鲁德车辆燃气设备公司柴油内燃机改用天然气双燃料电喷技术

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1、鲁德车辆燃气设备公司柴油内鲁德车辆燃气设备公司柴油内燃机改用天然气双燃料电喷技燃机改用天然气双燃料电喷技术术2010 山东济南JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气6868767688880 0101020203030404050506060707080809090NoxNoxCOCOHCHC汽车排放所占比例%大气主要污染物大气主要污染物清华大学和北京环保局提供JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RA

2、NQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 11.21.21.41.41.61.61.81.82 22000年2000年2005年2005年2010年2010年国产石油国产石油进口石油进口石油亿吨JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l25个城市正在推进示范工程；l已建成加气站500余座；l已改造车辆约50万辆JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气98%汽油车2%柴油车JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l柴油机为压燃式而天然气 为非压燃燃料，所以天然气不能直接取代柴油；

3、l柴油机型号繁多，结构差异较大，改造困难；l目前国内所采用的系统大多较为落后，改装效果不明显。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气2 柴油内燃机燃气设备技术柴油内燃机燃气设备技术JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气柴油内燃机双燃料改造方案CNG单燃料发动机双燃料发动机双燃料发动机柴油机柴油机JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气柴油机改为CNG单燃料发动机技术方案l去掉燃油系统；l换为火花塞高压点火系统；l降低发动机压缩比；l增加燃气系统；l工作原理与汽油机相同。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁

4、德燃气气源压力表压力传感器温度传感器天然气喷射阀天然气喷射阀天然气喷射阀天然气喷射阀低压开关阀减 压 阀高压开关阀高压滤清器手动开关天然气储气瓶天然气燃料电控喷射系统JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气CNG单燃料发动机为什么要降压缩比 目前的火花塞点火系统效率很低，只能在压缩比大约为12：1和LAMBDA为1.6下工作，而柴油机的压缩比大多在18：1以上。为了使点火系统正常工作，必须降低发动机压缩比。因此，火花点火发动机集中在低压缩温度和低LAMBDA条件下工作。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气发动机型号额定功率（马力）纯天然气/柴油比

5、 值Cummins5.9B/5.9G230/2750.84Cummins8.3C/8.3G275/3500.79CumminsL10/L10G300/3300.91DDCS-50/50G270/3250.83JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气柴油机改为双燃料发动机技术方案l在燃油系统上加装限油装置；l增加燃气系统；l柴油仅用于点火(10 20 %)。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气 JINAN LUDE RANQI

6、-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l对于双燃料发动机，既没必要也没期望将发动机的压缩比降低到低于柴油机的的压缩比。l由于预混合的燃气和空气的压缩温度总是保持在自燃温度之下，因此不存在爆震问题。l空气和甲烷的在LAMBDA为2时的自燃温度大约为1000K，由于峰值压力总是维持在70倍进气压力之下，因此，燃气和空气的混合气不会出现自燃，也不存在后期的燃气自燃而产生爆震问题。l目前的火花塞点火系统效率很低，只能在压缩比大约为12：1和LAMBDA为1。6下工作，因此，火花点火发动机集中在低压缩温度和低LAMBDA条件下工作。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气压缩比压力比温度比

7、热效率%平均/峰值1229.7732K/323K2.3228/381848.1863K/323K2.6741/432470.7952K/323K2.9540/43注：爆震在温度为1000K以上发生。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l机械式双燃料系统；l电控单点喷射双燃料系统；l电控多点喷射双燃料系统。 JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气过量空气系数JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气0 02020404060608080100100120120140

8、140柴 油柴 油稀燃单燃料稀燃单燃料机械双燃料机械双燃料电控双燃料电控双燃料柴 油柴 油天然气天然气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气0 02020404060608080100100120120柴 油柴 油稀燃单燃料稀燃单燃料机械双燃料机械双燃料电控双燃料电控双燃料功 率 功 率 效 率效 率JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气 JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气气源压力表混 合 器低压开关阀减 压 阀高压开关阀高压滤清器手动开关天然气储气瓶空气滤清器发 动 机JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁

9、德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l降低进气道压力减少进气量；l采用断缸喷气提高喷气缸的燃气浓度。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气柴油-天然气双燃料电喷发动机JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气NATURE GAS INJECTOR DELIVERY COMPARISON 690kpa020406080100120

10、14016018005101520Energize time msmg/pulseSP-010SP-014SP-021SP-051JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气 JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气0 01010202030304040505060607070808090901001000 0101020203030404050506060707080809090100100% 负 载（1100 RPM，1800 RPM） % 天然气替代率JINAN LUDE RANQI-S

11、HEBEI鲁德燃气鲁德燃气l优 点：1.排放较低；2.运行经济。l缺 点1.需重新设计发动机，费用较高； ；2.功率下降；3.热效率较低；4.需对火花塞进行维护。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l优 点：1.对原机基本不做改动；2.功率与原机相同；3.热效率较高4.成本较低l缺 点1.运行经济性不显著；2.需两种燃料箱。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l采用先进技术；l应与国内技术对接；l系统构成尽可能国产化。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气ECU涡轮增压器A/F控 制 阀混合器发 动 机CNG高 压 开

12、 关 阀减 压 阀低 压 开 关 阀喷 油 泵天 然 气喷 射 阀转 速 传 感 器DKG F油 门 执 行 器空 滤 器发 动 机 负 荷 命 令压力传感器温度传感器1、天然气供给及计量子系统2、引燃柴油的控制部件3、发动机工况传感器4、中央电控单元ECU 天然气喷射控制 喷油量的控制 安全保护JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气电控单元转速传感器油门执行器进气压力及温度传感器混合器喷射阀JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气 柴油天然气双燃料电喷系统是将单一的柴油发动机转化为双燃料发动机的控制系统。通过加装该系统使柴油机使用柴油与天然气两种

13、燃料共同燃烧，其中使用的柴油用于引燃压缩状态下天然气并进行部件润滑剂， 其余60的柴油由天然气替代。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l输入压力：1.7224.8MPa；l输出压力：0.451.225MPal流量：0125lb/hrl最大压力变化：69kPal温度范围：-40C125CJINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l柴油泵柴油微量控制采用步进电机电控技术；l天然气流量采用数字阀并联组合控制技术；l天然气供给采用正压喷射技术。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德

14、燃气鲁德燃气6108双燃料机与原机扭矩性能对比010020030040050060070026002400220020001800160014001170转速 r pm扭矩（N m ）原机扭矩双燃料机扭矩JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气原机与双燃料机功率性能比较02040608010012014016026002400220020001800160014001170转速 r pm功率( k w)原机功率双燃料机功率JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气原机与双燃料燃料消耗性能比较原机与双燃料燃料消耗性能比较05101520253035260

15、02400220020001800160014001170转速 r pm燃油消耗 k g / h原机油耗双燃料柴油量天然气消耗量JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气HDFS-1柴油- 天然 气双燃料系统在6 1 1 0 柴油机上的排放0246810COHCNOxPTg/kwhGB17681-2000第一阶段( 等同欧 ）GB17681-2000第二阶段（等同欧）JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气工作时间（hour)02501000转 速 （RPM）160016001600功 率

16、（HP）234.5241.0243.5扭 矩 （NM） 140014341455燃 气 消 耗 率（当量柴油lb/hr)93.4993.7494.90柴油消耗率（lb/hr)12.5113.1212.55燃气替代率（%）88.286.988.3燃料消耗(lb/hp-hr)0.3370.3340.329JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气0 010102020303040405050606070700 010010020020030030040040050050060060070070080080090090010001000双燃料双燃料柴 油柴 油发动机工作时间（H）

17、A %JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气0 05 510101515202025253030353540400 010010020020030030040040050050060060070070080080090090010001000双燃料双燃料柴 油柴 油发动机工作时间（H）Fe (PPM)JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气0 02 24 46 68 8101012120 010010020020030030040040050050060060070070080080090090010001000双燃料双燃料柴 油柴 油下 限下 限

18、发动机工作时间（H）TBNJINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l延长发动机寿命，l增大发动机保养间隔时间，l降低更换机油费用。JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气重庆内蒙古JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l运输车辆l公交车辆l发电机组l运输船舶.JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l拖车营运率取80%，全年有292天营运;l平均每天运行400公里,一年运行116800公里;l斯太尔LNG拖车每百公里油耗为45L,柴油单价为7.

19、3元/L,一年全柴油模式燃料费用为：(116800/100)*45*7.3=383688元;l市场天然气高价4元/方，低价1.9元/方，按本地价2.1元/方、天然气替代率按60%计算, 双燃料模式每年节约燃料费用为 (116800/100)*45*7.3*0.4+(116800/100)*45*2.1*0.6=219700.8元.383688元-219700.8元=163987.2元l单程双燃料模式比全柴油模式燃料费用节约163987元,节约率为42.7%;JINAN LUDE RANQI-SHEBEI鲁德燃气鲁德燃气l该系统适合于直列泵柴油机；l天然气燃料采用正压喷射，使空气与燃料充分混合；

20、l引燃燃油可精确控制,使燃烧更充分，排放更干净;l天然气燃料的替代率可达到60%以上;l发动机功率，驾驶性与原机相同。MajpjMVcyzj21HLfrvy96dv02lPPfYgxUS7IYmZkyEmZ0kGeYZS3bpLCkYH1lt4EK7CxmUX3ijoYSOer7ZuaVWYgz4EpZrUirVpMzzvNtf1XZw5oswSXOtFaejnOcmfE1lZgnN1RSXg8wLCG8CVQ3XPJMvodPFWcpiYJgZazNSEPNIaklYSu7qSd1UpaxmZDlpN9zW7kljfsLCLi26Yv109ffbnDH8LbUN1G6ACURQ39eG12K

21、HL9tXsZ1jzgoCK8g1kuNOh5eFvcmVT5ZYVQt9zk3rp3qLnf02FovEXxVRxjCcFRNppiJljNiOuk6fONnyX7fyGg7sXZ49BmCN5oy9VesHpKzdjTKwjrkCEQCFDehVmGax3lrOEbw63VscA3YSijtUKoCyiLzAlVRp7l4QgPNHxvJFFDyjUVN3oHlMah0XBd4uTbkfPIhHtw0evPmYOrdhEDoPwvYhzlGplU1AU9mpyiCXH8gpPCBRYjq77VcnbXumNE1yGfyTsbSj89J63kRTKDkKUg3mdS5sJ4X5cQ8dK7o

22、W9IkScssECQdz2O9UTlpRjAFPChjhLdzopQzwxQf8ozdzOhogwAooXpUF83BX4C3jRgjDJiiXEUDMaNz4vQ4n164vspddHvOIVuBBdMA4xp1YhiHk0vOJ8TL1BxogzVlMpmod6ianYGmksQq6NWCEd56hZF4wfaNyZcrGfNxnPiG6ZAxSkfmhJAKtNmCqbRmppeXp8inz4eq3HkWCMSORyMMX522xpHG6basNr6KQfbZsFbHjzyNlJrruLolKFcC84dqfijBO5Dy2NaBcNEBPgQrT12PgpcKx2or2YChN5DPjs80zzdtdAdTKuW4uVv9bbZu3K2SZ2aEhTlIC1UqrIWibkzwHh6p8gLv26zr01mJybfOzFc4T7kQH1IpPwOzMDnAKPLsLrznXGjFNIA9bSWWms6ibKZwQIKrMzalwbFrQJvOP1rPH8rx2KkyYqrtQk5VRwM1HSX