)柴油的平均替代率在65％左右，用戶(hù)對(duì)此非常滿(mǎn)意。此外，我們還在各地改裝逾20輛槽車(chē)和大客車(chē)，改裝效果良好，給用戶(hù)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
5 結(jié)語(yǔ)
柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，解決了柴油車(chē)燒天然氣的技術(shù)難題，拓寬了天然氣的應(yīng)用渠道，對(duì)調(diào)整我國(guó)汽車(chē)燃料結(jié)構(gòu)，有效緩解我國(guó)石油緊張的局面，改善大氣環(huán)境具有重要意義，柴油一天然氣雙燃料汽車(chē)具有廣闊的市場(chǎng)前景。
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