柴油機(jī)改裝為壓縮天然氣減壓閥關(guān)鍵技術(shù)

　　1.燃料供給系統(tǒng)

　　燃料供給系統(tǒng)由壓縮天然氣儲(chǔ)氣瓶、壓力表、手動(dòng)開(kāi)關(guān)閥門(mén)、減壓閥、濾清器、電磁開(kāi)關(guān)閥、氣軌、電磁噴氣嘴等組成。壓縮天然氣儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)20 MPa的高壓氣體經(jīng)兩級(jí)減壓到0.1一0.8 MPa，各缸的噴氣嘴共同安裝在一個(gè)氣軌上，然后由進(jìn)氣支管引向各自氣缸的進(jìn)氣門(mén)處。減壓閥因氣體減壓而吸收熱量，產(chǎn)生“結(jié)冰”現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)時(shí)引入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液通道或機(jī)油通道，保證減壓閥工作時(shí)維持在規(guī)定范圍的溫度，防止出現(xiàn)“結(jié)冰”現(xiàn)象。整個(gè)燃料供給系統(tǒng)必須保證密封，還要保證噴氣嘴噴射出的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)，從而滿足發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷所需的供氣量。電磁噴氣嘴在保證流量要求外，還要求具有可靠性以及動(dòng)態(tài)開(kāi)啟特性，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)控制器ECU對(duì)噴氣量和噴氣時(shí)刻的控制。

　　2.稀薄燃燒技術(shù)

　　稀薄燃燒是提高動(dòng)力性的措施。稀薄燃燒由于空燃比大，混合氣濃度較低，燃燒速度降低。實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒的關(guān)鍵在于讓混合氣快速燃燒，即縮短火焰的發(fā)展期和燃燒持續(xù)時(shí)間。在中等轉(zhuǎn)速時(shí)，柴油機(jī)的平均有效壓力為1.15 MPa,改裝為壓縮天然氣減壓閥后，平均有效壓力一般為0.9MPa。而采取稀薄燃燒，加大空氣量，有效降低排氣溫度、減弱爆震趨勢(shì)，可以通過(guò)增壓技術(shù)將平均有效壓力增加到1-1.O5 MPa，確保較高的動(dòng)力性。通過(guò)改變混合氣的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)實(shí)現(xiàn)。燃燒速度很大程度上取決于混合氣的紊流運(yùn)動(dòng)，首先由于紊流加劇，天然氣與空氣混合充分，加入燃燒的成分增加;其次，紊流能增加火焰的傳播速度，提高局部燃燒速率;第三，紊流能夠使火焰表面產(chǎn)生褶皺，從而增加火焰表面積，提高燃燒速率。增加紊流的手段主要是采用有利于降低壓縮比且能夠使天然氣快速燃燒的楔形燃燒室結(jié)構(gòu)或改變進(jìn)氣道的形狀來(lái)形成一定強(qiáng)度的空氣運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的紊流運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到速燃的目的。

　　3.壓縮比和燃燒室

　　柴油機(jī)的壓縮比一般為16-22，柴油機(jī)改為壓縮天然氣減壓閥時(shí)必須降低壓縮比。在選擇壓縮比時(shí)應(yīng)充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)效率、避免爆震。國(guó)內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn)表明，壓縮天然氣減壓閥壓縮比值通常選為10.5-12左右。通常柴油機(jī)缸內(nèi)有較強(qiáng)的進(jìn)氣道形成的渦流，這不利于天然氣的著火燃燒。在設(shè)計(jì)燃燒室時(shí)應(yīng)設(shè)法減小缸內(nèi)氣體流動(dòng)的強(qiáng)度，加強(qiáng)缸內(nèi)的局部紊流，加速火焰的傳播，提高燃燒速度。

　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:楔型燃燒室比球形燃燒室的初燃期長(zhǎng)，而主燃期短。這有利于加大點(diǎn)火提前角，減少后燃，提高熱效率，降低排氣溫度。從點(diǎn)火到上止點(diǎn)在火花塞處的紊流強(qiáng)度累計(jì)值與初燃期密切相關(guān)。楔型燃燒室的擠流面積比球形燃燒室大，燃燒室內(nèi)的平均紊流強(qiáng)度強(qiáng)，楔型燃燒室開(kāi)口直徑大，燃燒室壁面與火花塞的距離短，即使點(diǎn)火定時(shí)提前，也不容易產(chǎn)生爆震，這都有助于縮短主燃期，同時(shí)降低排氣溫度。

　　4.點(diǎn)火系統(tǒng)

　　天然氣在常壓下著火溫度達(dá)537℃，比汽油、柴油均高出很多。但十六烷值低，不能采用壓燃方式，而只能采用火花塞點(diǎn)火方式。要求系統(tǒng)具有高電壓和高能量。

　　5.點(diǎn)火提前角標(biāo)定

　　點(diǎn)火提前角是一個(gè)同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和排放性能有重大影響的因素。因此，對(duì)點(diǎn)火提前角的標(biāo)定，需要同時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和排放性能的優(yōu)化。在各工況點(diǎn)的標(biāo)定試驗(yàn)過(guò)程中，不斷調(diào)整點(diǎn)火提前角值，使發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力性滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，三種氣體排放的綜合值達(dá)到低，發(fā)動(dòng)機(jī)的整體排放性能滿足設(shè)計(jì)要求。

　　6.進(jìn)氣系統(tǒng)

　　壓縮天然氣減壓閥采用缸外(進(jìn)氣道)混合方式，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷由進(jìn)氣量多少來(lái)調(diào)節(jié)的，進(jìn)氣管上應(yīng)增加節(jié)氣門(mén)和傳感器(壓力或流量、溫度、位置)。全負(fù)荷時(shí)為噴射相同能量的燃料，天然氣體積噴射流量是汽油的770倍，噴射壓力高。為降低進(jìn)氣管內(nèi)氣壓的波動(dòng)，避免傳感器輸出信號(hào)的波動(dòng)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)各缸進(jìn)氣的均勻性，進(jìn)氣管應(yīng)有足夠的容積，起到儲(chǔ)存與穩(wěn)壓的作用。

　　7.控制策略

　　電控技術(shù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況工作時(shí)處于優(yōu)狀態(tài)，達(dá)到動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放三者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。噴氣時(shí)刻、脈寬、點(diǎn)火正時(shí)等控制參數(shù)是其控制核心。按照是否有回饋信號(hào)又可分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制，由于稀燃時(shí)氧化催化劑的廢氣轉(zhuǎn)化效能受空燃比影響很大，壓縮天然氣減壓閥的功率、平均有效壓力受天然氣成分和空燃比的影響相對(duì)于汽、柴油較大，因此閉環(huán)控制是有效的方案。閉環(huán)控制通常采用氧傳感器來(lái)反饋排氣中的實(shí)際氧濃度，從而達(dá)到控制空燃比的目的。