HPDI技术在天然气商用车中的应用.pdf

汽车 实用 技 术 AUTOM0B I LE APPL I ED TECHNOLOGY 2 0 l 6 年 第2 期 2O 1 6 N0．2 1 0 ． 1 6 6 3 8 ／ J ． c n k i ． 1 6 7 1 7 9 8 8 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 4 7 H P D I 技术在天然气商用车中的应用 王江鹏，冯凡，薛强，金茜 陕西重型汽车有 限公司 ，陕西 西安 7 1 0 2 0 0 摘 要论文对 HP DI 高压缸内直喷技术在天然气商用车中的应用进行了分析研究，对其市场前景进行简要分 析，并从 HP DI 系统的技术优势、发动机控制技术方案、供气系统技术方案、动力性及经济性研究五个方面进行了 具体的阐述。研究表明HP DI 技术在天然气商用车上应用具有无与伦比的优势，发展前景广阔。 关键词H P DI 高压缸内直喷 ；天然气；商用车；动力性；经济性 中图分类号U 4 6 9 ． 6 文献标识码A文章编号1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 6 0 2 1 3 6 一 O 2 Ap pl i c a t i o n o f HPDI o n NG c o mme r c i a l v e hi c l e s Wa n g J i a n g p e n g ， F e n g F a n ， X u e Q i a n g ， J i n Qi a n S h a a n x i He a v y - d u t y t r u c k C o ． ， L t d ． ， S h a a n x i X i ’ a n 7 1 0 2 0 0 A b s t r a c t T h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e a n a l y s i s a n d s t u d y o f HP DI Hi g h P r e s s u r e D i r e c t I n j e c t i o n a p p l i c a t i o n s o n NG Na t u r a l G a s 、 c o m me r c i a l v e h i c l e s a n d a n a l y s i s o f i t s ma r k e t o u t l o o k ． T h i s p a p e r a l s o e x p o u n d s HP D I t e c h n o l o g y i n 5 a s p e c t s ， wh i c h a r e HP DI ’ S a d v a n t a g e s ， e n g i n e c o n t r o l a r c h i t e c t u r e ， g a s s u p p l y s y s t e m， p e r f o r man c e s an d f u e l e c o n o my , e t c ． Th i s s t u d y s h o ws tha t HP DI a p p l i c a t i o n o n NG c o mme r c i a l v e h i c l e s h a s g r e a t a d v a n t a g e s an d b r i g h t f u t u r e s ． Ke y wo r d s HP DI Hi g h P r e s s u r e D i r e c t I n j Ie c t i o n ； Na t u r a l Ga s ； Co mme r c i a l V e h i c l e s ； P e r f o r ma n c e s ； F u e l E c o n o my CL C N O． U 4 6 9 ． 6 D o c u me n t Co d e A Ar ti c l e I D 1 6 7 1 7 9 8 8 2 0 1 6 0 2 1 3 6 - 0 2 引 言 吾 萎 呈 竺 墓 受宏观经济影响， 在柴油价格上涨 ， 运输行业运价低迷 ， 客户用车成本增加、盈利空间下降的大环境下。天然气商用 车以降低运营成本 、创造更大的利润 为主要突破 口，很好 的 满足了客户需求，得到了广泛的应用。 统可靠性下降、点火系统可靠性下降等问题。而建立在新平 台之上的 H P D I 高压缸内直喷技术很好的突破了现有技术 及平台束缚，能够满足市场对更广泛地区适用性、更大功率 天然气发动机的需求。 1 、现状 2 、H P D I 技术优势 日前的天然气发动机控制以燃气预混合技术为平台，压 缩 比为 1 1 ． 6 l ，无论是美国 w o o d w o r d控制 系统 ，还是 日本 E - c o n t r o l控制系统，以及澳大利亚的 A E C控制系统基本均 为此平台技术，差别仅是可靠性、控制精确性、功能多样性 不同。而随着天然气配套设施的目趋完善，国际燃油价格的 H益高涨 ，天然气重型商用车产品市场进一步急剧扩大 ，市 场对天然气产品的个性化要求也进一步具体和细化。以燃气 预混 合技术为平 台的天然气商用车因受制于压缩 比、点火系 作者简介王江鹏，就职于陕西重型汽车有限公司。 当前，市场上占主流的天然气发动机，无论是单点电喷 还是多点电喷，采用的都是与汽油机相似的火花塞点燃式燃 烧技术，这类天然气发动机使用成本比柴油机节约不少，但 其节约的成本主要来源于天然气与柴油的价格差。但热效率 低 于柴 油发动机 ，如此一来 ，搭载气体机 的大功率商用车辆 在起步和重载行驶时，势必无法达到像柴油车一样的高效率 运行。 而 H P D I 发动机的运行方式跟柴油机十分相似，高压直 喷喷嘴也是根据柴油高压共轨喷射发动机的形式来设计，因 此，它的功率和扭矩达到 了同排量柴油机 的水平 ，比点燃式 气体发动机高出 2 0 ％ ；其热效率与柴油机相同，比点燃式气 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 7 汽 车实用技术 2 0 1 6 年第 2 期 体发动机的气耗低 5 ％ 一 9 ％ 。 3 、HP DI 发动机 H P D I 高压缸内直喷技术是在压缩冲程上止点前喷入 约为 5 ％ 柴油，作为引燃剂， 形成火焰， 约 9 5 ％ 天然气以 3 0 M P a 的压力喷射到火焰中成为燃烧的主要燃料。“ 1 首先 以少量柴油压燃点火 ， 不仅提 高了发动机 的压缩 比、又不需要点火 系统 ，避 免使用 当前市场主流 的单 点或 多 点火花塞点燃式燃烧技术，提高燃烧效率 2 其次作为主燃料的天然气 以高压喷入缸内， 利用 高压 气流运动将 柴油、天然气 、空气进行充分混合 ，使燃料燃烧 更加充分，提高燃烧效率； 3 H P D I发动机压缩比可达到 1 7 1 ，基本达到柴油机 水平，与普通 L N G发动机 火花塞单点点火，点火能量小， 燃烧速度慢，其压缩比最高为 1 2 1 相比，具有明显优势。 4 、供给系统 为了实现发动机的高效率，必须要有一套非常成熟的天 然气储存和供给系统。H P D I供给系统采用液化天然气 L N G 作为车用天然气的存储形式，其主要部件为插入瓶体的往复 式低温高压柱塞泵⋯。安装在发动机端的取力油泵驱动该柱 塞泵工作，燃料供给系统的 E C U与发动机 E C U联动控制泵出 液体的数量，使燃气在泵体内气化且加压至 3 0 M P a 、温度满 足发动机的需求，保证供给发动机的燃气温度、压力、流量 稳定可靠。 1 区别于现有平 台的车用 L N G气瓶 外置汽化器与外 置 自增压器，极大地提高了气瓶及供气系统的安全性 2 区别于现有平台的车用 L N G气瓶自增压系统， 燃气供 给系统的稳定性和 自动化程度得到大幅提高，这一点对不了 解 L N G 特性的车辆驾驶员非常重要。 5 、动力性 通过对搭载 H P D I发动机的天然气商用车进行动力性试 验， H P D I发动机继承了柴油机在高原区域所表现的优 良性 能，能够很好的适应高原地区环境。搭载普通天然气发动机 的商用车在 2 8 0 0 m以下 区域运行不存在问题，但在 2 8 0 0 m 3 5 0 0 m区间就较为吃力，在海拔 3 5 0 0 m以上区域发动机功率 损失大约在 5 0 ％ 以上，车辆根本无法正常运行。由于 H P D I 的 工作原理与柴油机较为类似 ，经实车试验表明，样车可在 4 7 6 7 m高海拔地区正常工作， 具有与柴油车相同的动力性能。 6 、经济性 与相同配置柴油机相比，动力性相当，百公里燃料成本 下降了约 2 5 ％ 与普通气体机相比，经济性提高 5 ％ ～9 ％ ，最 小燃料消耗率降低约 1 0 ％ 。首先往复式低温高压柱塞泵消除 了环境温度对燃气压力的影响，直接从气瓶中泵取发动机所 需的燃料，使系统对燃料的消耗能够精确控制，同时，高压 直喷喷嘴具备分配 、计量 、定时、喷射天然气和柴油两种燃 料的功能 ，能够进一步提升系统精确控制性能，进而降低 燃料 消耗 。 7 、推广应 用 H P D I发动机零部件与柴油机通用性高， 无需改动发动机 本体， 同时可靠性达到同功率柴油机水平。由于其热效率高， 排气温度会因此降低 ，故有 更高的潜在可靠性 。 达到国五排放增加成本相对较小，易于推广应用，对降 低机动车尾气排放，保护大气环境具有重要意义。H P D I 重型 商用车与柴油车相比一氧化碳排量降低 6 0 ％ ，_氧化碳降 低 2 0 ％ ，碳氢化合物降低 7 0 ％ ，氮氧化合物降低 4 5 ％ ，颗粒物 排放降低 7 0 ％ ，有利于实现汽车工业对能源环境的可持续发 展。 H P D I 技术的性能符合市场和整车企业对L N G 车辆技术的 期望。 3 ～5年后， H P D I技术会因为技术的成熟和国产化后成 本大幅度降低而得到广泛应用。其整车成本仍会较普通天然 气商用车产品高出一定的差距，但已在市场可以接受的范围 内。 8 、总结 通过对 H P D I系统的优势、H P D I发动机及供给系统技术 方案、 动力性 以及经济性等方面的论述 ， 显而易见 H P D I 技术 在商用天然气车领域具有绝对优势， 随着 H P D I 各项技术的发 展和完善， H P D I 汽车凭借 自身无与伦比的优势将会给我们带 来不可估计的经济效益。该技术将成为天然气发动机燃烧理 论上的又一革命，成为商用车发展史上的重要里程碑，标志 着中国的天然气商用车将迎来一个全新的时代。 参考文献 [ 1 ]1 林在犁， 张笑波， 谷达红， 刘爱 军． 天然气一 柴油双燃料 发动机 高压直 喷技术初探 [ J ] ． 内燃机． 2 0 1 3 ． 8 ． [ 2 ]2 耿志勇， 李丽君 ． 柴油一 天然气双燃料重卡 简介及 市场前景分析 【 J J ． 汽车实用技术．2 0 1 2 ．8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m