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柴油-天然气双燃料发动机性能试验和燃烧过程分析 一 一 ＼一一一一 。 左承基欧阳明高刘峥 (合肥丁业大学清华大学) 摘要柴油．天然气双燃料发动机以其良好使用特性，深受用户欢迎．国外对 其燃烧过程研究已有许多报道，国内在这方面研究不多，本文介绍了这方面研究 工作．研究结果表明：双燃料机具有质调节特性，随着负荷增加．燃料替代率和 替代效率呈上升趋势，当量热消耗率趋向下降；在中、低速大负荷时，双燃料机 可以产生前期较为低、中后期较为高的燃烧放热规律．并具有稳定的燃烧过程， 低得多的燃烧噪声和与柴油机同样高的热效率． 1 引言 由于全球石油资源的逐渐枯竭和国际上汽车排放法规的日益严格。迫使世界各国寻找丰 富、廉价的汽车代用燃料。近十年来．研究和开发的重心集中在资源日趋增长的天然气上。 目前，意大利、美国、日本、独联体、新西兰、澳大利亚、加拿大等国都已推出各自的压缩 天然气(CNG)汽车。 柴油．天然气双燃料发动机具有良好的使用特性，很受用户欢迎。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作变动，最易改装成功。它即可燃用两种燃料，也可燃用液体燃料。 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烧过程的研究已有许多报道，而国内在这方面的研 究不多。本文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实验数据。 2 实验装置和控制方案 本研究对象是一台国产中型卡车柴油机(YC6108柴油机)。柴油机原机及供油系统不 作任何变动，增加一套CNG供气装置。 试验用气为商品压缩天然气。天然气从高压气瓶出来．经过减压、调压和流量计量后， 通过天然气调节阔．直接进入进气歧管。天然气的量由天然气调节阀的开度大小来决定。少 量引燃柴油从油箱经油耗仪进入高压油泵，由原柴油供油系统将其喷入气缸内。引燃柴油量 由供油拉杆的位置来确定。该柴油一天然气双燃料发动机的总体布盟如图1所示。 减压阀 调压阀 图1 柴油一无然气双燃料发动机总体布置图 根据国外成功的经验，双燃料发动机在起动和怠速时按纯柴油工作方式进行。在正常 工作的全工况范围内再按叔燃料工作方式进行。这样．容易保证发动机正常运行。 3 双燃料发动机性能试验研究 对于双燃料发动机，我们首先关心的是天然气替代柴油量的大小和替代燃料的燃烧效 率。为此，定义以下几个参数。 替代质量比‰(或替代率)：在发动机工况相同条件下，定义为改用双燃料工作方式后 坡天然气所替代的柴油量rnd与原纯柴油工作方式的总柴油量mm之比。即 丸：旦×100％ mdt 它表示天然气替代柴油的量的多少。住天然气价格比柴油价格便宜时，替代率越大。改装后 的经济性越高。 替代能量比戎(或替代效率)：定义为般燃料J二作方式时，被替代柴油的理论能量 (mdXI-／ud)与所消耗天然气的理论能量(mE×Hug)之比。即 xl-hid×100％ 西．：md 一mg×爿“g 其中，被替代柴油量md等于原机总柴油消耗量Ⅲ。减去双燃料工作方式下的引燃柴油量mm。 因为两者的工况相同(即转速平¨负荷分别相同)，可得 塑!皇丝!型± ：1