油改气的成功--数据分析

汽车油改气

原刊载于《四川柴油/天然气汽车技术研讨会论文集》2007.5

 

摘    要：本文依据作者多年探索柴油车改装技术的经历，简单陈述了柴油车改装的难点问题，并对目前国内常见的几类改装技术的特点和实用性，进行了简要分析与对比。通过柴油车改装成CNG/柴油双燃料车的实践活动，不但找到了适合中国国情的先进改装技术，还根据个人的亲身体验，提出了一些柴油车改装方案选择中应注意的原则意见，供同仁们参考。

 

随着“西气东输”工程、深圳大鹏湾进口LNG接收站工程等大型天然气储运工程的相继投运，全国上下很快掀起了天然气推广应用的新高潮。来势之猛，波及范围之大前所未有。各大中城市除了迅速兴起的天然气气化工程外，天然气汽车的广泛应用更是热不可及。汽油车改装成CNG/汽油两用燃料车的技术日臻成熟。然而占全国汽车保有量约30%左右的柴油车改用天然气作燃料的却微乎其微。从统计资料来看，虽然柴油车的总数只有汽油车的40%，但耗用的燃料总量却是汽油车的1.78倍还多。这是因为约有50～60%左右的柴油车都是大功率的柴油重型卡车，其油耗量大都是汽油车的2～3倍左右。因此成千上万辆柴油汽车改用天然气作燃料，对于燃油的节约和环保要求的重大意义，已经成为广大运输企业和天然气行业的共识。

1.柴油车改装CNG双燃料车的难点

2000年左右西安曾先后改装了几十台柴油公交车，都由于当时的技术方案不成熟等各种原因而告失败；最近外地某公司将一台旧柴油车改装成CNG单燃料车，不但动力下降很多，而且燃料消耗从原先60升/百公里的柴油，上升到100标方/百公里的天然气（正常情况下1升柴油约等于1.1～1.2标方天然气）；去年西安一公司花费了5万多元，采用某国进口技术将一台柴油车改装成CNG单燃料车，不但通过加厚汽缸垫降低压缩比，还修改了燃烧室，加装了火花塞等，结果很不理想。燃烧温度很高，一遇到爬坡就开锅，最后不得已将水箱加大，还没有完全解决问题。

以上这些不成功的例子说明，柴油汽车改用天然气，从技术角度看的确有许多难点。主要表现在，柴油发动机的压缩比高，燃用天然气容易引起爆震；天然气着火温度高于柴油，因此改成天然气发动机难于采用压燃方式，只能采用火花点燃方式；柴油车改用天然气，汽缸内燃烧温度和排气温度都很高，易造成水箱开锅；电控系统如何依据发动机的运行参数，精确控制进入发动机的燃料与空气的流量；改装成柴油/天然气双燃料车的柴油替代率很小，实用价值很低；以上各项技术如果解决得不好，不但会使原柴油车的动力性能下降，而且会使燃料的消耗量大大增加，经济性大幅度下降。不可能为广大用户所接受。

尽管柴油车的改装存在着诸多拦路虎，许多企业和技术人员经历了一次又一次失败的教训，也曾有学者发表文章对在用柴油车的改装技术判了“死刑”，但是人们探讨柴油车改装技术的努力并没有放弃，热情未减。经过多年的不懈努力与修炼，终于获得了累累硕果。许多改装技术方案纷纷在各种研讨会上亮相，不少技术已经得到实践的考验，取得了比较理想的结果。

2.常见的几种改装技术方案

目前常见的柴油汽车改装技术方案主要有两大类，将原柴油车改装成天然气单燃料车和改装成柴油/天然气双燃料车。两类技术各有其成功之处，也有它的局限性。

2.1天然气单燃料车的改装技术

2.1.1柴油发动机制造厂的改装技术

一般是以原有某型号柴油机为基础，重新研制开发出新型天然气发动机。主要做了三方面的改进设计：

（1）结构设计：针对天然气发动机的燃烧特性，重新确定了压缩比，并对燃烧室、活塞、气缸盖、排气管、进气门及座圈、凸轮轴等少数零件进行了改进设计。其余保持与原柴油机不变。

（2）燃料供给系统与点火系统：以燃气供给系统取代原柴油机的燃油供给系统，采用进气总管与混合供气方式。采用高电压、高能量直接点火方式。每缸设置独立的点火线圈、火花塞与高压线。

（3）电子控制系统：采用闭环控制技术，系统依据多个传感器所采集的发动机的运行参数，经控制单元集中处理后，通过执行器对燃料喷射装置、节气门、排放气阀、点火系统等进行精确控制。

这种专业改装技术不但保证了原柴油机的动力性能，其他指标均优于原柴油机。

2.1.2非发动机专业厂的改装技术

这种技术主要应用于在用柴油车的改装。它不具备对原柴油发动机的机体和零部件进行大量的专业性改进加工的能力。只能做些修修补补的简单工作，如为了降低压缩比加厚汽缸垫；在原柴油机喷油嘴位置加装点火系统；在原有的空气进气系统加装天然气混和装置；在电控系统所作的改进工作量最大，各家都有自己的高招，目的是解决好天然气与空气的混合比，使发动机气缸的燃烧性能保持最佳。

这种改装技术，原柴油机的机体和燃烧系统毕竟没有完全改变，依然是符合柴油的燃烧特性，现在改用天然气，将原先柴油机的迪塞尔循环的热力学工作原理，改变为火花塞点火的汽油机工作原理，原机的动力性能难免受到影响。

2.2柴油/天然气双燃料车的改装技术

这种技术仍然立足于原柴油机的迪塞尔循环的热力学工作原理。保留原柴油机的压燃点火方式不变，高压缩比不变，发动机机体和零部件基本不变。但在气缸中被压缩的介质，由原来柴油机中的单纯空气变为天然气与空气的混合气体。发动机工作时变原来的纯柴油燃烧为柴油与天然气的混和燃烧。电控系统主要用于依据各种传感器检测的发动机运行信号，分别控制进入发动机的柴油、天然气与空气的流量，以实现柴油、天然气与空气的合理配比。

当然，在具体的实施细节上，各企业均有自己的专有技术和秘诀。

2.2.1高压直喷技术

以加拿大西港公司的HPDI技术为代表的高压直喷技术，或称作正压喷射型（高压电磁喷射阀）技术。其主要特点是采用双重共轨双燃料喷射器，在汽缸中的空气被压缩到接近冲程末点时，按一定配比的柴油与天然气先后通过双燃料喷射器，高压直接喷入汽缸；电子控制系统可以实现依据发动机的运行参数，精确控制进入气缸的柴油与天然气量以及喷入的时间，而且所适用的燃料压力范围很宽。这种技术在保留了发动机原有效率和性能的同时，减少了排放。柴油的替代率高达90%以上。主要应用对象是重型和中型大马力柴油卡车。

2.2.2正压单点喷射供气技术

该技术的核心是在天然气的供气系统中，经减压器稳压后的天然气的压力，始终要高于增压后的进气总管中的空气压力，即保持一定正压的天然气，通过分配器控制流量，经由进气喷嘴从中冷器之后的进气总管喷入（称为单点喷射），在总管中与空气混合进入各个气缸，形成可燃混合气。同时，油控机构动作，对油控齿条进行限位，以减少每个汽缸压缩冲程末喷入引燃的柴油量。另外，电控系统可以精确控制燃料的供给量，针对车辆不同转速和负荷的工况进行分级控制。

2.2.3模糊电控技术

该技术主要有三项突出特点。一是电控系统采用了模糊优选控制技术，不同于其他方案的精确控制技术；二是进气系统天然气与空气的混合是通过具有特殊腔道的混合器进行，并对混合气体进行增压与中冷（针对增压发动机）。别的方案没有混合器，是在空气增压后在总进气管中喷入天然气，实现两者的混合；三是系统对减压后的天然气的压力没有要求，即是说，适用的供气压力范围很宽，不同于其他技术的负压供气和正压供气方式。

3.公司所尝试的柴油车改装情况

我公司先后改装了5台压缩天然气长管拖车的牵引机车--东风EQ4163W,其发动机为C-260-20型柴油发动机。还有5台陕汽生产的德龙牵引车已开始作改装准备工作。

正在运行的这5台东风牵引车，最长的已经安全行驶了5个月。合作双方对运行中的双燃料车辆进行了路试检测，又先后两次委托西安汽车产品质量监督检验站作了进一步测试。现将部分检测数据提供给大家参考。

3.1改装前的车辆技术数据：

（1）牵引车编号/型号：陕AB0029/东风牌EQ4163W

（2）柴油发动机型号：C-260-20

（3）CNG长管拖车编号/总质量：1号/约40吨

（4）该车改装前的平均油耗：37.5升/百公里（数月实际运行统计平均值）

3.2改装后路试测试数据：

（1）路试里程：86公里（21892Km---21806Km）

（2）路试车速：70公里/小时

（3）路试柴油耗量：8.9升/86公里  （折算为10.3升/百公里）

（4）路试CNG耗量：22.5Nm3/86公里 （折算为26.2Nm3/百公里）

3.3道路试验结果：

（1）柴油替代率：（37.5-10.3）/37.5×100%=72.5%

（2）动力性能：司机感觉动力比改装前要大一些

（3）油气消耗比：

 1 Nm3天然气=（37.5-10.3）/26.2=1.04公升柴油

26.2 Nm3天然气=27.2公升柴油

油气消耗比V=10.3/27.2=38%

3.4双燃料的经济性估算：

采用改装后的双燃料汽车，从下面的计算可清楚地看出，每辆车每月可节省燃料费10950元（与纯柴油相比）：

公司长管拖车多数每天行驶约500公里左右，按72.5%的柴油替代率计算，每天单程可节省的费用：（0#柴油价格：4.96元/升；CNG价格：2.65元/标方）

2.5×37.5×72.5%×（4.96-2.65）=157元/天.单程

返回空车用的是长管拖车气瓶中的剩余气体，故回程用气可按子站的进气价（1.90元/标方）计算：

2.5×37.5×72.5%×（4.96-1.90）=208元/天.单程

合计每车每天可节省燃料费365元，月节省10950元，年共计可节省燃料费131，400元，可见柴油车改装后的经济性非常突出。

3.5对改车技术的评价

通过改装的东风牵引车几个月来的运行实践与路试结果，可以对该项技术及改装工作总结如下：

（1）当车速在54公里/小时，柴油的替代率仅有58%，车速低于50公里/小时，替代率更低。所以低运行速度，如公交车的柴油替代率是不理想的，不适于采用该项改装技术。

（2）当车速在65～70公里/小时左右时，柴油替代率就提高到72.8～76.3%。所以该技术更适合于长途客、货车的改装。

（3）发动机燃烧性能良好，无论平路行驶加速，还是爬坡翻山，水箱的温度始终保持正常,和未改装前烧柴油的情况一样。

（4）根据司机操作时的个人感觉，当踩油门加速时感觉动力比改装前大得多，只能轻轻点。

（5）几个月行驶以来，改装过的发动机系统未发生任何故障。

以上情况说明，柴油车改装技术是一项比较成熟的技术，较好的解决了柴油车改装中所存在的一些难题。而且实践证明该项技术方案思路新颖，工作原理先进、性能稳定可靠，安装简单容易，不需对发动机作任何改动，不需改变原发动机的压缩比，和进口技术相比费用较低（随着批量的增加还会进一步降低），维修方便。因此比较适合中国国情，是一项容易为客户接受，也值得大力推广的先进技术。

我很高兴借此机会将这种改装技术向大家作一简单介绍，与到会的同仁们进行交流。
13193145950 专业双燃料车改装

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:) 值得借鉴学习

宜宾冰河

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过奖了！谢谢