柴油-天然气双燃料发动机工作特性分析

合肥工业大学汽车学院   左承基　
清华大学汽车工程系   欧阳明高　刘峥

　　摘要　介绍了由国产YC6108柴油机改装的柴油-天然气双燃料发动机的工作原理，对比分析了双燃料发动机在不同工况下的载荷特性和燃烧过程。分析结果表明，双燃料发动机具有质调节特性，随着载荷增加，燃料替代率和替代效率增加，而过量空气系数和热消耗率减小。双燃料发动机在中大载荷工况时，具有较好的经济性；在中低转速大载荷工况时，具有燃烧前期低而中后期高的放热规律，而且燃烧过程稳定，噪声低，热效率高。

　　主题词　双燃料发动机　特性　载荷

　　柴油-天然气双燃料发动机具有良好的使用特性，深受用户欢迎。它是将减压后的CNG与空气混合后引入气缸内，形成预制混合气。少量喷入气缸内的引燃柴油起点火作用。这种系统对原发动机的结构不做变动，在没有足够气体燃料来源时，双燃料发动机易于恢复原机的工作方式。具有改装简单、成本低、风险小、投资回收周期短的特点。国外对柴油-天然气双燃料发动机燃料燃烧过程的研究已有许多报告^［1～4］，而国内在这方面的研究不多。笔者将介绍这方面的研究工作，通过对比试验和分析，试图摸清这种发动机燃烧过程的特点，为其发展提供可信的试验数据。

试验装置

　　试验中采用一台国产YC6108柴油机，柴油机原机及供油系统不做任何变动，仅增加一套CNG供气装置。试验用气为商品压缩天然气。气从高压气瓶出来，经减压、调压和流量计量后，通过调节阀直接进入进气歧管。少量引燃柴油从油箱经油耗仪进入高压油泵，由原柴油供油系统喷入气缸。引燃柴油量由供油拉杆的位置确定。该双燃料发动机的总体布置如图1所示。 根据国外成功的经验，双燃料发动机在启动和怠速时按纯柴油工作方式运行，在正常工作时再按双燃料工作方式运行。

图1　双燃料发动机总体布置图

载荷特性

　　为确定天然气替代的柴油量和替代燃料的燃烧效率，定义以下几个参数。
　　替代质量比Φ_m（替代率）：在发动机工况相同条件下，定义为改用双燃料工作方式后，被天然气所替代的柴油量m_d与原纯柴油工作方式的总柴油量m_t之比，即

　　　　(1)

它表示天然气替代柴油量的多少。在天然气价格比柴油便宜时，替代率越大，改装后的经济性越高。
　　替代能量比Φ_e（替代效率）：定义为双燃料工作方式时，被替代柴油的理论能量与所消耗天然气的理论能量之比，即

　　　　(2)

其中　　m_d=m_t-m_p
式中　H_d——柴油的低热值；
　　　H_g——天然气的低热值；
　　　m_g——天然气消耗量；
　　　m_p——双燃料工作方式下的引燃柴油量。

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