双燃料发动机的研究现状
摘 要：该文介绍了国内外双燃料发动机的研究开发现状，阐述了双燃料发动机的工作以及控制的原理，并且对双燃料发动机的工作特性进行了阐述，对其动力性能、经济性、排放特性的进行了分析和探讨。
关键词：双燃料发动机 控制 排放
中图分类号：TK46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）04（b）-0252-01
近年来，随着国内外汽车工业的飞速发展，汽车的持有量成倍地增加，由汽车发动机引起的能源和环境污染问题越来越受到人们的重视。为了改善环境，解决能源危机，双燃料发动机在世界各国受到了高度的重视。双燃料发动机是指能使用两种燃料的发动机，双燃料发动机除使用汽油、柴油之外，还能够使用替代燃料，其中替代燃料能够降低汽车尾气污染。将发动机改装为双燃料发动机，对原发动机系统改动小，只需要添加一套供气的系统就能够实现双燃料发动机的运行。现阶段，双燃料发动机是以天然气-柴油为主要的燃料。天然气-柴油双燃料发动机既可以燃烧天然气/柴油两种燃料，也可以单独地使用柴油燃烧，在天然气的供应不充足时， 双燃料发动机就会恢复至原机的工作方式。
1 双燃料发动机的工作原理
双燃料发动机在工作时主要有两种形式[1]：一种是气体燃料为主要的形式；另一种是以普通的柴油机为主要的工作形式。通常天然气为主要的气体燃料，柴油为引燃燃料。当进行气体燃料工作时，气体燃料喷入至进气道，然后伴随这空气共同进入汽缸，因此发动机在压缩过程中就变成了压缩空气和气体燃料的混合气，在压缩过程的终点，加入少量的柴油作为引燃燃料来引燃缸内的气体燃料-空气混合物。
2 双燃料发动机的控制原理
双燃料发动机电控系统主要由传感器单元、电子控制单元及执行单元组成。电子控制单元（ECU）是电控系统的核心，其用来存储标定数据和控制程序。传感器主要包括：进气压力传感器、进气温度传感器、油门位置传感器、发动机转速传感器等。电子控制单元主要是将传感器单元所检测到的发动机运行状态等各参数进行统计分析和处理，从而通过控制程序来控制燃油、燃气执行器的开度，从而控制发动机转速和功率[2]。
3 双燃料发动机的工作特性
3.1 动力性能
通过专业的直流电力测功器分别对双燃料发动机燃用纯柴油单燃料以及柴油天然气双燃料的外特性进行了研究，两种燃料类型的外特性扭矩特性对比曲线如图1所示[2]。
由图1可知，柴油/天然气双燃料发动机的动力性能和原柴油机相比在正常情况下有所提高。尤其是在发动机的转速大于2200 r/min 时，柴油/天然气双燃料发动机的动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喷射阀可以直接将天然气喷射至进气道，并且可以精确地控制燃料的喷射量。
3.2 经济性
图2为双燃料发动机的两种工作模式的当量比油耗[3]。由于气体燃料模式的发动机会出现充气时的短路损失以及燃烧不充分的情况，其当量比油耗会稍微有所升高，但是气体燃料的价格优势，使用天然气还是比较经济的。图3为双燃料发动机的柴油替代率[2]，从图3可知，替代率随发动机转速的提高而增加，发动机转速在1200～1600 r/min之间时，替代率基本成线性增加；发动机转速在1600 r/min以上时，替代率达到80%以上，当发动机转速达到2400 r/min以上时，替代率可以保持在85%。原因在于引燃燃油量不会随着转速的提高而发生改变，而发动机转速越高时，功率也越高，所需要的气体燃料也就越多，即天然气的需求量越多，替代率也就越高。
3.3 排放特性
根据《柴油车及柴油机排放物控制》的相关规定，相关人员进行了发动机的气体排放和微粒颗粒物排放的研究，实验结果见图4[2]。研究表明，柴油/天然气双燃料发动机的气体排放和微粒颗粒物排放得到了改善，污染物浓度有所降低，其中NOx的排放比原机降低约49%，固体颗粒物排放比原机降低51%，CO排放比原机稍有改善，但HC排放增加。排放物中除HC外，各项指标均达到了欧洲I号排放标准，并且解决了柴油机中NOx和固体颗粒物排放的矛盾。
4 结语
双燃料发动机因其具有使用燃料灵活、污染物排放少、发动机改动小、改动成本低等特点而具有良好的应用前景，已成为改善发动机燃油经济性、污染物排放和降低噪声的有效的技术方案。
参考文献
[1]李斌.双燃料发动机的工作原理及排放控制[J].船舶机电技术，2012（5）：39-41.
[2]姜丽，王春发，张幽彤.双燃料发动机电控多点顺序喷射系统开发研究.车辆与动力技术，2002（2）：12-17.
[3]钱恒荣，高世伦.电控双燃料发动机的研究与开发[J].现代车用动力，2003（3）：1-3.