鲁德公司柴油发动机燃气化技术资料

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（中国车辆燃气设备网）http//www.zgclrqsb.com2010山东济南JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气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JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气我国汽车燃气化现状25个城市正在推进示范工程；已建成加气站500余座；已改造车辆约50万辆JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气车辆燃气化分布98%汽油车2%柴油车JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气2柴油内燃机燃气设备技术JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气柴油内燃机双燃料改造方案双燃料发动机柴油机JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气柴油机改为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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气CNG单燃料发动机为什么要降压缩比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，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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气卡车柴油和纯天然气发动机功率比较发动机型号额定功率（马力）纯天然气/柴油比值Cummins5.9B/5.9G230/2750.84Cummins8.3C/8.3G275/3500.79CumminsL10/L10G300/3300.91DDCS-50/50G270/3250.83JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气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%)。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气双燃料发动机的燃烧过程JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气压缩比对爆震和效率的影响压缩比压力比温度比热效率%平均/峰值1229.7732K/323K2.3228/381848.1863K/323K2.6741/432470.7952K/323K2.9540/43注：爆震在温度为1000K以上发生。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气双燃料系统的种类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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气天然气发动机性能010203040500.911.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.22.32.42.5CoolantHeatRej.-%Eficiency-%Nox-g/hp-hBMEP-bar过量空气系数JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气各种燃烧过程发动机的热效率JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气天然气发动机燃料消耗与柴油机比较020406080100120140柴油稀燃单燃料机械双燃料电控双燃料柴油天然气JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气天然气发动机动力效率与柴油机比较020406080100120柴油稀燃单燃料机械双燃料电控双燃料功率效率JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气目前国内柴油天然气双燃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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气混合式天然气燃料供给系统气源压力表混合器低压开关阀减压阀高压开关阀高压滤清器手动开关天然气储气瓶空气滤清器发动机JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气解决途径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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气空燃比控制方法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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气空燃比控制方法JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气柴油-天然气双燃料电喷发动机JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气柴油机柴油-天然气双燃料电控喷射系统JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气天然气喷射阀两通常闭型，材料为不锈钢，插装式结构，PWM控制方式，压力可达14MPa,建议采用超音速流速，建议采用1滤清器。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气NATUREGASINJECTORDELIVERYCOMPARISON@690kpa02040608010012014016018005101520Energizetimemsmg/pulseSP-010SP-014SP-021SP-051JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气天然气高马赫数喷射方法JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气燃气喷射阀与发动机进气系统的匹配图JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气双燃料发动机天然气替代率01020304050607080901000102030405060708090100%负载（1100RPM，1800RPM）%天然气替代率JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气单燃料发动机的优缺点优点：1.排放较低；2.运行经济。缺点1.需重新设计发动机，费用较高；；2.功率下降；3.热效率较低；4.需对火花塞进行维护。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气双燃料发动机的优缺点优点：1.对原机基本不做改动；2.功率与原机相同；3.热效率较高4.成本较低缺点1.运行经济性不显著；2.需两种燃料箱。3鲁德柴油-天然气双燃料电喷系统JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气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。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气柴油-天然气双燃料电控喷射系统ECU涡轮增压器A/F控制阀混合器发动机CNG高压开关阀减压阀低压开关阀喷油泵天然气喷射阀转速传感器DKGF油门执行器空滤器发动机负荷命令压力传感器温度传感器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JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气电控单元转速传感器油门执行器进气压力及温度传感器混合器喷射阀JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气系统简介柴油—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１０％－２５％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％－９０％的柴油由天然气替代。JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气电喷系统用天然气减压阀输入压力：1.72~24.8MPa；输出压力：0.45~1.225MPa流量：0~125lb/hr最大压力变化：69kPa温度范围：-40°C~125°CJINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气电控天然气计量装置JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气电控柴油计量装置JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气系统的核心技术及创新性柴油泵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JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气6108双燃料机与原机扭矩性能对比010020030040050060070026002400220020001800160014001170转速rpm扭矩（Nm）原机扭矩双燃料机扭矩JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气原机与双燃料机功率性能比较02040608010012014016026002400220020001800160014001170转速rpm功率(kw)原机功率双燃料机功率JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气原机与双燃料燃料消耗性能比较0510152025303526002400220020001800160014001170转速rpm燃油消耗kg/h原机油耗双燃料柴油量天然气消耗量JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气HDFS-1柴油-天然气双燃料系统在6110柴油机上的排放0246810COHCNOxPTg/kw穐GB17681-2000第一阶段(等同欧Ⅰ）GB17681-2000第二阶段（等同欧Ⅱ）JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气柴油-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CAT3174B双燃料发动机1000小时耐久性试验JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气双燃料发动机1000小时耐久性试验性能数据工作时间（hour)02501000转速（RPM）160016001600功率（HP）234.5241.0243.5扭矩（NM）140014341455燃气消耗率（当量柴油lb/hr)93.4993.7494.90柴油消耗率（lb/hr)12.5113.1212.55燃气替代率（%）88.286.988.3燃料消耗(lb/hp-hr)0.3370.3340.329JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气发动机机油分析—烟尘吸收率01020304050607001002003004005006007008009001000双燃料柴油发动机工作时间（H）A%JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气发动机机油分析—铁含量051015202530354001002003004005006007008009001000双燃料柴油发动机工作时间（H）Fe(PPM)JINANLUDERANQI-SHEBEI鲁德燃气发动机机油分析—TBN024681012