我国大气污染状况日趋严重，其中最重要的污染源之一是汽车尾气，由于柴油微引燃技术的日趋成熟，使得双燃料汽车的排放指标可以达到闭环反馈单燃料燃气汽车所能达到的排放水平，而同时保持其在动力性、经济性、可靠性和灵活性方面的优势，是一种理想的高效低污染发动机技术。因此，双燃料发动机是目前降低汽车排放，节约能源较有效的发动机技术方案之一，尤其是柴油—液化天然气（LNG）双燃料发动机。因此，有必要对该双燃料发动机及整车应用情况进行分析研究。

柴油—液化天然气（LNG）双燃料发动机工作原理

柴油—天然气（LNG）双燃料汽车是在原柴油发动机车辆上加装一套天然气供给及电控喷射系统，将原来单一燃料的柴油发动机车辆转化为柴油—天然气（LNG）双燃料车辆。该车可在柴油、柴油—天然气之间自由切换，柴油—天然气双燃料电控喷射系统可实现不同工况柴油和天然气不同配比，从而保证车辆良好的动力性和经济性。柴油—天然气（LNG）双燃料发动机原理如图1所示。

柴油—天然气（LNG）双燃料发动机在正常情况下柴油作点火用，仅喷入少量柴油引发燃烧，天然气和柴油都有最小喷射量，电控单元控制柴油和天然气的喷射量。 

柴油—天然气（LNG）双燃料发动机，双燃料系统与驾驶员的接口为油气转换开关，当驾驶员将开关置于“断开状态”时，发动机工作在纯柴油模式下（即原机模式）。而当驾驶员将开关置于“闭合状态”，根据采集的发动机及燃气气路各信号，双燃料系统判断发动机当前情况，确定是进入双燃料模式还是纯柴油模式，然后将指令发送至柴油双燃料模式电控单元，电控单元实现模式切换。双燃料系统工作模式原理如图2所示。

（1）纯柴油模式

发动机工作在原机模式，仅进行柴油喷射，此时发动机工作状态与未加装双燃料系统时相同，双燃料系统处于监控状态，监控发动机及双燃料系统各信号。

 （2）双燃料模式

发动机在双燃料模式下工作，根据不同的发动机工况进行不同的燃油喷射。低怠速工况时，仅进行柴油喷射；低怠速以外工况时，进行双燃料喷射。柴油—天然气（LNG）双燃料发动机系统四冲程工作原理如图3和图4所示。

柴油—液化天然气（LNG）双燃料发动机的工作特性

本部分主要对柴油/液化天然气（LNG）双燃料发动机动力性、经济性和排放性进行了研究。

1.研究对象

采用潍柴WP10.336国V排放柴油机为原型机，在原发动机的基础上，增置了天然气供给系统、喷油信号模拟负载以及柴油—天然气双燃料电子控制系统（DECU），该柴油/液化天然气（LNG）双燃料发动机控制示意如图5所示，发动机原机参数如表1所示。

2.动力性

经过发动机台架测试，取得原型机及该双燃料发动机动力性能数据，如图6和图7所示。

从图中可以看出，双燃料发动机的转矩在低转速时下降比较明显，随着转速升高，双燃料发动机功率和转矩比纯柴油发动机略有下降。主要是因为天然气以气体的形式进入进气总管，使得发动机充气效率下降，从而引起发动机动力性有所降低。从图中也可看出，整体上双燃料发动机的动力性与原型机基本相当。

3.经济性

双燃料发动机经济性需要同时考虑燃油和燃气两种燃料消耗，需要分别进行经济性试验。因天然气的热值与柴油不同，所以不能用有效燃油消耗率来评价双燃料发动机的经济性。需要采用当量燃油消耗量来评价双燃料发动机的经济性，当量燃油消耗量使用以下公式进行计算。

式中：b为当量有效燃油消耗量；QLNG为双燃料燃气消耗量；HLNG为天然气热值；ρLNG为天然气密度；Hdiesel为柴油低热值；Qdiesel为双燃料工况下燃油消耗量。原型机与双燃料发动机当量燃油效率量如图8和图9所示。

 虽然双燃料发动机的当量燃油消耗量与柴油机相比有所增加，但天然气与柴油之间的价格存在差距，为表明经济性差异，采用综合成本节约率进行经济性分析。双燃料发动机的综合成本节约率采用以下计算公式计算。

式中：η为综合成本节约率；bo为原柴油机的燃油消耗量；bdiesel为双燃料模式下的柴油燃油消耗量；bLNG为双燃料模式下天然气燃气消耗量；pdiesel为柴油价格；pCNG为天然气价格。

 按照天然气价格4.5元／m３，０号柴油价格6.5元／L 计算，得到图10所示的不同工况下的双燃料发动机综合成本节约率。

从图中可以看出，双燃料发动机燃料成本节约率在35% 以上，低负荷时，双燃料发动机经济性与原柴油机相差不大；中等负荷时，天然气对柴油的替代率最高，经济性最好；高负荷时，经济性下降。

4.排放特性

对原型机及柴油—天然气双燃料发动机进行外特性排放测试。通过外特性HC、CO、NOx、炭烟排放对比可看出，双燃料发动机的HC和CO 排放高于柴油机，NOx排放比柴油机的要低，炭烟排放更低。柴油—天然气双燃料发动机HC和CO排放增加，主要是未充分燃烧的甲烷（CH4）导致，该双燃料发动机后续需要进一步对燃烧特性进行分析优化。

柴油—液化天然气（LNG）双燃料发动机整车应用

为研究该双燃料发动机的整车表现，分别对装配原型机和双燃料发动机的整车进行性能试验，试验结果如表2所示。可以看出，匹配柴油—天然气（LNG）双燃料发动机的整车动力性与原型机基本相当，噪声低于原型机，经济性优于原型机。

 总结

本文研究显示，柴油—天然气（LNG）双燃料发动机具有较好的经济性，可降低NOx和炭烟排放，提高整车舒适性，又不牺牲动力性，具有较好的应用前景。为了进一步提高排放性能，后续要对燃烧特性进行深入研究，以减少HC和CO的排放。