——柴油-天然气混燃技术
1. 引言
2. 技术方案
3. 技术特点及优势
4. 经济性分析
5. 附录
——柴油-天然气双燃料汽车技术条件
——混燃系统安装规范
——混燃系统操作说明
1. 引言
近年来，随着石油资源的日益匮乏，生态环境持续恶化，保护坏境、实现可持续发展成为我国经济社会发展的双重任务。客车作为现代化交通运输工具，给人们的生产与生活带来便利的同时，其尾气排放对环境更是造成了极大的危害，并且随着燃油价格的不断攀升，车辆运营成本也越来越高，因此，如何减少车辆的尾气排放、降低车辆燃料成本是目前客车市场面临的重要任务。
天然气因其清洁环保，储量丰富，价格低廉，作为一种车用替代燃料正在被广泛使用。柴油-天然气混合燃烧技术即可使原柴油发动机车辆使用天然气作为燃料，其结构简单，可靠性高，价格低廉是柴油发动机车辆使用天然气作为燃料的最佳解决方案，其原理是在原柴油发动机车辆上加装一套天然气供给及电控喷射系统，将原来单一燃料的柴油发动机车辆转化为柴油、柴油-天然气混合燃烧车辆。柴油--天然气混燃电控喷射系统可实现不同工况柴油和天然气不同配比，从而保证车辆良好的动力性和经济性，还可根据当地气源情况，选择CNG或者LNG作为车辆燃料。
2. 技术方案
在原发动机基础上，增加天然气供气系统及电控喷射系统，天然气通过发动机进气道吸
入气缸内，当发动机活塞运行到压缩行程终了时，柴油喷射系统喷入少量，进而引燃天然气进行混合燃烧做功，其原理结构如图1所示。
图1 混燃发动机原理结构图
供气系统主要包括：天然气瓶、燃气滤清器、调压阀、电磁安全阀、喷气阀组、混合器等；原柴油机供油系统保持不变。
电控系统主要包括：混燃控制器、模式管理器、发动机传感器线束、喷射线束、整车线束、驾驶室线束。
根据发动机供油系统的不同，主要分为机械泵混燃系统和电控高压共轨混燃系统。
2.1. 机械泵混燃系统原理
在混燃模式下，混燃控制单元（ECU）控制通过采集发动机转速、负荷、水温等数据并进过计算，对加装在油泵上的控油器进行驱动，从而精确控制柴油的喷射量，同时ECU控制天然气喷射系统喷入天然气，使柴油和天然气合理配比在气缸内充分燃烧。其工作原理如图2所示。
图2 机械泵混燃系统原理图
2.2. 电控高压共轨混燃系统原理
混燃控制单元（ECU烧天然气的汽车）采集原机各个传感器信号（曲轴、凸轮、水温、中冷后进气温度压力、机油温度压力、轨压等），经过计算对发动机喷油器、天然气喷射装置进行驱动，喷入柴油和天然气，使柴油和天然气合理配比在气缸内充分燃烧。同时对燃气温度压力、发动机的工作模式进行实时的监控；而原机的其他部件（如高压油轨的压力、空气系统）仍由原机控制单元进行控制。其工作原理如图3所示。
发动机柴油喷射的控制权通过外部继电器进行切换，该继电器由混燃控制单元进行控制。混燃控制单元对发动机的各个参数进行实时监控，根据既定策略灵活选择是否对柴油喷射系统和燃气喷射系统的控制。在不适合使用燃气的情况下（如燃气喷射阀断路、燃气温度压力过低、水温过低等），切断燃气喷射，并将柴油的控制权归还原机控制单元。
图3 电控高压共轨混燃系统原理图
由于发动机类型的不同，两种混燃系统各有其优缺点，如表1所示。因此在柴油车改装柴油-天然气混燃时，优先考虑电控高压共轨的发动机的车型。
表1 两种混燃系统优缺点对比
优点 | 缺点 | |
机械泵混燃系统 | 1.系统简单、维护方便； 2.发动两个模式可以自由切换； | 柴油控制精度低， 替代率低 |
电控高压共轨 混燃系统 | 1.柴油喷射量、喷射定时可控 发动机效率高； 2.可以实时监控发动机的运行状况并进行故障诊断； 3.替代率高，经济性好。 4.发动两个模式可以自由切换 | 系统复杂 |
3. 技术特点及优势
（1）保留了压燃式发动机效率高、功率大的特点，多点引燃，火焰传播速度快，燃烧更充分；
（2）原发动机结构无改变；
（3）动力性、驾驶性与原机相同；
（4）实时监测发动机的运行，记载发动机工作过程；
（5）经济性高，废气排放减少；
（6）车辆可在全柴油模式和混燃模式之间自由切换，使用灵活；
（7）可根据当地的气源情况，选择压缩天然气（CNG）或液化天然气（LNG）作为车辆燃料；
（8）噪音低，延长发动机寿命。
4. 经济性分析
比较项目 | 原柴油机 | 柴油-天然气混燃系统 |
燃料种类 | 柴油 | 少量柴油+天然气 |
柴油平均替代率 | —— | 70% |
百公里耗能 | 30升 | 9升+24方 |
百公里花费 | 228.6元 | 153.8元(CNG)/176.6元(LNG) |
替代率=（纯柴油油耗-混燃油耗）/纯柴油油耗×100%
柴油价格：7.62元/升；天然气价格：3.55元/方（CNG），4.5元/方（LNG）；
百公里节省燃料费：74.8元（CNG）/52元（LNG），全年行驶10万公里，节省燃料费：7.48万元（CNG）/5.2万元（LNG）。
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