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1、鲁德车辆燃气设备公司柴油内燃机改用天然气双燃料电喷技术,2010 山东济南,鲁德公司第三代柴油内燃机改用天然气电喷控制系统简介,为何采用天然气作为汽车燃料,环保方面-天然气为清洁燃料；经济方面-天然气价格便宜；燃料结构-中国缺油多气。,汽车排放对北京大气环境的污染,汽车排放所占比例%,大气主要污染物,清华大学和北京环保局提供,我国汽车及能源状况,1990年代以来，我国汽车工业年均增长12.7%；从1994年起，我国从石油出口国变为进口国；2000年进口石油7000万吨，支付外汇250亿美元；进口石油量已超过总需求量的30%。,我国石油产量与缺口现状及预测,亿吨,我国汽车燃气化现状,25个城市正
2、在推进示范工程；已建成加气站500余座；已改造车辆约50万辆,车 辆 燃 气 化 分 布,98%,汽油车,2%,柴油车,为什么柴油车燃气化进展缓慢,柴油机为压燃式而天然气 为非压燃燃料，所以天然气不能直接取代柴油；柴油机型号繁多，结构差异较大，改造困难；目前国内所采用的系统大多较为落后，改装效果不明显。,2 柴油内燃机燃气设备技术,柴油内燃机双燃料改造方案,CNG单燃料发动机,双燃料发动机,柴油机,柴油机改为CNG单燃料发动机技术方案,去掉燃油系统；换为火花塞高压点火系统；降低发动机压缩比；增加燃气系统；工作原理与汽油机相同。,天然气燃料电控喷射系统,CNG单燃料发动机为什么要降压缩比,目前的
3、火花塞点火系统效率很低，只能在压缩比大约为12：1和LAMBDA为1.6下工作，而柴油机的压缩比大多在18：1以上。为了使点火系统正常工作，必须降低发动机压缩比。因此，火花点火发动机集中在低压缩温度和低LAMBDA条件下工作。,卡车柴油和纯天然气发动机功率比较,柴油机改为双燃料发动机技术方案,在燃油系统上加装限油装置；增加燃气系统；柴油仅用于点火(10 20%)。,双燃料发动机的燃烧过程,天然气发动机的压缩比,对于双燃料发动机，既没必要也没期望将发动机的压缩比降低到低于柴油机的的压缩比。由于预混合的燃气和空气的压缩温度总是保持在自燃温度之下，因此不存在爆震问题。空气和甲烷的在LAMBDA为2时
4、的自燃温度大约为1000K，由于峰值压力总是维持在70倍进气压力之下，因此，燃气和空气的混合气不会出现自燃，也不存在后期的燃气自燃而产生爆震问题。目前的火花塞点火系统效率很低，只能在压缩比大约为12：1和LAMBDA为1。6下工作，因此，火花点火发动机集中在低压缩温度和低LAMBDA条件下工作。,压缩比对爆震和效率的影响,注：爆震在温度为1000K以上发生。,双燃料系统的种类,机械式双燃料系统；电控单点喷射双燃料系统；电控多点喷射双燃料系统。,天然气发动机性能,过量空气系数,各种燃烧过程发动机的热效率,天然气发动机燃料消耗与柴油机比较,天然气发动机动力 效率与柴油机比较,目前国内柴油天然气双燃
5、料发动机现状,目前国内柴油天然气双燃料发动机已有2000台左右，采用的系统大都 为机械混合式系统。,混合式天然气燃料供给系统,空气滤清器,发 动 机,混合式天然气燃料供给系统的问题,混合器为负压吸入层流混合,天然气计量不精确，空气与燃气混合不充分,燃烧效率低;由于调节系统为机械式，无法在所有工况状态下进行优化，天然气替代率不高，燃料利用率较低，排放较差。,解 决 途 径,采用天然气电子喷射技术；采用微电子控制技术；采用空燃比控制技术；采用后处理催化技术。,空 燃 比 控 制 方 法,降低进气道压力减少进气量；采用断缸喷气提高喷气缸的燃气浓度。,空 燃 比 控 制 方 法,柴油-天然气双燃料电喷
6、发动机,柴油机柴油-天然气双燃料电控喷射系统,天然气高马赫数喷射方法,燃气喷射阀与发动机进气系统的匹配图,双燃料发动机天然气替代率,%负 载（1100 RPM，1800 RPM）,%天然气替代率,单燃料发动机的优缺点,优 点：排放较低；运行经济。,缺 点需重新设计发动机，费用较高；功率下降；热效率较低；需对火花塞进行维护。,双燃料发动机的优缺点,优 点：对原机基本不做改动；功率与原机相同；热效率较高成本较低,缺 点运行经济性不显著；需两种燃料箱。,3 鲁德柴油-天然气双燃料电喷系统,开发柴油天然气双燃料电喷系统的指导思想,采用先进技术；应与国内技术对接；系统构成尽可能国产化。,柴油-天然气双燃
7、料电控喷射系统,1、天然气供给及计量子系统2、引燃柴油的控制部件3、发动机工况传感器,4、中央电控单元ECU 天然气喷射控制 喷油量的控制 安全保护,系 统 简 介,柴油天然气双燃料电喷系统是将单一的柴油发动机转化为双燃料发动机的控制系统。通过加装该系统使柴油机使用柴油与天然气两种燃料共同燃烧，其中使用的柴油用于引燃压缩状态下天然气并进行部件润滑剂，其余60的柴油由天然气替代。,电喷系统用天然气减压阀,输入压力：1.7224.8MPa；输出压力：0.451.225MPa流量：0125lb/hr最大压力变化：69kPa温度范围：-40C125C,电控系统所用传感器,系统的核心技术及创新性,柴油泵
8、柴油微量控制采用步进电机电控技术；天然气流量采用数字阀并联组合控制技术；天然气供给采用正压喷射技术。,4 柴油天然气双燃料电喷发动机试 验 报 告,柴油-天然气双燃料电控系统特点,该系统适合于直列泵柴油机；天然气燃料采用高马赫数喷射，使空气与燃料充分混合；引燃燃油可精确控制,使燃烧更充分，排放更干净;天然气燃料的使用率可达到80%以上;发动机功率，驾驶性与原机相同。,5 双燃料对发动机寿命的影响 CAT 3174B双燃料发动机1000小时耐久性试验,双燃料发动机1000小时耐久性试验性能数据,发动机机油分析烟尘吸收率,发动机工作时间（H）,A%,发动机机油分析铁含量,发动机工作时间（H）,Fe
9、(PPM),发动机机油分析TBN,发动机工作时间（H）,TBN,双燃料对发动机寿命的影响,延长发动机寿命，增大发动机保养间隔时间，降低更换机油费用。,6 市场预测及经济效益分析,柴油天然气双燃料系统潜在市 场,柴油-天然气双燃料系统的用途,运输车辆公交车辆发电机组运输船舶.,斯太尔LNG拖车实施柴油/LNG双燃料效益测算,拖车营运率取80%，全年有292天营运;平均每天运行400公里,一年运行116800公里;斯太尔LNG拖车每百公里油耗为45L,柴油单价为7.3元/L,一年全柴油模式燃料费用为：(116800/100)*45*7.3=383688元;市场天然气高价4元/方，低价1.9元/方，按本地价2.1元/方、天然气替代率按60%计算,双燃料模式每年节约燃料费用为(116800/100)*45*7.3*0.4+(116800/100)*45*2.1*0.6=219700.8元.383688元-219700.8元=163987.2元单程双燃料模式比全柴油模式燃料费用节约163987元,节约率为42.7%;,总 结鲁德公司柴油-天然气双燃料电控系统特点,该系统适合于直列泵柴油机；天然气燃料采用正压喷射，使空气与燃料充分混合；引燃燃油可精确控制,使燃烧更充分，排放更干净;天然气燃料的替代率可达到60%以上;发动机功率，驾驶性与原机相同。,
