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1、双燃料发动机的技术分析双燃料发动机的技术分 双燃料发动机的技术分析 的技术摘要：简要介绍了气体燃料发动机的主要特点是缓解能源危机和降低 摘要 有害物排放，按使用燃料的特点可分为单一燃料、两用燃料和双燃料 发动机，双燃料发动机是气体燃料使用的主要方式。综述了国内外双 燃料发动机技术的研究进展和现状。目前国内外天然气-柴油双燃料 发动机的研究开发状况及其技术特点， 双燃料发动机已成为目前柴油 机燃用清洁气体燃料以使发动机燃油经济性、 排放和噪声得到改善的 技术方案之一。通过对天然气品质、天然气对柴油的替代率、热效率 及排放等问题的分析和探讨， 提出了双燃料发动机进一步发展的方向 和建议。天然气-柴
2、油双燃料发动机由于其良好的排放性、动力性、 经济性，而成为目前研究的热点。综述了天然气-柴油双燃料发动机 在国内外的研究与开发现状， 重点介绍了天然气柴油双燃料发动机天 然气供给形式及特点，LPG-柴油双燃料发动机的技术解析。分析了天 然气-柴油双燃料发动机目前研究所存在的关键技术问题和发展前 景。当前一种顺序喷射、稀燃、全电控天然气-柴油双燃料发动机已 经被开发出来，电控喷气技术、微喷技术、稀薄燃烧技术乃是天然气 -柴油双燃料发动机关键技术问题。综述了甲醇-柴油燃料的发展概 况，介绍了甲醇-柴油的乳化和节能环保机理，以及近年来燃料配方 的研究进展，其中微乳化甲醇-柴油与普通柴油相比，具有燃烧
3、性能 好、能耗低、污染少等优点。并对甲醇-柴油的发展趋势进行了展望。关键词: 关键词 1 LPG-diesel dual fuel engine optimization Abstract: This article by reducing the compression ratio for a solution to the LPG diesel dual fuel engine knock at high load conditions a serious problem, focuses on the analysis of the dual fuel engine at differe
4、nt compression ratio of maximum combustion pressure.Force, the maximum rate of pressure rise, pressure and combustion heat release rate of cyclic variation, and as a basis for optimization of a dual fuel .Feed the engine compression ratio. In addition, in the optimal compression ratio of fuel igniti
5、on under a full load of different smoke emission .Discharge test. The results showed that: reduce the compression ratio, dual-fuel engine maximum combustion pressure and maximum pressure .Greatly reduce the power rate increase, while smaller changes in the pressure cycle, but the ignition delay peri
6、od, the combustion duration is .Will increase. Optimized, that when the compression ratio of 14.5, ZHll05W LPG as fuel for a diesel engine .Dual fuel oil after the heavy load conditions without serious detonation, the pressure change in relatively small circulation, and the economy is good, Thermal
7、efficiency to be significant. Another dual-fuel engine full load smoke emissions than diesel decreased significantly, and the doped .Burned than the higher, more significantly reduce the smoke. However, too much blending ratio also resulted in decreased dynamic. optimized compression ratio smoke Key
8、 words: dual fuel engine 2 引言 我国的大气污染状况日趋严重，其中最重要的污染源之一是汽车尾气，降低 汽车尾气排放刻不容缓。在目前的技术条件及资源、经济条件下，改善汽车尾气 排放最现实有效的方法是对其进行燃气技术改造。对于用途广泛的柴油汽车，采 用双燃料技术是收效最快、费用最低的方法。在发动机技术发达国家，由于柴油 微引燃技术的出现，使得双燃料汽车的排放指标可以达到火花点火、电控喷射、 三元催化、闭环反馈单燃料燃气汽车所能达到的排放水平，而同时保持其在动力 性、 经济性、 可靠性、 灵活性方面的优势， 是一种理想的高效低污染发动机技术。 虽然目前我国的天然气加气站还没
9、有得到普及， 但双燃料发动机具有恢复原柴油 机工作的特点，其动力性、经济性、排放性等具有潜在的优势，因而，双燃料发 动机的研究也成为国内研究的重点与热点。 为了解决由发动机排放造成的环境污 染问题和日益严峻的能源问题， 世界各国在制定各种严格的车辆排放法规来规范 汽车的生产和使用的同时，开始大力发展代用燃料汽车。由于天然气在资源、成 本、环保等方面具有优势，天然气汽车迅速发展起来，汽车改装、天然气储存及 加气站的全套技术也日趋成熟。 近年来， 我国天然气汽车研究和开发也迅速兴起。 然而由于天然气着火温度较高， 发动机在压缩过程中缸内气体温度达不到其自燃 点，因此必须依靠电火花点火，或者先喷入少
10、量柴油，柴油自燃再引燃天然气。 按照点火方式的不同， 天然气发动机可分为火花塞点火的天然气发动机和柴油引 燃的天然气发动机。柴油引燃的天然气发动机是以天然气作为主燃料，以少量柴 油来引燃；而天然气/柴油双燃料发动机是在原柴油机基础上改装的既可以燃用 天然气（以少量柴油引燃）又可以用柴油作为单一燃料的一种发动机（以下简称 双燃料发动机)。目前，双燃料发动机因其具有使用燃料灵活、碳烟排放少、发 动机改动小、改动成本低等特点而具有良好的推广前景。 3 第 1 章 绪论 大量的试验研究结果表明，柴油机可以实现双燃料工作，技术改造可行，功 率能达到原柴油机的水平，但还存在一些需要进一步完善和改进的方面。
11、 将柴油机改为双燃料发动机应该达到以下目标： 1. 发动机改动小； 2. 与原机相比，动力性保持不变或略有提高，排放指标应有大幅度的改善； 3. 具有良好的安全性和可靠性。 目前，大多数双燃料发动机的引燃油量由原来的机械式喷油泵控制，只增加 一套供气系统，而不必对柴油机做很大的改动就可实现双燃料运行。怠速工况一 般在柴油单燃料状态运行，中小负荷工况天然气替代柴油的比例较小，而在高负 荷工况天然气在所消耗的燃料总量中可达到较大比例。 乌克兰科学院天然气研究所和基辅汽车公路研究所研制的双燃料汽车采用 由柴油机改装成的双燃料发动机。天然气与柴油采用联动控制机构。试验表明天 然气替代了 45%的柴油。
12、 新西兰 T.F.S.公司及荷兰 TNO 公司开发的双燃料发动机引燃油量的调节采 用电控油泵齿条方法,而 KAMAZ 采用机械控制加电磁铁限位。国内一般是对齿 条作有级限位。 为了提高双燃料发动机天然气替代柴油的比例!有的柴油机在原有的输油管 路与喷油器之间增加一小型高压油泵（点火油泵）控制点火用的少量柴油，可大 大提高控制精度，点火油量可减少至柴油运行时全负荷喷油量的 1%。点火油泵 和主喷油泵的进油口连接在同一输油管路上， 两油泵的出油口分别与喷油器的两 个进油口相连，喷油器两个进油口内部均设有单向阀，防止由主喷油泵和点火油 泵供入喷油器的高压燃油倒流。双燃料运行状态下，气体燃料的导入量决
13、定了发 动机的功率大小，而工作于纯柴油运行方式时，发动机的功率大小由主喷油泵的 喷油量决定。 美国 Clean Air Partner 公司与加拿大阿尔伯达州卡尔加里市代用燃料系统 (AFS)公司联营,共同开发出多点喷射的双燃料控制系统,并应用在 10.3 卡特彼勒 3176B 重型发动机上。 在发动机压缩比不变的情况下， 两种燃料均采用电子控制， 4 燃用的天然气可达燃料总量的 60%90%， 发动机根据需要能转换为 100%燃用柴 油。 美国 BKM 公司研制了具有先进水平的微引燃双燃料系统,用接近 1%的引燃 柴油为天然气发动机提供所需要的点火能量。 这一系统的核心是采用电控液压泵 喷嘴
14、控制点火油量及天然气多点电子控制顺序喷射装置和专用的计算机软件。 这 一系统为降低小负荷时的未燃 HC 排放及提高天然气替代柴油的百分率,采用了 断缸、增压空气旁路、废气再循环及优化引燃油的喷射正时等措施，从而在所有 工况范围内使天然气在所消耗的燃料总量中超过了 95%。DDC6V-92TV 增压双 燃料发动机采用柴油天然气电子泵喷嘴。天然气喷射压力在 14MPa 以上。电子 泵喷嘴对燃料的调节和控制更为精确。 5 第 2 章 双燃料发动机技术研究现状 近年来的研究热点是双燃料发动机的燃烧特性及排放特性、燃烧模型、稀燃 技术、增压中冷技术、油气电子调节与控制、控制排放的缸内燃烧技术、机外催 化
15、技术和废气再循环技术等。Shui 等人提出了双燃料发动机爆震的简化反应机 理，Tetsuya 和 Said 等人对天然气一柴油双燃料发动机的爆震极限和爆震机理进 行了研究；Mohamed 对柴油机和双燃料发动机的燃烧噪声进行了对比研究，在 相同运行参数下双燃料发动机的燃烧噪声低于原机；David 等人研究了天然气一 柴油双燃料发动机催化转化技术；Takuji、Yusaf 和 Naris 等人通过试验研究了天 然气一柴油双燃料发动机的性能和排放特性， 探讨了不同运行参数对双燃料发动 机性能的影响，Naris 等人。列还对增压式双燃料发动机的燃烧特性进行了试验 研究；Mohanan 和 Sudhi
16、rd。等人探讨了气体燃料入口温度、引燃油量替代率、 喷 油 提 前 角 等 参 数 对 LPG- 柴 油 双 燃 料 发 动 机 燃 烧 及 排 放 特 性 的 影 响 ， Papagiannakis 等人。 对直喷式双燃料发动机的燃烧和污染物形成机理进行了试验 和理论研究；AbdAlia、Gamal 和 Tomita 等人通过试验和利用数学模型研究了废 气再循环双燃料发动机中各工况废气再循环率对动力性及排放性能的影响， Tomita 还提出了将废气再循环和增大喷油提前角相结合的方法；Stan91maier 等人利用 HCCI 技术，降低了双燃料发动机中低负荷工况的排放并改善了经济 性，Bengtsson 等人利用燃烧反应区的离子电流反馈信号对采用 HCCI 技术的双 燃料发动机的燃烧控制进行了研究。 国内在双燃料发动机技术领域也进行了大量的研究。 吉林大学通过试验分析 了柴油和天然气的复合燃烧特性和规律，指出了天然气-柴油双燃料燃烧的主要 特征和存在的主要问题。 清华大学通过试验着重研究了引燃柴油供给系统参数对柴油-天然气双燃料 发动机燃烧特性的影响。 天津大学利用开发的
