双燃料汽车重装技术研究

我国将在2005年全面执行欧洲排放标准,这不仅对我国汽车发动机制造厂提出了挑战,同时,大量在用汽车超标排放问题也亟待解决,代用燃料,如压缩天燃气(CNG)、液化石油气(LPG)、液化天燃气(LNG)等在汽车的应用技术研究已成为当前的热门课题。在汽车上使用天然气,不仅具有价格低廉、安全可靠、排污少等优点,而且有利于车用能源结构的调整,实现汽车工业的可持续发展。笔者以在用非增压柴油机为研究对象,自主开发了将其改装成柴油/CNG双燃料发动机的实用化技术,采用该技术改装的柴油/CNG双燃料汽车经过了重庆汽车研究所国家重型汽车质量监督检验中心检测,并在实际运行中经受了8万km可靠性试验。结果表明:改装后的柴油/CNG双燃料汽车使用性能良好、稳定。

1改装技术方案

1.1改装原则

考虑到改装的对象是在用柴油车,改装时必须做到:①尽可能低的改装成本;②合适的技术指标;③良好的操纵性能,能满足公交车辆频繁起步、加速等工况的需要;④能在双燃料和纯柴油两种运行模式之间方便地进行切换。

1.2CNG供给系统

为满足上述改装原则,所采取的技术方案是:对原车结构不作任何改动,只在原车上增加一套CNG供给系统。CNG从进气管以预混合的方式进入气缸,并以简单的机械方式控制发动机各工况的CNG供给量。CNG供给系统如图1所示。CNG由储气瓶经手动截止阀流至减压器,在减压器中,CNG的压力从20MPa降至-0.1kPa～+0.05kPa,发动机的冷却水由一支路经过减压器,提供CNG膨胀时所需的热量以免减压器产生结霜现象。在柴油机进气管负压作用下,膨胀后的天然气经负荷调节器进入进气管上的文杜里混合器,并在此与空气混合后被吸入气缸,由喷入缸内的柴油引燃。调节器;5-混合器;6-柴油机;7-油泵;8-差动拉杆CNG供给量随柴油机负荷变化的调节由一个与柴油机油门相随动的负荷调节器来实现。负荷调节器由CNG调节阀、型板等组成,它与柴油机油门之间依靠差动拉杆连接,当柴油机负荷增大时,油门增大,同时带动CNG调节阀增大CNG流量,当柴油机负荷增大到某一数值时,柴油机油门被锁死,柴油量维持不变,但差动拉杆继续带动CNG调节阀从而进一步增大CNG供给量。这种CNG与柴油的差动供给的方法,在一定程度上改善了双燃料汽车的低负荷燃料经济性。CNG供给量随柴油机转速变化的调节由文杜里混合器控制。文杜里喉口的真空度随发动机转速的增加而增大,此时CNG的吸入量也相应增加,从而保证了CNG每循环供给量基本不变。

2柴油/CNG双燃料汽车检测结果

柴油/CNG双燃料汽车的改装是在重庆互邦实业发展有限公司XMQ6703C客车上进行。样车经国家重型汽车质量监督检验中心进行了检测。

2.1检测条件

样车检测前按设计载重量进行了配重,其他条件符合GB/12534-90之要求。

2.2检测仪器

主要检测仪器有VE1C型非接触速度计(日本小野);GSM-101型烟度计(日本株式会社);DF-313型流量计(日本小野);ROSEMOUNT气体流量计(美国);JC-1型台秤(重庆)等。

2.3主要检测项目及结果

2.3.1自由加速烟度

自由加速烟度仍然是目前评判在用柴油车可见污染物排放量的重要指标,参照GB/T3846-93,进行了自由加速烟度的检测,测量结果见图2所示。从图2中可看出:相比纯柴油(即原车)时,样车在双燃料时的自由加速烟度平均值下降80%。因此,将在用柴油车改装成柴油/CNG双燃料后能大幅度地降低其碳烟的排放量,有利于净化生活环境,具有明显的社会效益。

2.3.2最高车速与最低稳定车速

分别按GB/T12544-90和GB/T12547-90对样车的最高车速与最低稳定车速进行对比检测,检测结果如图3、图4所示。结果表明,双燃料客车的平均最高车速及最低稳定车速均略高于原车的平均最高车速和最低稳定车速。这说明:与原车相比,改装后的双燃料客车高速性能基本没有变化,但低速性能略有下降。

2.3.3加速性能

依据GB/12543-90对样车0～60km/h连续换档加速时间和直接档30～60km/h加速时间分别进行了测试(见图5、图6所示)。结果表明,与原车相比,双燃料客车的加速性能略有提高,这一点对客车的实际运行非常有利。

2.3.4燃油经济性

根据GB/T12545-90对样车的等速百公里油耗进行对比检测,测试结果见表1所列。从表1中可知,与原车相比,在此工况下样车以双燃料模式运行时的等速百公里当量油耗提高了近12%,但此时柴油替代率为75%,因柴油和CNG两种燃料的市场差价明显,双燃料客车的燃料成本得到较大幅度的下降。以重庆市为例,目前柴油/CNG的市场零售价分别为3.10元/L和1.52元/m3,根据表1可计算出,此工况下,双燃料客车相比原车每百公里可节省燃料成本约12.0元,下降近27%。可见,双燃料客车具有良好的运行经济性。

3结论

(1)与原车相比,改装后的双燃料客车具有良好的使用性能。自由加速烟度下降80%;百公里燃料成本下降超过25%;动力性保持不变。

(2)改装后的双燃料客车可以在双燃料和纯柴油两种运行模式之间方便地进行切换,具有良好的操纵性能和良好的过渡工况性能。

(3)改装技术方案结构简单、工作可靠、成本低,是目前在用柴油车进行双燃料改装快捷而有效的方法。

(4)目前,该项技术已在成都、重庆等西部地区推广应用。