电控共轨柴油机燃用液化天然气—柴油双燃料循环变动的特点-《江苏农业科学》(2017年15期).docx

龙源版权所有 电控共轨柴油机燃用液化天然气—柴油双燃料循环变动的特点作者：宋建桐　张春化　李婕来源：《江苏农业科学》2017年第15期 摘要：为在柴油机上应用液化天然气，将电控共轨柴油机改装为柴油引燃天然气的双燃料发动机，天然气在进气歧管前通过混合器与空气混合，引燃柴油由原高压共轨系统供应，喷油量和喷油正时由双燃料电控单元（electronic control unit，简称ECU）控制。在双燃料发动机试验台架上，对比研究发动机转速为1 200 r/min，负荷率为25%、75%时，原柴油机与双燃料发动机的燃烧循环变动。结果表明，与原机相比，双燃料发动机峰值压力循环变动系数、峰值压力升高率循环变动系数和平均指示压力循环变动系数均升高；与25%负荷率相比，75%负荷率时，原机的峰值压力循环变动系数和峰值压力升高率循环变动系数增大，平均指示压力循环变动系数降低；双燃料发动机的峰值压力循环变动系数、峰值压力升高率循环变动系数和平均指示压力循环变动系数均降低。 关键词：电控共轨；柴油机；液化天然气；双燃料；循环变动 中图分类号： TK46+4文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2017）15-0209-05 随着能源危机和环境污染的进一步加剧，代用燃料应用技术得到了快速发展。在众多车用代用燃料中，天然气凭借其辛烷值高、燃烧清洁和价格低廉等特点，占据了较大的市场份额。天然气在汽油机和柴油机上均可应用，一般情况下，以压缩天然气（CNG）或液化天然气（LNG）的形式应用于车上。20 MPa的CNG的密度为175 kg/m3，而LNG的密度为 435 kg/m3，因此，LNG应用于重型车上具有续驶里程长的优势[1]。 往复式内燃机以柴油机和汽油机为主，柴油机为扩散燃烧，汽油机为预混合燃烧，而LNG-柴油双燃料发动机的燃烧过程既包含引燃柴油的扩散燃烧，也包含天然气的预混合燃烧[2]。LNG-柴油双燃料发动机的天然气与空气预混合进入汽缸，但由于其自燃温度较高，在压缩冲程不能够自燃，所以在接近压缩冲程终了时，喷入少量柴油，柴油自燃后引燃周围的天然气和空气的混合气[3-4]。这种燃烧方式不但降低了碳烟和氮氧化合物（NOx）排放，还具有较高的热效率[5-6]。 近年来，随着排放标准的进一步提高，柴油机喷射系统得到了快速发展，电控高压共轨喷射系统的应用逐渐广泛[7-8]。与传统柴油机相比，电控共轨柴油机的喷油正时和喷油量控制精确且方便，这有利于LNG-柴油双燃料的应用[9]。 燃烧循环变动是指发动机在某一稳定工况下，某个气缸相邻循环燃烧过程的变化[10-11]。与汽油机相比，柴油机进入气缸的只是空气，各缸的喷油量比较均匀，而且空气量比较充足，所以柴油机的循环变动相对较小，但柴油引燃天然气双燃料发动机在燃烧过程中具有预混燃烧和扩散燃烧的特殊性，有必要对其循环变动特性展开研究，对于认识这一复杂的燃烧过程、阐明循环变动产生的原因、寻求降低循环变动特性的措施意义很大[12-13]。 为研究电控共轨柴油机燃用LNG-柴油双燃料的燃烧循环变动，在1台电控共轨柴油机上加装天然气供给系统和电控系统，控制引燃柴油的喷射量、喷油正时和天然气供给量。在双燃料发动机试验台架上，对比分析原机与LNG-柴油双燃料发动机的峰值压力循环变动、峰值压力升高率循环变动和平均有效压力循环变动，为开发电控共轨柴油引燃天然气双燃料发动机提供研究基础。 1试验方法与数据处理 1.1試验装置 试验用LNG-柴油双燃料发动机由1台6缸、4冲程、增压中冷、强制水冷、电控共轨、直喷式柴油机改造而成，其主要性能和结构参数见表1。 试验用发动机台架测试系统如图1所示，在原柴油机控制系统的基础上，增加LNG-柴油双燃料控制系统。双燃料发动机控制系统与原机共享冷却水温度、曲轴位置、凸轮轴位置、油轨压力等信号。双燃料ECU可控制柴油喷油器及天然气供给系统的通断电磁阀和天然气喷射电磁阀，也可监测天然气液位和压力等。双燃料模式下，发动机的轨压、涡轮增压、废气再循环等仍由原机ECU控制。双燃料ECU可以通过控制外部继电器进行双燃料发动机的工作模式转换。 天然气混合器安装在发动机的进气总管上，在混合器内天然气与空气混合后进入发动机。缸压采集及放热率分析采用奇石乐（Kistler）公司的6052A型压电式缸压传感器、5019型电荷放大器及2893A型Kibox燃烧分析仪。缸压传感器安装在气缸盖上，采集到的信号为电荷信号，经电荷放大器放大处理后转化为正比于缸内压力的电压信号，并传给燃烧分析仪。电涡流测功机用来对发动机的转速、功率、水温、进气温度等参数进行监控和测量。 1.2试验方法 试验工况选取的发动机转速为1 200 r/min，负荷率为25%（27 kW）、75%（79 kW