柴油机改装为压缩天然气减压阀关键技术

　　1.燃料供给系统

　　燃料供给系统由压缩天然气储气瓶、压力表、手动开关阀门、减压阀、滤清器、电磁开关阀、气轨、电磁喷气嘴等组成。压缩天然气储气瓶内20 MPa的高压气体经两级减压到0.1一0.8 MPa，各缸的喷气嘴共同安装在一个气轨上，然后由进气支管引向各自气缸的进气门处。减压阀因气体减压而吸收热量，产生“结冰”现象，在设计时引入发动机冷却液通道或机油通道，保证减压阀工作时维持在规定范围的温度，防止出现“结冰”现象。整个燃料供给系统必须保证密封，还要保证喷气嘴喷射出的压力在规定范围内，从而满足发动机负荷所需的供气量。电磁喷气嘴在保证流量要求外，还要求具有可靠性以及动态开启特性，以满足发动机控制器ECU对喷气量和喷气时刻的控制。

　　2.稀薄燃烧技术

　　稀薄燃烧是提高动力性的措施。稀薄燃烧由于空燃比大，混合气浓度较低，燃烧速度降低。实现稀薄燃烧的关键在于让混合气快速燃烧，即缩短火焰的发展期和燃烧持续时间。在中等转速时，柴油机的平均有效压力为1.15 MPa,改装为压缩天然气减压阀后，平均有效压力一般为0.9MPa。而采取稀薄燃烧，加大空气量，有效降低排气温度、减弱爆震趋势，可以通过增压技术将平均有效压力增加到1-1.O5 MPa，确保较高的动力性。通过改变混合气的运动情况来实现。燃烧速度很大程度上取决于混合气的紊流运动，首先由于紊流加剧，天然气与空气混合充分，加入燃烧的成分增加;其次，紊流能增加火焰的传播速度，提高局部燃烧速率;第三，紊流能够使火焰表面产生褶皱，从而增加火焰表面积，提高燃烧速率。增加紊流的手段主要是采用有利于降低压缩比且能够使天然气快速燃烧的楔形燃烧室结构或改变进气道的形状来形成一定强度的空气运动，从而产生较强的紊流运动，以达到速燃的目的。

　　3.压缩比和燃烧室

　　柴油机的压缩比一般为16-22，柴油机改为压缩天然气减压阀时必须降低压缩比。在选择压缩比时应充分考虑发动机效率、避免爆震。国内外研究经验表明，压缩天然气减压阀压缩比值通常选为10.5-12左右。通常柴油机缸内有较强的进气道形成的涡流，这不利于天然气的着火燃烧。在设计燃烧室时应设法减小缸内气体流动的强度，加强缸内的局部紊流，加速火焰的传播，提高燃烧速度。

　　根据国内外实验数据表明:楔型燃烧室比球形燃烧室的初燃期长，而主燃期短。这有利于加大点火提前角，减少后燃，提高热效率，降低排气温度。从点火到上止点在火花塞处的紊流强度累计值与初燃期密切相关。楔型燃烧室的挤流面积比球形燃烧室大，燃烧室内的平均紊流强度强，楔型燃烧室开口直径大，燃烧室壁面与火花塞的距离短，即使点火定时提前，也不容易产生爆震，这都有助于缩短主燃期，同时降低排气温度。

　　4.点火系统

　　天然气在常压下着火温度达537℃，比汽油、柴油均高出很多。但十六烷值低，不能采用压燃方式，而只能采用火花塞点火方式。要求系统具有高电压和高能量。

　　5.点火提前角标定

　　点火提前角是一个同时对发动机动力性和排放性能有重大影响的因素。因此，对点火提前角的标定，需要同时考虑发动机动力性和排放性能的优化。在各工况点的标定试验过程中，不断调整点火提前角值，使发动机在动力性满足设计要求的前提下，三种气体排放的综合值达到低，发动机的整体排放性能满足设计要求。

　　6.进气系统

　　压缩天然气减压阀采用缸外(进气道)混合方式，发动机负荷由进气量多少来调节的，进气管上应增加节气门和传感器(压力或流量、温度、位置)。全负荷时为喷射相同能量的燃料，天然气体积喷射流量是汽油的770倍，喷射压力高。为降低进气管内气压的波动，避免传感器输出信号的波动，保证发动机各缸进气的均匀性，进气管应有足够的容积，起到储存与稳压的作用。

　　7.控制策略

　　电控技术可以使发动机在各种工况工作时处于优状态，达到动力性、经济性、排放三者的协调统一。喷气时刻、脉宽、点火正时等控制参数是其控制核心。按照是否有回馈信号又可分为开环控制和闭环控制，由于稀燃时氧化催化剂的废气转化效能受空燃比影响很大，压缩天然气减压阀的功率、平均有效压力受天然气成分和空燃比的影响相对于汽、柴油较大，因此闭环控制是有效的方案。闭环控制通常采用氧传感器来反馈排气中的实际氧浓度，从而达到控制空燃比的目的。