摘要为了解决日益严重的环境污染和能源危机的问题，开发了一种以天然气和柴油为燃料的电控双燃料发动机。

它是在电控柴油机的基础上改装而成的，采用柴油引燃天然气的方式来工作。

由于只需另外加装一套天然气供给系统，适当改变一下燃料供给策略，对原柴油机不必作什么改动，故改装简单、成本低。

但改装后天然气替代率高，发动机排放性明显改善。

本设计是在原YC6108电控柴油机的基础上，设计安装一套天然气供给系统，并充分利用原柴油机上的电控系统，通过加装相关传感器，精确控制柴油引燃量和天然气的供给量，来提高原发动机的经济性和排放性。

具体来说，一方面分析了电控天然气发动机燃料供给策略，对天然气供给系统进行了整体设计；另一方面重点设计了天然气供给系统的一些主要专用装置，如：气瓶、瓶口阀、手动关闭阀、充气阀、燃气压力调节器、加温器等，对其它所需部件按国家标准进行了选用；同时还根据公交车车架，对天然气供给系统布置与安装进行了分析与设计。

关键词：柴油机；天然气；双燃料发动机；供气系统AbstractIn order to solve the increasingly serious energy crisis and environmental pollution problems, we develop a electronically controlled dual-fuel engine natural for natural gas and diesel fuel. It is Modified by a electronically controlled engine, and work by diesel igniting the natural gas. We only add a natural gas supply system on the diesel engine, and give some appropriate changes in the fuel supply strategy, but the diesel engines emissions significantly improved.We develop this electronically controlled dual-fuel engine on the basis of the YC6108 Diesel Engine. We make full use of the electronic control system on the diesel engine and precisely control the diesel and natural gas supply to improve the engine of the economy and emissions. On the one hand, we analyze fuel supply strategy, and design the gas supply system; On the other hand, we focused on the design of the gas supply system for some major installations, such as: the cylinder, the cylinder valve, filling gas Valves, gas pressure regulator, heating regulator, etc. We also design the gas supply system layout and installation under the bus frame.Key words：Diesel engine; Natural gas; Dual-fuel diesel engine; Gas supply system目录1 前言 (1)2 原始设计数据 (2)2．1 柴油机数据 (2)2．2 公交车数据 (3)3 系统整体设计 (4)3．1 控制原理设计 (4)3．2 各部件功用 (4)3．2．1 气瓶 (4)3．2．2 压力调节器 (5)3．2．3 气体流量阀 (5)3．2．4 中央控制器 (5)3．2．5 油门位置传感器 (5)3．2．6 柴油油量控制器 (5)3．2．7 冷却水温度传感器 (6)3．2．8 控制面板 (6)4 储气系统设计 (7)4．1 气瓶设计 (7)4．1．1 材料选择 (7)4．1．2 储气压力确定 (7)4．1．3 结构设计 (8)4．1．4 尺寸设计 (8)4．2 手动关闭阀设计 (9)4．2．1 结构设计 (9)4．2．1 阀杆设计 (10)4．3 瓶口阀设计 (13)4．3．1 结构设计 (13)4．3．2 泄放直径校核 (14)4．4 充气阀设计 (15)4．5 其它部件选用 (16)5 供给系统设计 (17)5．1 燃气压力调节器设计 (17)5．1．1 结构设计 (17)5．1．2 阀口设计 (18)5．1．3 密封膜片设计 (20)5．1．4 弹簧设计 (21)5．3 加温器设计 (25)5．3 其它部件选用 (26)6 总体布置 (27)6．1 气瓶布置 (27)6．2 气瓶架设计校核 (30)7 结束语 (32)参考文献 (33)致谢 (34)1 前言随着社会发展，汽车保有量的不断增多，由汽车导致的环境污染和能源危机的问题日益严重。

为汽车寻找清洁而且丰富的替代燃料，从而提高发动机的经济性和排放性，已成为相关研究技术人员迫切需要解决的问题。

天然气继煤碳、石油之后，作为三大能源之一。

在煤碳、石油大量开采和耗尽下，天然气的储量显得比较丰富。

同时它具有使用、储存方便，热效率高，燃烧清洁等优点，对天然气的开发和使用受到各国重视。

用天然气替代常规的汽油或柴油作为汽车燃料具有很多优点。

最大的好处在于环保方面，不但排放性能优，而且汽车噪音也低；同时把传统汽车改装成天然气汽车只需要在原发动机上加装一套天然气供给系统，改装方便、成本低；此外，天然气汽车安全性高。

天然气是一种高燃点的轻量气体，在通常的温度和压力下比汽油更安全。

天然气本身无毒、无腐蚀性和非致癌的，即使泄漏也不会对土地或水形成威胁。

在我国天然气储量相当丰富。

据统计我国天然气总资源量约为５４万亿立方米，天然气可采资源总量为14 ~ 22万亿立方米。

天然气资源总量列世界第五位、亚洲第一位。

所以在我国发展天然气汽车，开发天然气发动机前景广阔。

天然气发动机发展大致经历了三个阶段：第一代产品是机械式，第二代属于简单闭环控制，第三代是采用电控喷射CNG技术。

具体来说，天然气发动机经历了从最先汽油机改装到柴油机改装，最后到专门根据天然气特性设计发动机阶段。

同时燃料也经历了从双用燃料、双燃料到单用燃料过程。

在这发展过程中，产生了许多技术，如：增压中冷技术、燃烧稀燃技术、天然气缸内喷射技术、天然气发动机闭环电控技术、天然气零部件开发可靠性技术、天然气催化器应用技术等。

就目前我国天然气发动机发展上看，大多是在原汽油发动机的基础上加装一套天然气供给系统，开发成汽油-天然气双用发动机。

控制形式多为机械式的，天然气供给方式多为混合器预混合式。

我们知道汽油—天然气双用发动机天然气替代率低，同时机械式控制不精确的自身缺陷，混合器预混合式天然气-空气混合不均等原因，实际发动机排放性改善并不大。

鉴于以上情况和对城市环境造成很大污染的公交车大多很用柴油机，在柴油机的基础上开发一款电控天然气/柴油双燃料发动机。

电控天然气/柴油双燃料发动机是在原电控柴油机的基础上，设计安装一套天然气供给系统，用少量柴油引燃天然气来工作。

充分利用柴油机上的电控系统，来精确控制柴油引燃量和天然气的供给量。

达到提高天然气替代率，提高原发动机的经济性和排放性的目的。

2 原始设计数据本设计在YC6108电控单体泵柴油机的基础上开发一套天然气供给系统，充分利用原有的电控系统，把原发动机改装成电控天然气发动机，并在使用这种发动机的公交车上对天然气供给系统布置进行设计。

下面给出了设计时所用的柴油机和公交车的一些数据参数。

2．1 柴油机数据图 2.1 YC6108发动机缸径⨯行程 mm mm 125108⨯额定功率/转速 r p m kw 230/177最大扭矩/转速 r p m m N 1600/800⋅外形尺寸 mm mm mm 10757801252⨯⨯燃油消耗率 h kw g b e ⋅=/2502．2 公交车数据图 2.2 公交车底盘外形尺寸mm2400⨯8500⨯mm3100mm百公里油耗Q=27L续驶里程S=300km整车质量M = 9740kg前轴轴载质量M1 = 3270kg后轴轴载质量M2 = 6470kg轴距L = 4700mm车架参数纵梁异形钢管mm⨯mm180⨯mm5.465通横梁槽形钢mm220⨯⨯60mmmm5外伸横梁槽形钢mm⨯180⨯mmmm5603 系统整体设计设计的电控柴油/天然气双燃料发动机是在原YC6108柴油机的基础上开发而成，主要开发了双燃料发动机的供气系统。

并设置了多种传感器，充分应用原发动机的电控系统，实现引燃柴油量和天然气量的精确控制。

3．1 控制原理设计设计的柴油/天然气双燃料发动机采用电控单点喷气控制方式，其供气系统电子控制原理如下图3.1所示。

图 3.1 控制原理设计的系统主要包括天然气的储气系统、供给系统及控制系统。

由图所示，天然气由气瓶通过高压管流入压力调节器。

其间设置有充气阀、手动关闭阀、压力表等。

然后，天然气通过电磁阀进入气体流量阀，由燃气喷射器喷入进气道。

在进气道内天然气与空气混合后流入进气歧管，最后到达各气缸内。

在汽车的一些部位安有传感器，通过数据采集由中央控制器控制柴油和天然气的供给量。

3．2 各部件功用3．2．1 气瓶气瓶储存压力为20Mpa的压缩天然气，在其后先后接有气瓶阀、充气阀、手动关闭阀及压力表等。

气瓶阀在必要时封住瓶内气体及防止瓶内压力过高损坏气瓶；充气阀是在储气瓶内压力不足时向储气瓶内充入天然气；手动关闭阀是当CNG汽车因加气、修理、入库停车时，用来截止气瓶到燃气压力调节器之间的气路联接。

压力表用于表针加气时天然气是否加足。

3．2．2 压力调节器燃气压力调节器可以将天然气的压力从20MPa降到0.5 Mpa左右，而且在压力调节器上装有压力传感器且与驾驶室内控制面板相连，这样在驾驶室内即可通过压力值了解气瓶内天然气的储量。

在压力调节器前分别安装有加温器和过滤器。

其中加温器是为了给天然气加热，以避免因天然气压力降低吸收热量而使压力调节器冻结。