2010魯德車輛燃氣設備公司柴油內燃機改用天然氣雙燃料電噴技術

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1、魯德車輛燃氣設備公司柴油內燃機改用天然氣雙燃料電噴技術,2010 山東濟南,魯德公司第三代柴油內燃機改用天然氣電噴控制系統(tǒng)簡介,為何采用天然氣作為汽車燃料,環(huán)保方面----天然氣為清潔燃料； 經濟方面----天然氣價格便宜； 燃料結構----中國缺油多氣。,,汽車排放對北京大氣環(huán)境的污染,,汽車 排放 所占 比例 %,大氣主要污染物,清華大學和北京環(huán)保局提供,我國汽車及能源狀況,1990年代以來，我國汽車工業(yè)年均增長12.7%； 從1994年起，我國從石油出口國變?yōu)檫M口國； 2000年進口石油7000萬噸，支付外匯250億美元； 進口石油量已超過總需求量的30%。,我國石油產量與缺口現狀及預測

2、,,億 噸,我國汽車燃氣化現狀,25個城市正在推進示范工程； 已建成加氣站500余座； 已改造車輛約50萬輛,車 輛 燃 氣 化 分 布,,,98%,汽油車,2%,,,柴油車,為什么柴油車燃氣化進展緩慢,柴油機為壓燃式而天然氣 為非壓燃燃料，所以天然氣不能直接取代柴油； 柴油機型號繁多，結構差異較大，改造困難； 目前國內所采用的系統(tǒng)大多較為落后，改裝效果不明顯。,2 柴油內燃機燃氣設備技術,,柴油內燃機雙燃料改造方案,CNG單燃料發(fā)動機,雙燃料發(fā)動機,,柴油機,柴油機改為CNG單燃料發(fā)動機技術方案,去掉燃油系統(tǒng)； 換為火花塞高壓點火系統(tǒng)； 降低發(fā)動機壓縮比； 增加燃氣系統(tǒng)； 工作原理與汽油機相

3、同。,天然氣燃料電控噴射系統(tǒng),CNG單燃料發(fā)動機為什么要降壓縮比,目前的火花塞點火系統(tǒng)效率很低，只能在壓縮比大約為12：1和LAMBDA為1.6下工作，而柴油機的壓縮比大多在18：1以上。為了使點火系統(tǒng)正常工作，必須降低發(fā)動機壓縮比。因此，火花點火發(fā)動機集中在低壓縮溫度和低LAMBDA條件下工作。,卡車柴油和純天然氣發(fā)動機功率比較,柴油機改為雙燃料發(fā)動機技術方案,在燃油系統(tǒng)上加裝限油裝置； 增加燃氣系統(tǒng)； 柴油僅用于點火(10 20 %)。,雙燃料發(fā)動機的燃燒過程,,天然氣發(fā)動機的壓縮比,對于雙燃料發(fā)動機，既沒必要也沒期望將發(fā)動機的壓縮比降低到低于柴油機的的壓縮比。 由于預混合的燃氣和空氣的壓

4、縮溫度總是保持在自燃溫度之下，因此不存在爆震問題。 空氣和甲烷的在LAMBDA為2時的自燃溫度大約為1000K，由于峰值壓力總是維持在70倍進氣壓力之下，因此，燃氣和空氣的混合氣不會出現自燃，也不存在后期的燃氣自燃而產生爆震問題。 目前的火花塞點火系統(tǒng)效率很低，只能在壓縮比大約為12：1和LAMBDA為1。6下工作，因此，火花點火發(fā)動機集中在低壓縮溫度和低LAMBDA條件下工作。,壓縮比對爆震和效率的影響,注：爆震在溫度為1000K以上發(fā)生。,雙燃料系統(tǒng)的種類,機械式雙燃料系統(tǒng)； 電控單點噴射雙燃料系統(tǒng)； 電控多點噴射雙燃料系統(tǒng)。,天然氣發(fā)動機性能,過量空氣系數,,,,各種燃燒過程發(fā)動機的熱效

5、率,,天然氣發(fā)動機燃料消耗與柴油機比較,,,,,天然氣發(fā)動機動力 效率與柴油機比較,目前國內柴油天然氣雙燃料發(fā)動機現狀,目前國內柴油天然氣雙燃料發(fā)動機已有2000臺左右，采用的系統(tǒng)大都 為機械混合式系統(tǒng)。,,混合式天然氣燃料供給系統(tǒng),空氣濾清器,發(fā) 動 機,,混合式天然氣燃料供給系統(tǒng)的問題,混合器為負壓吸入層流混合, 天然氣計量不精確，空氣與燃氣混合不充分,燃燒效率低; 由于調節(jié)系統(tǒng)為機械式，無法在所有工況狀態(tài)下進行優(yōu)化，天然氣替代率不高，燃料利用率較低，排放較差。,解 決 途 徑,采用天然氣電子噴射技術； 采用微電子控制技術； 采用空燃比控制技術； 采用后處理催化技術。,空 燃 比 控 制

6、方 法,降低進氣道壓力減少進氣量； 采用斷缸噴氣提高噴氣缸的燃氣濃度。,,空 燃 比 控 制 方 法,柴油-天然氣雙燃料電噴發(fā)動機,柴油機柴油-天然氣雙燃料電控噴射系統(tǒng),天然氣高馬赫數噴射方法,燃氣噴射閥與發(fā)動機進氣系統(tǒng)的匹配圖,雙燃料發(fā)動機天然氣替代率,% 負 載（1100 RPM，1800 RPM）,% 天然氣替代率,,,,單燃料發(fā)動機的優(yōu)缺點,優(yōu) 點： 排放較低； 運行經濟。,缺 點 需重新設計發(fā)動機，費用較高； ； 功率下降； 熱效率較低； 需對火花塞進行維護。,雙燃料發(fā)動機的優(yōu)缺點,優(yōu) 點： 對原機基本不做改動； 功率與原機相同； 熱效率較高 成本較低,缺 點 運行經濟性不顯著； 需

7、兩種燃料箱。,3 魯德柴油-天然氣雙燃料電噴系統(tǒng),,開發(fā)柴油天然氣雙燃料電噴系統(tǒng)的指導思想,采用先進技術； 應與國內技術對接； 系統(tǒng)構成盡可能國產化。,柴油-天然氣雙燃料電控噴射系統(tǒng),,1、天然氣供給及計量子系統(tǒng) 2、引燃柴油的控制部件 3、發(fā)動機工況傳感器,4、中央電控單元ECU 天然氣噴射控制 噴油量的控制 安全保護,系 統(tǒng) 簡 介,柴油天然氣雙燃料電噴系統(tǒng)是將單一的柴油發(fā)動機轉化為雙燃料發(fā)動機的控制系統(tǒng)。通過加裝該系統(tǒng)使柴油機使用柴油與天然氣兩種燃料共同燃燒，其中使用的柴油用于引燃壓縮狀態(tài)下天然氣并進行部件潤滑劑， 其余60的柴油由天然氣替代。,電噴系統(tǒng)用天然氣減壓閥

8、,輸入壓力：1.7224.8MPa； 輸出壓力：0.451.225MPa 流量：0125lb/hr 最大壓力變化：69kPa 溫度范圍：-40C125C,電控系統(tǒng)所用傳感器,系統(tǒng)的核心技術及創(chuàng)新性,柴油泵柴油微量控制采用步進電機電控技術； 天然氣流量采用數字閥并聯組合控制技術； 天然氣供給采用正壓噴射技術。,4 柴油天然氣雙燃料電噴發(fā)動機試 驗 報 告,,,柴油-天然氣雙燃料電控系統(tǒng)特點,該系統(tǒng)適合于直列泵柴油機； 天然氣燃料采用高馬赫數噴射，使空氣與燃料充分混合； 引燃燃油可精確控制,使燃燒更充分，排放更干凈; 天然氣燃料的使用率可達到80%以上; 發(fā)動機功率，駕駛性與原機相同。,5 雙燃料

9、對發(fā)動機壽命的影響 CAT 3174B雙燃料發(fā)動機1000小時耐久性試驗,,雙燃料發(fā)動機1000小時耐久性試驗性能數據,發(fā)動機機油分析煙塵吸收率,發(fā)動機工作時間（H）,A %,發(fā)動機機油分析鐵含量,發(fā)動機工作時間（H）,Fe (PPM),發(fā)動機機油分析TBN,發(fā)動機工作時間（H）,TBN,雙燃料對發(fā)動機壽命的影響,延長發(fā)動機壽命， 增大發(fā)動機保養(yǎng)間隔時間， 降低更換機油費用。,6 市場預測及經濟效益分析,柴油天然氣雙燃料系統(tǒng)潛在市 場,柴油-天然氣雙燃料系統(tǒng)的用途,運輸車輛 公交車輛 發(fā)電機組 運輸船舶.,斯太爾LNG拖車實施柴油/LNG雙燃料效益測算,拖車營運率取80%，全年有292天營運;

10、 平均每天運行400公里,一年運行116800公里; 斯太爾LNG拖車每百公里油耗為45L,柴油單價為7.3元/L,一年全柴油模式燃料費用為：(116800/100)*45*7.3=383688元; 市場天然氣高價4元/方，低價1.9元/方，按本地價2.1元/方、天然氣替代率按60%計算, 雙燃料模式每年節(jié)約燃料費用為 (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 單程雙燃料模式比全柴油模式燃料費用節(jié)約163987元,節(jié)約率為42.7%;,總 結魯德公司柴油-天然氣雙燃料電控系統(tǒng)特點,該系統(tǒng)適合于直列泵柴油機； 天然氣燃料采用正壓噴射，使空氣與燃料充分混合； 引燃燃油可精確控制,使燃燒更充分，排放更干凈; 天然氣燃料的替代率可達到60%以上; 發(fā)動機功率，駕駛性與原機相同。,