柴油汽车燃用CNG的试验研究

柴油汽车燃用CNG的试验研究
作者：李永昌文章来源：网络论文
点击数：569
更新时间：2007-5-19 17:49:28
1课题的由来
压缩天然气作为一种优质、清洁和廉价的汽车燃料，近几年来在国内外得到越来越广泛的应用。

九十年代以来，我国先后在四川、北京、大庆、新疆等地建成了30多个压缩天然气汽车充气站。

随着充气站网的逐渐形成，压缩天然气汽车便开始由试验示范阶段发展为推广应用阶段，目前正迈向巩固提高和规模经营阶段。

1.1到目前为止，国内的压缩天然气汽车均系汽油车改装的。

上述拥有充气站的地方改装的车辆又叫压缩天然气、汽油两用燃料汽车，其发动机均为汽油机改装的。

而在国外，则既有汽油车改装的，也有柴油车改装的。

1.2柴油汽车在我国客货车的年产量和保有量中所占的比例正迅速增加。

随着我国高等级公路的不断增加和车用高速柴油机制造技术水平的明显提高，以及汽车运输业对大容量大吨位车辆的需求增大，更由于柴油车本身所具备的动力性能，燃料消耗低，发动机使用寿命长等显著优点，故其购车热经久不衰，近年来更发展到3吨级的中巴和轻型货车，乃至1-2吨级汽车上去。

一汽集团最近推出的9种面向2l世纪的新车型从3吨到32吨，均为柴油车。

1.3柴油车燃用天然气具有一系列优点。

根据国外资料的翻译、整理，结合国内实际情况，我们作了较为深入的分析论证。

1.3.1除保持柴油机的全部优点外，燃料消耗费用将进一步下降。

众所周知，车用柴油机的热效率30-40％，实际上，国内同吨位的柴油车的百公里的耗油量(升)仅为汽油车的65-70％，改燃天然气后，发动机的动力性和经济性均可保持原机水平，跟汽油机改天然气相比，这显然就是一个十分突出的优点，又由于压缩天然气的价格按热值计算仅为柴油的60-65％，故柴油车改燃天然气后，其运输燃料成本必将大幅度下降。

1.3.2可显著降低柴油车的排气污染，具有重要的环保意义。

柴油车尾气排放中的氮氧化合物和碳氢化合物均为有害成份，而炭烟微粒中更含有致癌物质。

改燃天然气后，上述污染物将会大大减少。

因此，国外已有不少城市提出将天然气柴油车用为改善大气环境质量的推荐措施。

1.3.3可明显降低发动机的噪声。

天然气燃烧比柴油平缓，据国外资料介绍，柴油机改为天然气柴油双燃料机后，能使其噪声降低4-5分贝(A)。

1.3.4可延长发动机的大修间隔里程和润滑油的更换周期。

1.3.5跟汽油车改燃天然气相比，续行里程更长。

1.4柴油供给严重不足。

近年来在一些地区一度出现断档现象。

综上所述，我们认为，开展本课题的研究具有重要的经济技术价值和环保意义。

2两种改造方式
2.1以天然气为主的油气混烧方式。

柴油机的燃料供给系统保留，发动机的压缩比也不变。

以15-25％的柴油作为引燃剂，跟75-85％的天然气混烧。

其主要技术改造措施如下：
2.1.1通过发动机台架试验来确定柴油的着火剂量。

该剂量的柴油即能满足发动机在各种负荷和转速下的顺利着火并引燃天然气空气混合气的需要，又能在保证原机动力性不致下降的前提下，耗量最小。

2.1.2研制柴油着火剂量的限位控制机构。

当其柴油着火剂量的范围被确定下来后，就要考虑其限位控制及其解除限位的操作机构，以便能满足"天然气柴油"和"纯柴油"等二种工况下，对柴油供给的需要。

2.1.3研制天然气配剂装置和天然气空气混合器及其操纵机构。

有关的技术参数，如喉管直径，天然气及混合气的通道断面尺寸等均需在计算的基础上，通过仔细的试验来优选。

2.1.4安装工况转换开关及其联锁机构。

当该开关处于"天然气柴油"工况时，柴油着火剂量的限位机构和天然气供给的电磁阀要同时可靠的进人工作状态；而当转换开关处于“纯柴油”工况时，上述的限位机构应立即处于解除状态，同时关闭天然气供给电磁阀。

2.2纯燃天然气
实际上是将柴油机改为电火花点燃式的煤气机，取掉柴油机的全部燃料供给系统，新增天然气的供给系统和点火系统。

其主要技术措施如下：
2.2.1适当下降压缩比。

既要充分利用天然气的高辛烷值区这一突出优点，又要防止压缩比过高所带来的摩擦功损失增长等负作用：，将压缩比选择在一定合理的量值上，一般确定在柴油机原机压缩比跟同缸径、同排量的汽油机的压缩比二者之间的算术平均值左右较为适当。

具体作法是通过削减活塞顶部尺寸来达到。

2.2.2增设分电器及其驱动传动装置。

结构原理跟汽油机相同，只不过受柴油机结构约束，需将齿轮传动箱布置在缸体外面。

因此，布置上要求结构紧凑。

2.2.3以火花塞取代喷油嘴。

由于喷油嘴安装部位的凹坑较深，散热条件，因此需要冷型火花塞，并要采用严格的防缸外跳火措施。

2.2.4匹配稳定真空度的天然气--空气混合器。

根据发动机台架试验，确定天然气供给系统的最大工作流量和对各种工况的匹配特性，从而选配好混合器。

此外，为了增加天然气汽车零部件的通用性和装配上的统一性，对于以上两种改造方式所进行的试验样车的布置，从压缩气瓶到减压阀之间所有装置均选用本所过去所研制的汽油车改燃CNG的专用装置。

3性能试验情况
3.1"油气混燃"方式发动机台架对比试验结果。

3.1.1N6102Q柴油机的总功率试验结果对比(如表1)
表1改装前后的外特性试验结果对比表
另外，实测不同转速下的平均代油率为76％。

3.1.2Y4102柴油机的总功率试验结果对比(如表2)
表2改装前后的外特性试验结果对比表
另外，实测不同转速下的平均代油率为81.5％。

3.1.3N6102Q的废气烟度的测试结果。

表3敌装前后的自由加速烟度排放值
单位：波许
3.2纯燃天然气方式的发动机台架对比试验。

3.2.1N6102柴油机的总功率试验结果对比(如表4)
表4改装前后的外特性试验结果对比表。