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1、柴 油 发 动 机 改 装 成单 燃 料 天 然 气 发 动 机方案及相关资料一、 改造总体技术概述 燃油喷射系统的替代示意图 电子控制系统位示图 电子点火、供气系统示意图1、总体技术方案：通过对原柴油机进行加装燃气点火系统，拆除原柴油机的供油系统，改变原汽缸压缩比以适应燃气发动机的需要，加装燃气发动机专用点火电脑板，加装燃气供给控制的闭环电脑板，加装燃气供气和减压装置等，最后实现将柴油发动机改装成为天然气发动机。改装后的发动机将能够完全燃用天然气，油气替代率为100%。具体改装方案如下：a、通过对活塞燃烧室的加工，适当降低压缩比，以避免发生爆震和机械负荷过高。b、加装点火系统，增加点火线圈、
2、火花塞以及点火控制系统。c、改造供给系统，增配节气门、减压阀、气瓶等天然气燃烧系统。d、对于原车的配气相位进行优化调整。e、加强气门组件的强度和防漏油措施。f、改进进气门和气门座等部件材质硬度。g、对于增压发动机改造过程中增压比的重新优化，从而克服由于排气温度提高时对涡轮寿命的影响。2、项目所依据的技术原理a、汽油发动机为火花塞点燃混合气，且压缩比为78；柴油发动机由于燃点温度低，可以直接压缩燃烧，且压缩比为1518。b、天然气发动机必须用火花塞点燃空气和天然气的混合气，且压缩比根据不同发动机选择最佳压缩比。c、基于以上各种燃料的燃烧条件，对于柴油发动机改装成单燃料发动机，我们将增加点火线圈和
3、火花塞，加装信号系统和闭环点火控制系统，利用国内成熟的天然气减压调节系统和供气系统，并与空气混合形成可燃混合气进行燃烧，提供动力。3、主要技术与性能指标：a、火花塞：10、12、14高能量火花塞。b、排放标准：达欧洲II号标准。c、动力性：由于柴油、汽油和天然气本身的燃烧值不同，天然气的燃烧值要低于柴油，因此理论上油改气后的发动机动力略有不同程度的下降，而依照我公司的改装方案改装后的天然气发动机的动力，据反映在实际使用中基本与改装前保持一致。d、经济性：按目前实行的油、气价(柴油价6.28元/升，天然气2.70元/升)改装后节约率在40%50%，有较好经济性。e、温度：经过技术处理，一般不超过
4、原车温度。f、项目执行的质量标准类型、标准名称由于在用柴油机改为天然气发动机的技术目前在我国内尚属首创，因此国内并无相应的质量标准类型。我公司的这项技术只能参照国家汽油机和柴油机质量标准、以及汽油机改天然气双燃料发动机标准，制订我公司该项技术及产品的技术指标。我公司的技术和产品所参照的有关质量标准为： (1)汽车用压缩天然气(SY/T 7546-1996) (2)压缩天然气汽车专用装置和安装要求(QC/T 245- 1998) (3)压缩天然气汽车定型实验规程(QC/T257- 1998) (4)汽车发动机性能试验方法(GB/T 18297 -2001) (5)燃气汽车改装技术要求 压缩天然气
5、汽车 (GB/T18437.1-2001)二、项目创新内容A、理论创新：将在用车的柴油发动机改装成天然气发动机不仅实现了节能和环保，而且是一种天然气汽车改装理论的创新。我们通过增加活塞燃烧室的面积，达到天然气发动机的最佳的燃烧压缩比，再加装专门的点火装置，即选配点火控制电脑并解决驱动问题、选配点火线圈、选定和安装火花塞、优化调整点火提前角等措施，并通过我公司设计并订做的点火控制电脑板(ECU)和天然气闭环控制的电脑板(ECU)等电器设备实现点火和天然气气量的精确控制，从而实现了将柴油发动机改装成天然气发动机的目的。B、应用创新(1)目前我国内仅有玉柴、上柴、朝柴、锡柴等大型柴油机厂和美国等公司
6、合作，开发出了少量品种的天然气发动机样品，由于售价较高，因此市场销售量很少，另有南内厂生产的低马力天然气发动机，虽然价格较低，且生产量有限，更为关键的是，这些天然气发动机一般是与整车厂合作，提供给新车使用。而不能解决大量的在用车旧柴油发动机的油改气问题。我公司的油改气技术和产品很好地添补了国内市场的这一空白，以最经济的价格，充分利用我公司多年的油改气的改车技术和经验，满足我国国内在用柴油车改成天然气车的要求。(2)普通柴油发动机、特别是旧的柴油发动机的尾气排放污染是我们城市环境污染的主要根源。而我公司的该项技术和产品因为只燃烧天然气，大大降低了发动机尾气排放污染，改装后的天然气发动机的尾气排放
7、可以轻松的达到欧II标准。(3)由于我国多数地区尚没有铺设天然气管道，这些地区的用气要靠压缩天然气运输车来运气，因此运输燃料成本很高，直接造成用气价格上涨。最近，我公司的技术和产品已应用在运输天然气的牵引车上，由于可以将牵引车上的气罐中的天然气引入发动机的供气系统，使得天然气运输牵引车燃料成本大大降低，为普及和使用较低成本的天然气创造了条件。c、技术创新在技术上，自主开发了一种特殊的信号齿轮盘，安装在原柴油机上，利用齿轮盘上齿轮个数及角度的变化，再配合传感器，组成非常简单实用的点火系统，将分电传感信号接入发动机点火电脑板，控制并提供更加精确的点火时间。该技术应用在发动机上，合理利用原车部件，不
8、产生任何磨损，工作更加可靠。另外，我们的点火系统采取独创的每缸独立点火，确保了每缸点火的准确性，保障了每缸点火的足够能量。D、工艺创新在选择火花塞安装位置及安装方式的工艺上，首创一套非常简单的加工工艺，并由此制作了特殊的专用工装夹县和工具，使火花塞安装处眼孔加工和螺纹加工一次成型，实现了这一重要改装工序的便捷性，从而大大降低了改装成本，节约了改装时间。在改变压缩比这一关键技术时，我公司经过不断的摸索，最终找到了最简单的加工工艺和方法，并制作了模具，使压缩比的改变变得非常容易。E、结构创新（1）适当地降低压缩比改燃压缩天然气(CNG)后，混合气形成采用预混合方式，虽然CNG的辛烷值很高，但原柴油
9、机的压缩比仍然太大，必须将原柴油机的压缩比适当降低到CNG的最佳燃烧压缩比。为了有效组织预混混合气的燃烧，我们修改了原柴油机燃烧室的结构形状，以改善天然气在燃烧室内的气流运动。(2)加装点火系统选配分电器，解决驱动问题，优化调整点火提前角将原柴油机的大泵接口改为齿盘信号接口，利用我公司开发的齿轮式信号器配合传感器，通过电磁感应传递点火信号。通过信号器上的齿轮数量和角度大小及传感安装的初始位置实现点火提前角度的调整。a、选配点火线圈需要选配点火能量比较高的点火线圈。b、选定和安装火花塞因为CNG的燃烧温度比较高，所以应选用高能量的火花塞。为方便起见，改装时可在原柴油机喷油嘴孔处钻孔及加工火花塞相
10、同的螺纹，将火花塞安装在该螺纹中，并调整火花塞的位置。（3）改造供给系统燃用CNG时，必须要去掉原柴油机的喷油泵，加装节气门。增加天然气供给系统，如：减压阀、混合器、步进电机等。在改装增压柴油机时还需要加装特殊的减压阀及气体压力平衡器。三、技术开发可行性实施现状a、项目实施现状我们从2006年下半年开始，在陕西、山西、湖北、四川等地陆续改装样车车辆600台，涉及各种不同车型和发动机型号，同时每年还向国内外一些改装企业提供成套装置，通过跟踪了解，改装后的车辆使用情况普遍良好，安全可靠性高，经济效益明显。实践结果证明该项改装技术是可行的。具体情况如下：1、经济性：经过部份改装车辆的跟踪调查，按目前
11、的油、气价格（柴油6.28元公升，天然气2. 7元方）计，改装后车辆燃油量的节约率一般在40-50%。2、水温：通过对发动的水箱及散热系统进行专门的技术处理后，改装后的发动机水温一般不超过改装前的水温，部份车辆甚至低于改装前的水温。3、动力性：据驾驶员普遍反映改装后的汽车在一般情况与改装前其动力性无差别，但在连续陡坡的情况下，动力略有下降（大约半档左右）。4、可靠性：我们这套装置技术先进，改装工艺并不复杂，改装过程中，发动机整体结构没有改变，由于加装火花塞的需要，只对原缸盖喷油嘴位置略作加工处理，同时，我们还更换了经过处理，实用于CNG发动机的专用活塞，因此、改装后发动机，据我们长期跟踪了解，
12、故障率均不高于改装前的柴油发动机。四、技术实现依据a、构想依据该项目通过对汽油机和柴油机压缩比及燃烧方式的比较，利用目前成熟的汽油机改装天然发动机的技术，通过改变柴油机的压缩比，并加装点火系统，信号系统、天然气供给系统从而实现柴油机向天然气发动机的改装。b、技术实现的依据（1）压缩比的改变：通过经验的积累，我们选择了天然气燃烧最佳的压缩比。 (2)通过对汽油机的研究，把汽油机的点火系统改装后加到柴油机上，并通过ECU的控制，可以达到燃烧天然气的要求。 (3)通过加装闭环ECU控制天然气供给，达到实现最佳动力和经济性的目的。c、项目技术实现主要面临的风险及应对措施由于天然气和汽油，柴油的燃烧值不
13、一样，理论上天然气发动机比汽油发动机和柴油机发动机的燃烧温度都要高。但我们通过加大水箱的散热面积等措施，同时选用高品质的机油及其它办法有效地解决了该问题。五、项目产品特性1、产品形态：我公司开发的柴油机CNG全套改装装置属于工业产品，其中也包括可以实现的技术转让和技术服务。2、产品形态描述：我公司产品不仅包括常用的汽油车改装的全套装置，如减压阀、混合气、充气阀、节气门、步进电机等常用配件，还包括我公司设计和专门订做的点火控制ECU和闭环控制ECU。以及改进燃烧室压缩比和火花塞加工等的理论知识和加工模具、加工手段和加工工艺。3、产品用途：我公司研发的柴油机改装天然气发动机全套装置主要是用于以下两方面：a、给国内大型柴油机制造厂家提供生产天然气单燃烧发动机所需的全套装置。b、将国内大量的在用柴油机改装成使用单燃料天然气的发动机。4、产品性能比较：我公司开发的柴油机改装天然气发动机金套装置目前在国内属于首创，无论是动力性、经济性在国内都处于领先地位，特别是改装后循环水温度能够控制在标准范围内，发动机的可靠性好，改装后经济效益明显。12
