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論文導(dǎo)讀:：介紹了柴油-LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及工作原理，在對(duì)X6170ZC-19柴油機(jī)進(jìn)行簡單改裝的基礎(chǔ)上，通過推進(jìn)特性試驗(yàn)證明：柴油-LNG雙燃料柴油機(jī)的天然氣消耗量計(jì)量準(zhǔn)確、能精確控制燃料消耗量；綜合替代率高；與燃用純柴油相比，具有燃料消耗量更低、熱負(fù)荷更低、排放指標(biāo)更環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
論文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，雙燃料，混燃系統(tǒng)，特性試驗(yàn)，LNG

　　一、前言
　　能源匱乏和環(huán)境污染已成為世界各國所面臨的兩大難題，為此采取了諸多解決措施。在環(huán)境污染方面，主要采用電控噴射、三元催化轉(zhuǎn)化、混合動(dòng)力等先進(jìn)技術(shù)，最大限度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放；為解決能源短缺，主要采用壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）、液化天然氣（LNG）、甲醇、乙醇、二甲醚（DME）、氫氣等清潔代用燃料。在眾多代用燃料中，天然氣具有資源豐富、分布廣泛、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，并且可以改善微粒和NOx等有害排放[2]。柴油-天然氣混燃系統(tǒng)就是通過對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行簡單的改造和調(diào)試，將柴油機(jī)改造成既能使用純柴油，又能使用柴油-天然氣混燃的兩用發(fā)動(dòng)機(jī)。因此，LNG在柴油機(jī)上的成功應(yīng)用對(duì)于解決能源匱乏和環(huán)境污染問題具有非常重要的意義。
　　二、雙燃料電控噴射系統(tǒng)
　　（一）系統(tǒng)組成[3]
　　柴油-LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)是為了使LNG能夠作為柴油機(jī)的主燃料而開發(fā)的一種燃料供給控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用微電子控制技術(shù)，通過控制用于引燃的微量柴油和用于主燃的LNG，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)換成為柴油-LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。其系統(tǒng)組成如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由兩大部分組成。一是柴油-LNG 供油部分，主要由高壓氮?dú)馄�、柴油罐、液化石油氣罐、混合器等組成雜志網(wǎng)，負(fù)責(zé)向發(fā)動(dòng)機(jī)高壓油泵提供燃油。二是系統(tǒng)控制部分，主要由ECU及外圍控制電路、顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路、壓力傳感器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集電路等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥導(dǎo)通時(shí)間的控制及完成混合比例的設(shè)定及顯示。
　�。ǘ�）工作原理[4]
　　柴油機(jī)加裝柴油-LNG雙燃料電控噴射系統(tǒng)后，通過接收傳感器信號(hào)，ECU將嚴(yán)格限制柴油的供應(yīng)量并協(xié)調(diào)同步控制噴射到進(jìn)氣道的天然氣噴射量。
　　該系統(tǒng)通過控制柴油機(jī)原有燃油泵的輸出限制柴油，所采用的方法是采用由ECU控制的帶位移反饋的控油器閉環(huán)控制來調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)油泵，根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷增加或減少來控制燃油的噴射量。天然氣通過天然氣噴射閥精確計(jì)量后噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)。天然氣噴射量由ECU電控單元根據(jù)傳感器接收到的信號(hào)通過控制噴射閥的有效開度來決定，以獲得所需的轉(zhuǎn)速和功率。為了提高天然氣噴射量的控制精度，該系統(tǒng)采用了多個(gè)閥依次參與工作的方式，從而細(xì)化了閥的工作區(qū)間和對(duì)天然氣量的控制精度。
　　由于該系統(tǒng)的柴油量控制是通過控油器控制柴油油泵來實(shí)現(xiàn)的，因此，當(dāng)返回到純柴油模式時(shí)，天然氣氣源切斷，控油器恢復(fù)到初始狀態(tài)，所以在純柴油工作模式時(shí)，安裝該系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工作模式與原機(jī)完全相同。
　　三、試驗(yàn)裝置及主要儀器設(shè)備
　�。ㄒ唬┰囼�(yàn)裝置圖
　　

試驗(yàn)裝置如圖2所示。其中，柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)為湘儀動(dòng)力測(cè)試儀器廠生產(chǎn)的SG630，液化天然氣罐由張家港富瑞特種裝備股份有限公司生產(chǎn)，低溫液體汽化器由蘇州新銳低溫設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CQ-1OO/1.6，測(cè)控系統(tǒng)為杭州中成EST內(nèi)燃機(jī)測(cè)試系統(tǒng)EST-2002，柴油機(jī)為濰坊柴油機(jī)廠生產(chǎn)的X6170ZC-19。
　�。ǘ�）柴油機(jī)X6170ZC-19的主要參數(shù)如表一所示
　　表一 X6170ZC-19的主要參數(shù)
　　

四、推進(jìn)特性試驗(yàn)及結(jié)果分析
　　（一）推進(jìn)特性試驗(yàn)
　　按推進(jìn)特性的關(guān)系分別擬定了600r/min、700 r/min、800r/min、900 r/min、1000r/min、1100 r/min、1200r/min七個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)滿載狀態(tài)下的扭矩值，并在恒轉(zhuǎn)速恒扭矩條件下進(jìn)行燃油消耗量、排氣溫度、排氣煙度和綜合替代率（綜合替代率是指柴油機(jī)在實(shí)際工況下，以混燃狀態(tài)運(yùn)行時(shí)的替代率。綜合替代率與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷越接近額定工況，綜合替代率越高。）的測(cè)量。結(jié)果表明：在雙燃料狀態(tài)下，隨著轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的不斷增加，燃油消耗量逐漸降低、替代率從45.21%至84.88%逐漸遞增，機(jī)油壓力和溫度基本不變雜志網(wǎng)，水溫和排氣溫度略有下降，煙度值下降明顯。
　　圖3為柴油機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃料消耗量的對(duì)比圖，其中橫坐標(biāo)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)為燃料的當(dāng)量消耗量，圖標(biāo) “混燃天然氣”表示燃用雙燃料時(shí)天然氣的當(dāng)量消耗量，“混燃柴油”表示燃用雙燃料時(shí)柴油的當(dāng)量消耗量，“純柴油”表示發(fā)動(dòng)機(jī)燃用純柴油的當(dāng)量消耗量，“混燃”表示燃用雙燃料時(shí)柴油和天然氣的當(dāng)量消耗量的總和。由圖3可以看出，在所有轉(zhuǎn)速下，燃用純柴油時(shí)所消耗的量總是大于燃用雙燃料，這表明燃用雙燃料時(shí)經(jīng)濟(jì)性更好。
　　圖4為柴油機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，燃用柴油和混燃時(shí)的排氣總管溫度和排氣煙度對(duì)比圖，由圖中可以看出，混燃時(shí)排氣總管的溫度略低于燃用純柴油，表明燃用雙燃料時(shí)柴油機(jī)的熱負(fù)荷稍低一些，這有利于延長柴油機(jī)的使用壽命；而混燃時(shí)煙度值大大降低，這是因?yàn)長NG與柴油混合充分、均勻，燃燒較完全，因此燃用雙燃料時(shí)的環(huán)保性能可大大提高[5-6]。
　　圖5為柴油機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燃用雙燃料時(shí)的綜合替代率曲線圖，由圖可以看出，隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，替代率迅速上升，從45.21%上升至84.88%，在900r/min時(shí)，其替代率就達(dá)到70%以上，說明在船用柴油機(jī)常用工況點(diǎn)的替代率都較高。
　�。ǘ�）試驗(yàn)結(jié)果分析
　　燃用雙燃料時(shí)柴油機(jī)的功率與燃用柴油時(shí)相當(dāng)，因此，其動(dòng)力性能可滿足船用推進(jìn)主機(jī)的需要雜志網(wǎng)，而經(jīng)濟(jì)性可大大提高，額定轉(zhuǎn)速時(shí)燃料費(fèi)用節(jié)約率高達(dá)27.6%。另外，由于使用雙燃料時(shí)柴油機(jī)的熱負(fù)荷降低，排氣煙度大大降低，氣缸內(nèi)的積碳很少，可減少氣缸與活塞之間的磨損，這有利于延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)大大改善了柴油機(jī)的環(huán)保性能。其中經(jīng)濟(jì)效益分析如下：
　　從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中選取800r/min、1000 r/min和1200r/min時(shí)所消耗的純柴油和雙燃料的總量進(jìn)行計(jì)算，其中柴油價(jià)格取7360元/噸，LNG的價(jià)格取5000元/噸，通過計(jì)算可得出燃料費(fèi)用節(jié)約率，如表二所示：
　　表二 經(jīng)濟(jì)效益分析表
　　

5．結(jié)束語
　　柴油-LNG雙燃料船用柴油機(jī)對(duì)原柴油機(jī)結(jié)構(gòu)改動(dòng)很小，改裝簡單、方便，工作穩(wěn)定可靠，可以根據(jù)需要在純柴油和柴油-LNG雙燃料兩種模式下自由轉(zhuǎn)換。從特性試驗(yàn)結(jié)果可知：雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性不低于原機(jī)水平；燃料消耗量大幅度降低、經(jīng)濟(jì)性大大提高；熱負(fù)荷降低、排放性能也得以優(yōu)化；綜合替代率最高可達(dá)84.88%。因此，柴油-LNG雙燃料船用柴油機(jī)在注重節(jié)能減排的新世紀(jì)具有良好的推廣應(yīng)用前景。

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