雙燃料發動機的研究現狀

摘 要：該文介紹了國內外雙燃料發動機的研究開發現狀，闡述了雙燃料發動機的工作以及控制的原理，并且對雙燃料發動機的工作特性進行了闡述，對其動力性能、經濟性、排放特性的進行了分析和探討。

關鍵詞：雙燃料發動機 控制 排放

中圖分類號：TK46 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）04（b）-0252-01

近年來，隨著國內外汽車工業的飛速發展，汽車的持有量成倍地增加，由汽車發動機引起的能源和環境污染問題越來越受到人們的重視。為了改善環境，解決能源危機，雙燃料發動機在世界各國受到了高度的重視。雙燃料發動機是指能使用兩種燃料的發動機，雙燃料發動機除使用汽油、柴油之外，還能夠使用替代燃料，其中替代燃料能夠降低汽車尾氣污染。將發動機改裝為雙燃料發動機，對原發動機系統改動小，只需要添加一套供氣的系統就能夠實現雙燃料發動機的運行。現階段，雙燃料發動機是以天然氣-柴油為主要的燃料。天然氣-柴油雙燃料發動機既可以燃燒天然氣/柴油兩種燃料，也可以單獨地使用柴油燃燒，在天然氣的供應不充足時， 雙燃料發動機就會恢復至原機的工作方式。

1 雙燃料發動機的工作原理

雙燃料發動機在工作時主要有兩種形式[1]：一種是氣體燃料為主要的形式；另一種是以普通的柴油機為主要的工作形式。通常天然氣為主要的氣體燃料，柴油為引燃燃料。當進行氣體燃料工作時，氣體燃料噴入至進氣道，然后伴隨這空氣共同進入汽缸，因此發動機在壓縮過程中就變成了壓縮空氣和氣體燃料的混合氣，在壓縮過程的終點，加入少量的柴油作為引燃燃料來引燃缸內的氣體燃料-空氣混合物。

2 雙燃料發動機的控制原理

雙燃料發動機電控系統主要由傳感器單元、電子控制單元及執行單元組成。電子控制單元（ECU）是電控系統的核心，其用來存儲標定數據和控制程序。傳感器主要包括：進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、油門位置傳感器、發動機轉速傳感器等。電子控制單元主要是將傳感器單元所檢測到的發動機運行狀態等各參數進行統計分析和處理，從而通過控制程序來控制燃油、燃氣執行器的開度，從而控制發動機轉速和功率[2]。

3 雙燃料發動機的工作特性

3.1 動力性能

通過專業的直流電力測功器分別對雙燃料發動機燃用純柴油單燃料以及柴油天然氣雙燃料的外特性進行了研究，兩種燃料類型的外特性扭矩特性對比曲線如圖1所示[2]。

由圖1可知，柴油/天然氣雙燃料發動機的動力性能和原柴油機相比在正常情況下有所提高。尤其是在發動機的轉速大于2200 r/min 時，柴油/天然氣雙燃料發動機的動力性能有很大的提高，扭矩也提高了6%左右。提高的原因是由于采用了噴射閥可以直接將天然氣噴射至進氣道，并且可以精確地控制燃料的噴射量。

3.2 經濟性

圖2為雙燃料發動機的兩種工作模式的當量比油耗[3]。由于氣體燃料模式的發動機會出現充氣時的短路損失以及燃燒不充分的情況，其當量比油耗會稍微有所升高，但是氣體燃料的價格優勢，使用天然氣還是比較經濟的。圖3為雙燃料發動機的柴油替代率[2]，從圖3可知，替代率隨發動機轉速的提高而增加，發動機轉速在1200～1600 r/min之間時，替代率基本成線性增加；發動機轉速在1600 r/min以上時，替代率達到80%以上，當發動機轉速達到2400 r/min以上時，替代率可以保持在85%。原因在于引燃燃油量不會隨著轉速的提高而發生改變，而發動機轉速越高時，功率也越高，所需要的氣體燃料也就越多，即天然氣的需求量越多，替代率也就越高。

3.3 排放特性

根據《柴油車及柴油機排放物控制》的相關規定，相關人員進行了發動機的氣體排放和微粒顆粒物排放的研究，實驗結果見圖4[2]。研究表明，柴油/天然氣雙燃料發動機的氣體排放和微粒顆粒物排放得到了改善，污染物濃度有所降低，其中NOx的排放比原機降低約49%，固體顆粒物排放比原機降低51%，CO排放比原機稍有改善，但HC排放增加。排放物中除HC外，各項指標均達到了歐洲I號排放標準，并且解決了柴油機中NOx和固體顆粒物排放的矛盾。

4 結語

雙燃料發動機因其具有使用燃料靈活、污染物排放少、發動機改動小、改動成本低等特點而具有良好的應用前景，已成為改善發動機燃油經濟性、污染物排放和降低噪聲的有效的技術方案。

參考文獻

[1]李斌.雙燃料發動機的工作原理及排放控制[J].船舶機電技術，2012（5）：39-41.

[2]姜麗，王春發，張幽彤.雙燃料發動機電控多點順序噴射系統開發研究.車輛與動力技術，2002（2）：12-17.

[3]錢恒榮，高世倫.電控雙燃料發動機的研究與開發[J].現代車用動力，2003（3）：1-3.