LNG车辆改装技术

LNG改装技术

柴油汽车改用LNG燃料的技术关键在于对发动机（包括点火系统）、燃料

供应系统以及相应控制系统的改装。其中，柴油一LNG双燃料掺烧技术是以原

车的柴油机为基础，保留原机基本结构和压燃点火方式，通过限制柴油喷射量,

用天然气替代的方式“限油补气”，两种燃料进入发动机掺烧为汽车提供动力。

LNG单燃料汽车则是用LNG燃料供应系统全面替代原柴油供应回路，并对原柴

油发动机进行包括增加电火花塞点火系统、调整发动机压缩比、重新设计控制单

元等内容的改造，气相LNG燃料进入发动机为汽车提供动力。

L改装内容

因为柴油与天然气是两种不同性质的燃料，在相态、燃烧特性等诸多方面都

存在较大差异，因而，将柴油汽车改装成LNG汽主，除了重点对发动机系统进行

改装之外，还涉及许多其他环节。一般情况下，要改装1辆柴油汽车，完整的

改装内容包括：数据采集系统；ECU（电子控制单元）控制系统；执行系统；天

然气供给系统；发动机点火系统；燃料流量控制系统等。涉及柴油汽车改装的

主要零部件如图所示。

涉及柴油汽车改装的主要零部件示意图

数据采集系统

增加或调整诸如LNG储气瓶压力、进入发动机汽缸前的天然气压力、天然气

温度、发动机排气温度、冷却水温度、节气门开度、曲轴位置等相关数据监测单

元，并将所有监测数据上传给电子控制单元（ECU）o

ECU控制系统

由于增加或调整了许多数据采集点，且部分控制回路按照需要进行了重新调

整，因而，ECU控制系统也必须相应地进行重新设置，重点是合理调控柴油量、

燃气量以及两种燃料喷入的时间，对助燃空气量进行控制。

执行系统

增设LNG储气瓶超压保护系统、燃气泄漏监测系统等。

天然气供给系统

包括LNG车载瓶（LNG储存与增压）、水浴式汽化器（将LNG由液态转换

成气态）、压力调节装置（调节并稳定进入发动机的天然气压力）以及相应的

管路与阀门。

发动机系统

燃烧和进气控制是汽车发动机的关键技术。柴油一LNG掺烧汽车的发动机

系统仍保留原机结构和压燃点火方式，压缩比也不改变，因而，改装内容相对

较少。主要改装内容是天然气与空气混入点位置及压力的确定、混入时间、流量

控制、油气比调整等。

而将柴油发动机改装成单燃料LNG发动机（实质上就是CNG汽车发动机），

则改装工作量极大，几乎相当于发动机系统整体更换，需要增加天然气火花塞点

火系统，改变发动机缸套与活塞的配合间隙、配气相位，精确控制燃气与空气的

混合比等。

2.柴油一LNG掺烧汽车的改装

柴油一LNG双燃料掺烧汽车改装的核心部位在于燃料供应系统、柴油油量限

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LNG储就-

制系统和电子控制系统这3部分，下图是改装后的柴油一LNG双燃料发动机系

统示意图。

从上图可以看出，LNG供气部分主要由LNG悌罐、溢流阀、低温金属软管、

水浴式气化器、电磁假、天然气减压调节器、动力调节阀以及混合器等组成。柴

油油量控制部分用于控制双燃料工作状态下的引燃油量，它主要由油门执行器和

推杆组成。电子控制系统则主要由电子控制单元（ECU）、油门位置传感器、转

速传感器、控制线路等组成。

这种双燃料掺烧发动机气缸中被压缩的介质，将不是原柴油机中的纯空气，

而是“天然气+空气”混合气，发动机在启动和怠速工况下均使用柴油，汽车

行驶过程中，ECU依据行驶速度、发动机油门位置、转速等参数，经过运算后输

出控制指令,分别控制进入发动机的柴油、天然气与空气量,实现三者合理配比。

一般情况下，以现有的改装技术，天然气掺烧量可在0〜70%之间调整，柴油

供给量保持在30%〜100%,汽车在高速平稳运行状态时，天然气掺烧量要大

一些。

目前，几种较为先进的双燃料掺烧发动机技术为：

1）高压直喷技术。天然气和引燃柴油一样，直接由喷嘴喷入气缸内。当汽缸

中的空气被压缩到接近冲程末点时，按照一定配比的柴油与天然气先后通过同一

个燃料喷射孔，以很高压力直接喷入汽缸内混合燃烧而做功。引燃柴油先于天然

气喷入气缸实施点火，随后喷入12T6MPa压力的天然气。依据发动机的运行工

况，电子控制系统发出指令，准确控制进入气缸的柴油与天然气量以及喷入的时

间。

2）正压单点喷射技术。采用多个可控制天然气流量的高压电磁喷射阀及ECU

电控单元等，组成单点喷射供气系统。经调压器调压后的天然气以高于进气总管

中空气的压力通过上述高压电磁阀控制流量后，经由进气喷嘴从中冷器之后为进

气总管喷入（即单点喷射），与空气混合后进入各个气缸，形成可燃混合气。

电控单元以发动机转速、油门踏板位置、冷却水温度、量控制阀，以此精确控制

引燃油量和天然气流量及喷射时刻，满足不同工况下空燃比的要求。采用这种技

术的发动机，其天然气掺烧率可达到较高水平，但改装费用很大。

3）模糊电控双燃料混燃技术。该类发动机技术有3大特点：①ECU电控系

统采用了模糊优选控制软件技术；②进气系统的天然气与空气在具有特殊控道

的混合器里进行混合，并对混合气体进行增压与中冷（针对增压发动机）：③与

高压直喷技术、正压单点喷射技术不同，该技术对天然气的供气压力没有要求c

除发动机本体之外，与发动机系统息息相关、起引燃作用的柴油控制回路也

是改装双燃料掺烧车的一项关键内容，可直接影响到发动机低负荷运行时的排放

指标。其改装的宗旨是尽可能减少引燃柴油使用量，以利于提高LNG掺烧率，减

少污染物的排放。

目前，国内外对双燃料发动机的研究主要集中在燃烧特性及排放特性、燃烧

模型、稀薄燃烧技术、油气电子调节与控制、控制排放的缸内燃烧技术、机外催

化技术和废气再循环技术等多个方面，其技术发展趋势可概括为3个方面：①稀

薄燃烧技术；②爆震控制技术；③电控多点顺序喷气技术。

3.单一燃料LNG汽车的改装

对其发动机系统的改装实质上就是将原车柴油发动机变为纯天然气发动机,

主要改装内容是发动机再制造和发动机总成互换，包括设置火花塞点火系统，重

新确定压缩比，并对燃烧室、汽缸、活塞盖、排气管、进气门、座圈、凸轮轴等

进行改进设计。具体内容包括：

1）降低发动机的排气温度的冷却系统改造。

2）发动机的润滑油冷却改造。

3）发动机气门座垫冷却改造，气门油封的更改，新的活塞环的更换。

4）降低发动机的压缩比，设计新凸轮轴。

5）安装新的点火系统，发动机缸盖安装火花塞。

6）安装曲轴位置或凸轮位置传感器以及信号出发盘。

柴油汽车改装为单一燃料LNG汽车，其改装推度大、成本高，技术要求也高。

通常情况下不是客户的首选方案。

4.柴油改装车的适用对象及特点

1）通过分析上述各类发动机的工作原理后不难发现，柴油一LNG掺烧车比

较适用于城际大巴、长途客车、中型和重型柴油运输车等起步停车次数少、怠速

时间较短的车辆，单燃料LNG汽车则适用于城市公交车等起步停车次数多、怠速

时间较长的车辆。

2）相对来讲，柴油一LNG掺烧汽车的优点较为突出：保持了原柴油机的高

压缩比，高热效点火能量大，能确保气体燃料着火稳定，避免失火现象产生；多

个点火源可加快气体燃料的火焰传播速度，有利干提高发动机的动力性，保证发

动机在较宽的空燃比范围内工作，并可实现较稀薄的燃烧；发动机结构改动小，

各部件与原机型之间具有良好的互换性，从而降低了改装成本；基本上不影响原

柴油机工作模式，操作简单，车辆运行平稳；发动机功率、扭矩与原机基本一致，

能满足需要。

3）无论是柴油一LNG掺烧车还是单一燃料LNG车，改装车的动力性均有所

下降，主要表现在同等档位情况下“爬长坡”时较以前“略感吃力”，有时必

须降一档才能实现，但在平直路面上，驾驶感觉良好，尽管加速时间略长，但加

速性能变化并不是太大。

5.柴油改装车的性能

1）动力性能

汽车动力指标主要由最高车速、加速能力和最大爬坡度来表示，其影响因素

有发动机的功率和扭矩，变速器的传动比分布，整车的总体重量等重要指标，天

然气为动力与柴油的比较发动机的额定功率、最大扭矩等主要参数相当，只是其

加速性能略有下降。柴油车改装后，双燃料车发动机在额定工况（车速超过65km

/h）工作时。

2）排放指标

柴油改装车排放指标符合国家标准，排放性能优于原车，其中，颗粒物、CO,、

N0X的排放数据比原柴油发动机分别降低40%、10%、9%,但HC与C0排放

数据略高于纯柴油模式。

排放检验项目国III标准限国IV标准限LNG公交车

柴油车备注

值值检验值

一氧化碳co

0.845.454.00.007符合国IV

(g/kw.h)

非甲烷碳鼠化合物

NMHE0.220.780.550.027符合国IV

g/kw.h

甲烷CH4

4.481.61.11.29符合国ni

g/kw.h

氮氧化物NOX

5.03.53.32符合国IV

g/kw.h

烟度CO20.3210烟度CO20.3210

3）可靠性能

①LNG的燃点比较高，LNG燃点高于650°