柴油发动机燃气化技速VER1.0

1、柴油发动机燃气化技术柴油发动机燃气化技术北京富地红华动力技术有限责任公司2012 09FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华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FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华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

2、2010年国产石油国产石油进口石油进口石油亿吨FORTUNE富地红华富地红华l15个城市正在推进示范工程；l已建成加气站1300余座；l已改造车辆约14万辆FORTUNE富地红华富地红华98%汽油车2%柴油车FORTUNE富地红华富地红华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；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有全电控与非全电控，改装效果差异明显。FORTUNE富地红华富地红华2 柴油发动机燃气化技术柴油发动机燃气化技术FORTUNE富地红华富地红华柴油发动机燃汽化改造方案NG单燃料发动机双燃料发动机双燃料发动机柴油机柴油机FORTUN

3、E富地红华富地红华柴油机改为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。FORTUNE富地红华富地红华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FORTUNE富地红华富地红华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

4、温度和低LAMBDA条件下工作。FORTUNE富地红华富地红华发动机型号额定功率（马力）纯天然气/柴油比 值Cummins5.9B/5.9G230/2750.84Cummins8.3C/8.3G275/3500.79CumminsL10/L10G300/3300.91DDCS-50/50G270/3250.83FORTUNE富地红华富地红华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 %)。FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华 FORTUNE富地红华富地红华l对于双燃料发动机，既没必

5、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。FORTUNE富地红华富地红华压缩比压力比温度比热效率%平均/峰值1229.7732K/323K2.3228/381848.1863K/

6、323K2.6741/432470.7952K/323K2.9540/43注：爆震在温度为1000K以上发生。FORTUNE富地红华富地红华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。 FORTUNE富地红华富地红华0 0101020203030404050500.90.91 11.11.11.21.21.31.31.41.41.51.51.61.61 11.81.81.91.92 22.12.12.22.22.32.32.42.42.52.5Coolant Heat Rej. -%Coolant Heat Rej. -%Eficiency - %Eficiency

7、 - %Nox -g/hp-hNox -g/hp-hBMEP -barBMEP -bar过量空气系数FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华0 02020404060608080100100120120140140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FORTUNE富地红华富地红华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FORTUNE富地红华富地红华 FORTUNE富地红华富地红华气源压力表混 合

8、 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FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华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。FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华柴油-天然气双燃料电喷发动机FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华l两通常闭型，l材料为不锈钢，l插装式结构，lPWM控制方式，l压力可达14MPa,l建议采用超音速流速，l建议采用1滤清器。FORTUNE富地红华富地红华NATURE GAS INJECTOR DELIVERY

9、COMPARISON 690kpa02040608010012014016018005101520Energize time msmg/pulseSP-010SP-014SP-021SP-051FORTUNE富地红华富地红华 FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华0 01010202030304040505060607070808090901001000 0101020203030404050506060707080809090100100% 负 载（1100 RPM，1800 RPM） % 天然气替代率FORTUNE富地红华富地红华l优 点：1.排放较低；2.运行经济。

10、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。FORTUNE富地红华富地红华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。FORTUNE富地红华富地红华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。FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华 该系统目前的配套对象为柴油机。使用该系统后，柴油机燃料供给方式由原来单一的柴油模式改为柴油-天然气双燃料模式和全柴油模式两种模式工作。该系统在柴油-天然气双燃料模式工作时，进入发动机汽缸的微量

11、柴油主要起引燃作用，而天然气作为主燃燃料为发动机提供动力能源。该系统由ECU、天然气过滤器、天然气减压系统、脉宽调制型天然气喷射器、混合器、油门执行器、发动机转速传感器、油门位置传感器、进气压力传感器、排气温度传感器、线束总成、天然气、管路等组成。ECU根据各个传感器感受的发动机工作参数以及油门踏板指令，通过油门执行器精确控制柴油供给量，通过脉宽调制型天然气喷射器精确控制天然气供给量，从而对发动机的燃烧和排放进行优化，使发动机的燃料管理系统数字化。 FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华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性能及热效率与柴油机相同，

12、动性能及热效率与柴油机相同，动力不下降力不下降不改变柴油发动机结构，外挂式不改变柴油发动机结构，外挂式安装安装适应性好，可以与发动机厂配套，适应性好，可以与发动机厂配套，也可以改造现有的柴油发动机也可以改造现有的柴油发动机平均替代率平均替代率70%70%可随时由双燃料状态返回全可随时由双燃料状态返回全 柴油状态柴油状态FORTUNE富地红华富地红华脉宽调制型天然气喷射器脉宽调制型天然气喷射器: :关键部件，计量喷射进入发关键部件，计量喷射进入发动机气体燃料动机气体燃料线性度好、速度快、动作准线性度好、速度快、动作准确、耐用可靠确、耐用可靠FORTUNE富地红华富地红华采用采用PIDPID控制技

13、术，控制精控制技术，控制精度高动态响应好度高动态响应好根据发动机的工况对柴油量根据发动机的工况对柴油量进行精确控制，提高了天然进行精确控制，提高了天然气对柴油的替换率气对柴油的替换率FORTUNE富地红华富地红华严格遵守车用标准，通过重庆检严格遵守车用标准，通过重庆检验院检验验院检验双控制器冗余，可靠的防护双控制器冗余，可靠的防护自诊断及记录功能，可对不同车自诊断及记录功能，可对不同车辆进行优化辆进行优化FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华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。FORTUNE富地红

14、华富地红华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FORTUNE富地红华富地红华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FORTUNE富地红华富地红华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0510152025303526002400220020001800160014001170转速 r

15、 pm燃油消耗 k g / h原机油耗双燃料柴油量天然气消耗量FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华工作时间（hour)02501000转 速 （RPM）160016001600功 率 （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)0.3370.3340.329FORTUNE富地红华富地红华0 0101020203030

16、40405050606070700 010010020020030030040040050050060060070070080080090090010001000双燃料双燃料柴 油柴 油发动机工作时间（H）A %FORTUNE富地红华富地红华0 05 510101515202025253030353540400 010010020020030030040040050050060060070070080080090090010001000双燃料双燃料柴 油柴 油发动机工作时间（H）Fe (PPM)FORTUNE富地红华富地红华0 02 24 46 68 8101012120 0100100200

17、20030030040040050050060060070070080080090090010001000双燃料双燃料柴 油柴 油下 限下 限发动机工作时间（H）TBNFORTUNE富地红华富地红华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。FORTUNE富地红华富地红华总 结 l只要设计合理，双燃料发动机在获得优良的性能同时，同样可以保证低的排放；l轻型发动机单燃料；l重型发动机双燃料；l随着LNG的普及，双燃料发动机的使用将会更广泛。FORTUNE富地红华富地红华车用柴油发动机双燃料改造车用柴油发动机双燃料改造FORTUNE富地红华富地红华序号发动机型号功率(KW)综合

18、替代率燃料类型161028865%CNG2610813270%CNG3611013572%CNG4411213565%CNG5YC6J-19019067%CNG6奔驰OM44223084%LNG7奥威6DL23575%LNG8尼桑RF625083%LNG9WD615.4425073%LNG10YC6M32025078%LNG11WD615.8222073%LNG12奔驰OM44123580%LNCNG14PT26125082%CNGFORTUNE富地红华富地红华柴油柴油-天然气双燃料系统的安装特点：天然气双燃料系统的安装特点： 外挂式系统，外挂式系统， 发动机改动小，

19、发动机改动小， 对纯柴油运行无影响，对纯柴油运行无影响， 燃料转换容易。燃料转换容易。FORTUNE富地红华富地红华确定确定LNG钢瓶安装位置；钢瓶安装位置；确定钢瓶确定钢瓶支架固定支架固定点；点；加加气气方便；方便；底盘受力平衡；底盘受力平衡；安装安装应牢固应牢固。FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华。FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华柴油双燃料百公里燃料消耗柴油：20.48L柴油：6.62LCNG：16.2方燃油替代率/67.6%发动机水温50-80摄氏度50-80摄氏度驾驶性正常正常富地红华双燃料产品应用FORTUNE富地红华富地红华富地

20、红华双燃料产品应用牵引车全柴油 双燃料发动机马力360PS360PS载 重35T35T百公里燃油 消耗柴油42L柴油13.4LCNG33M燃油替代率68%燃油节省率油气价比3:144%续航能力CNG4瓶X140L300KMFORTUNE富地红华富地红华富地红华双燃料产品应用自卸车全柴油 双燃料发动机马力336PS336PS载重65T65T百公里燃油 消耗柴油50L柴油15LCNG40.3M燃油替代率70%燃油节省率油气价比3:145%续航能力CNG7瓶X80L250KMFORTUNE富地红华富地红华项目计算公式替代率计算（纯油耗-现油耗）纯油耗100%气油消耗比计算气耗（纯油耗现油耗）=1.1

21、：1双燃料模式油耗计算纯油耗（100%-替代率）双燃料模式气耗计算（纯油耗双燃料模式油耗）1.1燃料节省费用（元/100KM)纯油耗费用（双燃料油耗费+双燃料气耗费）节约率（%/100KM)燃料节省费用纯油耗费用FORTUNE富地红华富地红华302号船装有三台6135发动机，根据发动机参数计算，两台动力机满负荷油耗为63升/小时，发电机70%负荷的油耗为22升/小时，三台发动机合计油耗为85升/小时，按该船每天运行8小时计，该船运行一天需858=680升柴油。 改装前每天的燃料成本为： 680升5.8元/升=3944元（柴油油价按5.8元/升计） 改装后，原来所使用柴油的70%被天然气替代，柴

22、油只消耗原来的30%，每天的燃料成本 = 柴油成本+天然气成本 改装后柴油成本： 680升30% 5.8元/升=1183.2元 改装后天然气成本： 680升70% 4.5元/方=2142元 改装后燃料合计成本： 1183.2元+ 2142元=3325.2元 改装后每天可节约燃料成本： 3944 - 3325.2元=618.8元 全年300天总节能经济效益为18.564万元。FORTUNE富地红华富地红华船用柴油发动机双燃料改造船用柴油发动机双燃料改造FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华81研发期 2003-2008 6135、6138台架试验 长航科技部技术鉴定试验期

23、2008-2011 302号拖轮、长迅三号 试航试验，经济性论证推广期 2011-2012 巴南、秭归加气站建设 川江段船改工程FORTUNE富地红华富地红华8220102010年年8 8月月, ,我国内河第一艘我国内河第一艘“油改气油改气”船，武轮拖船，武轮拖302302号船获国家船检总局肯号船获国家船检总局肯定定 ，湖北西蓝天然气有限公司、武汉，湖北西蓝天然气有限公司、武汉轮渡公司，油气轮渡公司，油气3:73:7，燃料成本降低，燃料成本降低30%30%，80%80%的的SOxSOx，20%20%的的CO2CO2长航集团选择了旗下长航集团选择了旗下25002500吨级散装货轮吨级散装货轮“长

24、讯三号长讯三号”作为实验船，进行了双燃作为实验船，进行了双燃料系统改造，料系统改造，20112011年年3 3月月11131113日，进行日，进行了双燃料系泊和航行试验，了双燃料系泊和航行试验，72%72%，通过，通过了了CCSCCS检验。检验。FORTUNE富地红华富地红华l燃气的生产、供应燃气的生产、供应l物流运输方式及环节物流运输方式及环节l加气站选点及受气方式加气站选点及受气方式FORTUNE富地红华富地红华管系及布置和材料通风消防可燃气体探测防爆电气设备使用 机器处所FORTUNE富地红华富地红华开敞甲板布置开敞甲板布置1.次屏保护次屏保护2.通风通风3.可燃气体探测可燃气体探测4.

25、消防消防 气罐处所1.容量要求容量要求2.布置要求布置要求3.防碰撞要求防碰撞要求4.防泄漏要求防泄漏要求5.消防要求消防要求舱内布置舱内布置FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华加装加装LNGLNG储罐储罐加装加装LNGLNG管线管线加装双燃料发动机加装双燃料发动机控制系统控制系统5070901101301501701902102307009001100柴 油功功率对比功率对比501001502002503003504004507009001100柴 油排排温对比排温对比20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%7009

26、001100替代率替代率替FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华实船试验结果证明，实船试验结果证明，“长迅长迅3 3号号”燃用柴油燃用柴油/ /天然气双燃料的改造具备良好天然气双燃料的改造具备良好的经济性。的经济性。双燃料技术中天然气对柴油平均替代率达双燃料技术中天然气对柴油平均替代率达70%70%以上，平均替代比为以上，平均替代比为1 1：1.051.05；按照国家油气定价机制，双燃料技术在常用经济转速下可节省按照国家油气定价机制，双燃料技术在常用经济转速下可节省22.03%22.03%的燃的燃料成本，最优可达料成本，最优可达30.58%30.58%。FORTUNE富地

27、红华富地红华船舶船舶航行状态稳定，动力设备工作航行状态稳定，动力设备工作正常正常航行航行柴油替代率为：柴油替代率为：空载空载57.8%，满载满载72.1%改造改造具备良好的经济性，可具备良好的经济性，可在在二二年左右年左右收回投资。收回投资。FORTUNE富地红华富地红华FORTUNE富地红华富地红华2004年与贵州柴油厂成功开发年与贵州柴油厂成功开发6138增压柴增压柴油油-天然气发动机，两种工作模式下发动机的天然气发动机，两种工作模式下发动机的功率、扭矩、动力性、功率、扭矩、动力性、起动性均保持相同，同起动性均保持相同，同原原6138纯柴油机相比具有如下特点：纯柴油机相比具有如下特点： 发动机的排放更清洁； 采用电子调速，提高调速性能 稳态调整率：1.4%，瞬态调整率：4.47%， 稳定时间：3.22s； 天然气的替代率大于80。FORTUNE富地红华富地红华双 燃 料 试 验 表序 号转速名义功率扭矩双