天然氣、柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的可行性分析報(bào)告

天然氣、柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的可行性分析報(bào)告密級：XX工程研究院汶川大地震時(shí)，四川大批量使用的天然氣汽車由于燃料供給鏈臨時(shí)斷裂，導(dǎo)致交通癱瘓，單燃料汽車無法應(yīng)對突發(fā)事件導(dǎo)致的燃料供給問題。為解決這一問題，市場對雙燃料〔天然氣/柴油〕汽車有一定的期待。廣東、四川等地為了緩解能源壓力，希望推廣使用天然氣車，但目前天然氣汽車?yán)m(xù)航里程太短，無法滿足長途客車的要求，為此，希望XX開發(fā)一款天然氣/柴油雙燃料車，既能實(shí)現(xiàn)天然氣/柴油雙燃料使用，又能單獨(dú)使用柴油。課題背景優(yōu)點(diǎn)：柴油機(jī)的壓縮比高，而天然氣的辛烷值也很高，這樣可充分利用天然氣良好的抗爆性能。利用柴油引燃，點(diǎn)火能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火花點(diǎn)火時(shí)的能量，從而有利于保證著火穩(wěn)定，并加快甲烷相對較慢的火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高燃料?jīng)濟(jì)性。同時(shí)，由于點(diǎn)火能量大，引燃點(diǎn)多，天然氣能夠在較寬的空燃比范圍內(nèi)燃燒，對稀燃有利。使用柴油和天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)的車輛，連續(xù)行駛里程較長，并且在天然氣缺乏的情況下，可單獨(dú)使用柴油。雙燃料〔柴油/天然氣〕發(fā)動機(jī)特點(diǎn)缺點(diǎn)：相對柴油機(jī)來說，需要增加一套天然氣控制系統(tǒng)，控制復(fù)雜，本錢較高；由于需要兼顧兩種燃料控制模式，經(jīng)濟(jì)性無法到達(dá)最優(yōu)；目前世界上沒有非常成熟的雙燃料控制系統(tǒng)選擇，工程風(fēng)險(xiǎn)比較大；雙燃料〔柴油/天然氣〕發(fā)動機(jī)特點(diǎn)隱患：開發(fā)一款既能實(shí)現(xiàn)天然氣/柴油雙燃料使用，又能單獨(dú)使用柴油的發(fā)動機(jī)，為保證單獨(dú)使用柴油時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和動力性，要求發(fā)動機(jī)在原柴油機(jī)根底上燃燒系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)不能做任何更改。壓縮比、進(jìn)排氣相位完全保持原發(fā)動機(jī)狀態(tài)，但對于天然氣/柴油混燃來說，存在三個(gè)比較大的隱患：爆振：高壓縮比導(dǎo)致爆振傾向增加，平安性比較差；回火：柴油機(jī)氣門重疊角大導(dǎo)致回火傾向嚴(yán)重、同時(shí)掃氣嚴(yán)重導(dǎo)致排放、經(jīng)濟(jì)性差；失火：由于柴油機(jī)沒有電子節(jié)氣門，目前柴油機(jī)在局部負(fù)荷下，空燃比是很大的，由于天然氣混合氣有稀燃極限和失火極限的限制，雖然在柴油引燃情況下，點(diǎn)火能量高，稀燃極限有所拓寬，但在發(fā)動機(jī)中低負(fù)荷，空燃比依然超出失火極限。雙燃料〔柴油/天然氣〕發(fā)動機(jī)特點(diǎn)

雙燃料〔柴油/天然氣〕燃燒分析通過試驗(yàn)研究說明，中間區(qū)域空氣量相對適中，允許的天然氣替代率最高，能到達(dá)90％，從該區(qū)域向外，天然氣替代率逐漸降低由于爆振限制，外特性工況下，天然氣替代率最高只能到達(dá)60％左右，如果進(jìn)一步提高，空燃比減少，燃料綜合辛烷值降低，將會導(dǎo)致爆振。由于沒有節(jié)氣門限制，局部負(fù)荷的空氣流量太大，導(dǎo)致空燃比太大，即使柴油引燃，點(diǎn)火能量比較大，混合氣點(diǎn)不著，導(dǎo)致CH4、CO排放太高，并且經(jīng)濟(jì)性比較差怠速時(shí)如果添加天然氣，空燃比太大，將會導(dǎo)致燃燒極不穩(wěn)定，失火很嚴(yán)重由于沒有空氣流量控制，要實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制，只能調(diào)整天然氣和柴油量，從而可能導(dǎo)致空燃比過大，為保證燃燒穩(wěn)定，只能增加柴油量，減少天然氣量，從而導(dǎo)致替代率下降解決局部負(fù)荷失火問題的方法有兩種：1、采用電子節(jié)氣門2、局部負(fù)荷使用柴油方案一：機(jī)械式油泵+機(jī)械式燃?xì)夤┙o系統(tǒng)各種雙燃料發(fā)動機(jī)方案的比照噴油泵人工轉(zhuǎn)換天然氣罐減壓器混合器進(jìn)氣排氣系統(tǒng)方案特點(diǎn)：與XX早期開發(fā)的雙燃料發(fā)動機(jī)類似，完全保存柴油機(jī)各零部件，通過機(jī)械切換裝置改變油泵的噴油量，增加一套純機(jī)械燃?xì)夤┙o裝置；系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：對發(fā)動機(jī)改動極小，本錢低廉；系統(tǒng)缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)燃?xì)夂陀土康木_控制，不能靈活控制天然氣流量和柴油引燃量，爆振、失火、回火傾向嚴(yán)重，發(fā)動機(jī)可靠性、排放極差。方案系統(tǒng)分析摻燒比列：為防止爆振和失火，天然氣平均摻燒比例為20~30%系統(tǒng)本錢：本錢約8000元小結(jié)：發(fā)動機(jī)本錢增加，由于摻燒比例低，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。發(fā)動機(jī)排放水平較難到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求，能否順利上排放公告等都存在風(fēng)險(xiǎn)，并且發(fā)動機(jī)存在爆振、失火、回火等隱患，建議不采用。方案系統(tǒng)分析方案二〔機(jī)械式油泵＋電控燃?xì)夤┙o〕各種雙燃料發(fā)動機(jī)方案的比照中冷后空氣混合器氣罐減壓器步進(jìn)電機(jī)燃?xì)饪刂七M(jìn)氣壓力和溫度控制指令油門位置傳感器發(fā)動機(jī)水溫發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速噴油泵人工或電控轉(zhuǎn)換系統(tǒng)方案特點(diǎn)：該系統(tǒng)是在方案一根底上增加燃?xì)怆娍匮b置，增加燃?xì)饪刂凭龋唧w方案如下：完全保存柴油機(jī)各零部件，通過機(jī)械切換裝置改變油泵的噴油量〔整理偏置〕增壓一套電控燃?xì)夤┙o系統(tǒng)；系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：對發(fā)動機(jī)改動極小，本錢較低；系統(tǒng)缺點(diǎn)：油量控制精度差；摻燒比例低，局部負(fù)荷無法摻燒〔失火〕，中高轉(zhuǎn)速可以摻燒；排放僅能到達(dá)國二。方案系統(tǒng)分析摻燒比列：由于局部負(fù)荷不能摻燒，并且在允許摻燒比例較高工況區(qū)域，由于柴油量無法靈活控制，整體摻燒比例較低，特別針對城市公交，摻燒比例非常低，沒有經(jīng)濟(jì)效益。小結(jié)：該方案由于僅對油量控制整體偏置，局部負(fù)荷可以采用純柴油控制，以防止失火問題。中高負(fù)荷加天然氣摻燒，系統(tǒng)本錢低，但同時(shí)摻燒比例也低。可以考慮在卡車上使用。方案系統(tǒng)分析方案三〔電控控油機(jī)構(gòu)＋電控燃?xì)夤┙o〕各種雙燃料發(fā)動機(jī)方案的比照系統(tǒng)方案特點(diǎn)：采用機(jī)械油泵柴油機(jī)作為根底機(jī)型；通過步進(jìn)電機(jī)帶動油門的齒條來控制柴油供給量，油泵不做調(diào)整，保存原來的調(diào)速器；在高壓減壓器之后采用步進(jìn)電機(jī)來控制天然氣供給量；中冷后進(jìn)氣管處使用混合器來使天然氣和空氣充分混合；控制器采用自行研發(fā)的控制器或采購適宜的控制器。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：本錢低，控制自由度增加。系統(tǒng)缺點(diǎn)：控制精度差，為防止局部負(fù)荷失火問題，摻燒比例低。方案系統(tǒng)分析摻燒比列：40%-60%〔不同的發(fā)動機(jī)摻燒比例不同，大缸徑發(fā)動機(jī)摻燒比列小些〕系統(tǒng)本錢：市場上目前系統(tǒng)售價(jià)1.8萬元左右/套。成熟供給商：深圳華江科技國內(nèi)使用情況：目前主要用于西部改裝市場〔四川、新疆、山西〕主要改裝客運(yùn)和貨運(yùn)柴油車輛。局部整車廠在進(jìn)行改裝使用，如陜西重汽、重慶恒通等。發(fā)動機(jī)廠主要是濰柴培新公司匹配該系統(tǒng)出口伊朗。開發(fā)周期：1年方案系統(tǒng)分析方案四〔電控機(jī)械泵+多點(diǎn)噴射〕各種雙燃料發(fā)動機(jī)方案的比照系統(tǒng)方案特點(diǎn)：采用電控裝置控制機(jī)械泵齒條位置，從而控制燃油量；燃?xì)獠捎枚帱c(diǎn)噴射方案，從而可以實(shí)現(xiàn)燃料靈活控制；局部負(fù)荷可以采用順序斷缸的方法，從而可以防止局部負(fù)荷空燃比過稀的問題，從而到達(dá)比較好的排放。全負(fù)荷減少天然氣量、加大柴油量防止爆振。系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：中低負(fù)荷工況可以提高摻燒比例，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)燃燒，并且排放低，經(jīng)濟(jì)性好。燃?xì)饪刂撇捎枚帱c(diǎn)噴射，控制精度高。系統(tǒng)缺點(diǎn)：多點(diǎn)噴射系統(tǒng)本錢相對較高；控制策略復(fù)雜。方案系統(tǒng)分析摻燒比列：50%-80%〔不同的發(fā)動機(jī)摻燒比例不同，大缸徑發(fā)動機(jī)摻燒比列小些〕開發(fā)周期：2年方案系統(tǒng)分析方案五〔燃?xì)猓裼透變?nèi)高壓直噴〕各種雙燃料發(fā)動機(jī)方案的比照系統(tǒng)方案特點(diǎn)：采用高壓共軌柴油機(jī)作為根底機(jī)型；天然氣采用共軌管儲壓；噴嘴能適用于柴油噴射和天然氣噴射；壓縮終點(diǎn)噴入柴油、然后直接將天然氣直接噴入缸內(nèi)；系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：燃料控制精度較好、經(jīng)濟(jì)性和排放較好。