汽車改裝技術

柴油車改裝成CNG/柴油雙燃料車的成功嘗試

隨著“西氣東輸”工程、深圳大鵬灣進口LNG接收站工程等大型天然氣儲運工

程的相繼投運，全國上下很快掀起了天然氣推廣應用的新高潮。來勢之猛，波及范

圍之大前所未有。各大中城市除了迅速興起的天然氣氣化工程外，天然氣汽車的廣

泛應用更是熱不可及。汽油車改裝成CNG/汽油兩用燃料車的技術日臻成熟。然而占

全國汽車保有量約30%左右的柴油車改用天然氣作燃料的卻微乎其微。從統計資料來

看，雖然柴油車的總數只有汽油車的40%，但耗用的燃料總量卻是汽油車的1.78倍

還多。這是因為約有15～20%左右的柴油車都是大功率的載重型卡車，其油耗量大都

是汽油車的2～3倍左右。因此近千萬輛在用柴油汽車改用天然氣作燃料，對于燃油

的節約和環保要求的重大意義，已經成為廣大運輸企業和天然氣行業的共識。

1.柴油車改裝CNG/柴油雙燃料車的難點

2000年左右西安市曾先后改裝了幾十臺柴油公交車，都由于當時的技術方案不

成熟等各種原因而告失敗；最近外地某公司將一臺在用柴油車改裝成CNG單燃料車，

不但動力下降很多，而且燃料消耗從原先60升/百公里的柴油，上升到100標方/百

公里的天然氣（正常情況下1升柴油約等于1.1～1.2標方天然氣）；去年西安一公

司花費了5萬多元，采用某國進口技術將一臺柴油車改裝成CNG單燃料車，該技術

方案主要是通過加厚汽缸墊以降低壓縮比，同時修改了燃燒室，并加裝了火花塞等，

其結果很不理想。缸內燃燒溫度過高，一遇到爬坡水箱就開鍋，最后不得已將水箱

加大，還沒有完全解決問題。

以上這些不成功的例子說明，柴油汽車改用天然氣，從技術角度看的確有許多

難點。主要表現在，柴油發動機的壓縮比高，燃用天然氣容易引起爆震；天然氣著

火溫度高于柴油，因此改成天然氣發動機難于采用壓燃方孩子鼻好看嗎 式，不得已采用火花點燃

方式；柴油車改用天然氣，汽缸內燃燒溫度和排氣溫度都很高，易造成水箱開鍋；

電控系統如何依據發動機的運行參數，精確控制進入發動機的燃料與空氣的流量；

改裝成CNG/柴油雙燃料車的柴油替代率很小，實用價值很低；以上各項技術如果解

決得不好，不但會使原柴油車的動力性能下降，而且會使燃料的消耗量大大增加，

經濟性大幅度下降。不可能為廣大用戶所接受。

盡管柴油車的改裝存在著諸多攔路虎，許多企業和技術人員經歷了一次又一次

失敗的教訓，據不完全統計，近十年來，全國約有20多家柴油汽車改用天然氣使用

不成功的例子。故曾有學者發表文章對在用柴油車改用天然氣技術判了“死刑”。

但是人們探討柴油車改裝技術的努力并沒有放棄，熱情未減。經過多年的不懈努力

與修煉，終于獲得了累累碩果。許多改裝技術方案紛紛在各種研討會上亮相，不少

技術已經得到實踐的考驗，取得了比較理想的結果。

2.常見的幾種改裝技術方案

目前常見的柴油汽車改裝技術方案主要有兩大類，將原柴油車改裝成天然氣單

燃料車和改裝成天然氣/柴油雙燃料車。兩類技術各有其成功之處，也有它的局限性。

2.1天然氣單燃料車的改裝技術

2.1.1柴油發動機制造廠的改裝技術

一般是以原有某型號柴油機為基礎，重新研制開發出新型天然氣發動機。主要

做了三方面的改進設計：

（1）結構設計：針對天然氣發動機的燃燒特性，重新確定了壓縮比，并對燃燒

室、活塞、氣缸蓋、排氣管、進氣門及座圈、凸輪軸等少數零件進行了改進設計。

其余保持與原柴油機不變。

（2）燃料供給系統與點火系統：以燃氣供給系統取代原柴油機的燃油供給系統，

采用進氣總管與混合供氣方式。采用高電壓、高能量直接點火方式。每缸設置獨立

的點火線圈、火花塞與高壓線。

（3）電子控制系統：采用閉環控制技術，系統依據多個傳感器所采集的發動機

的運行工況參數，經ECU電子控制單元集中處理后，通過執行器對燃料噴射裝置、

節氣門、排放氣閥、點火系統等進行精確控制。

這種專業改裝技術不但保證了原柴油機的動力性能，其他指標均優于原柴油機。

2.1.2非發動機專業廠的改裝技術

這種技術主要應用于在用柴油車的改裝。它不具備對原柴油發動機的機體結構

和零部結構件進行專業性改進加工的能力。只能做些修修補補的簡單工作，如為了

降低壓縮比加厚汽缸墊；在原柴油機噴油嘴位置加裝點火系統；在原有的空氣進氣

系統加裝天然氣混和裝置；在電控系統所作的改進工作量最大，各家都有自己的高

招，目的是解決好天然氣與空氣的混合比，使發動機氣缸的燃燒性能保持最佳。

這種改裝技術，原柴油機的機體結構和燃燒機制畢竟沒有完全改變，依然是符

合柴油機的燃燒特性，現在改用天然氣，將原先柴油機的迪塞爾循環的熱力學工作

原理，改變為火花塞點火的汽油機工作原理，原機的動力性能難免受到影響（動力

約降低10%左右）。

2.2天然氣/柴油雙燃料車的改裝技術

這種技術仍然立足于原柴油機的迪塞爾循環的熱力學工作原理。保留原柴油機

的壓燃點火方式不變，高壓縮比不變，發動機機體和零部件基本不變。但在氣缸中

被壓縮的介質，由原來柴油機中的單純空氣變為天然氣與空氣的混合氣體。發動機

工作時變原來的純柴油燃燒為柴油與天然氣的混合燃燒。電控系統主要用于依據各

種傳感器檢測的發動機運行信號，分別控制進入發動機的柴油、天然氣與空氣量，

以實現柴油、天然氣與空氣的合理配比。

當然，在具體的實施細節上，各企業均有自己的專有技術和秘訣。

2.2.1HPDI高壓直噴技術

以加拿大西港公司的HPDI技術為代表的高壓直噴技術，其主要特點是采用雙重

共軌的高壓雙燃料噴射系統，當汽缸中的空氣被壓縮到接近沖程末點時，按一定配

比的柴油與天然氣先后通過同一個燃料噴射孔，以很高壓力直接噴入汽缸而混燃作

功；電子控制系統可以實現依據發動機的運行工況參數，精確控制進入氣缸的柴油

與天然氣量以及噴入的時間，這種技術在保留了發動機原有效率和性能的同時，減

少了排放。天然氣對柴油的替代率高達90%以上。主要應用對象是重型和中型大馬力

柴油卡車。

2.2.2正壓單點噴射雙燃料技術

該技術的核心是采用多個可控制天然氣流量的高壓電磁噴射閥及ECU電控單元

等組成的單點噴射供氣系統。經減壓器穩壓后的天然氣的壓力，始終要高于增壓后

的進氣總管中的空氣壓力，即保持一定正壓的天然氣，通過上述電磁閥門和分配器

控制流量，經由進氣噴嘴從中冷器之后的進氣總管噴入（稱為單點噴射），在總管

中與空氣混合進入各個氣缸，形成可燃混合氣。同時，由ECU電控單元指令步進電

機油控機構動作，對噴油系統原來的齒條進行隨機限位，以減少每個汽缸壓縮沖程

末噴入引燃的柴油量。另外，電控系統可以精確控制燃料的供給量，針對車輛不同

轉速和負荷的工況進行分級控制。

因該技術采用了六個高壓電磁噴射閥和功能強大的ECU電控單元等復雜結構，

雖然該系統控制精確，替代率較高，但其可靠性較差，套件成車較高，改裝費用投

入較大，目前還難以大面積推廣使用。

2.2.3模糊電控雙燃料混燃技術

該技術主要有三項突出特點。一是ECU電控系統采用了模糊優選控制軟件技術，

不同于其他方案的精確控制技術；二是進氣系統天然氣與空氣的混合是通過具有特

殊腔道的混合器進行，并對混合氣體進行增壓與中冷（行政類工作有哪些 針對增壓發動機）。也就是

在空氣增壓前在總進氣管中吸入天然氣，實現兩者的混合；三是系統對天然氣的供

氣壓力沒有要求，或者說，該系統適用的供氣壓力范圍很寬，既適應高壓的CNG供

氣，也適應低壓的CNG供氣。

3.我公司所嘗試的柴油車改裝情況

我公司從2006年11月份至今，我公司與深圳市國炬天然氣汽車技術公司合作，

先后改裝了5臺壓縮天然氣長管拖車的牽引機車--東風EQ4163W,其發動機為東風？

康明斯C-260-20型柴油發動機。還有5臺陜汽生產的德龍牽引車已開始作改裝準備

工作。

正在運行的這5臺雙燃料牽引車，最長的已經安全行駛了6個多月。合作雙方

對運行中的雙燃料車輛進行了路試檢測，又先后兩次委托西安汽車產品質量監督檢

驗站作了道路試驗測試。現將部分檢測數據提供給大家參考。

3.1改裝前的車輛技術數據：

（1）牽引車編號/型號：陜AB0029/東風牌EQ4163W

（2）柴油發動機型號：東風？康明斯C-260-20

（3）CNG長管拖車編號/總質量：1號/約40噸

（4）該車改裝前的平均油耗：37.5升/百公里（數月實際運行統計平均值）

3.2改裝后路試檢測數據：

（1）路試里程：86公里（21892Km---21806Km）

（2）路試車速：70公里/小時

（3）路試柴油耗量：8.9升/86餓虎撲食 公里（折算為10.3升/百公里）

（4）路試CNG耗量：22.5Nm3/86公里（折算為26.2Nm3/百公里）

3.3道路試驗結果：

（1）天然氣對柴油替代率：（37.5-10.3）/37.5100%=72.5%

（2）動力性能：司機感覺動力比改裝前要大得多。

（3）油氣消耗比：

1Nm3天然氣=（37.5-10.3）/26.2=1.04公升柴油

26.2Nm3天然氣=27.2公升柴油

油氣消耗比V=10.3/27.2=38%

3.4雙燃料的經濟性估算：

采用深圳國炬公司的CGJ系列型電控雙燃料混燃噴射系統，改裝后的天然氣/柴

油雙燃料東風牽引車，每輛車每月可節省燃料費10950元（與純柴油相比），計算

如下：

西藍公司的CNG長管拖車多數每天行駛約500公里左右，按72.5%的柴油替代率

計算，陜西社保 每天單程可節省的費用：（西安市場0#柴油價格：4.96元/升、CNG價格：

2.65元/標方）

2.537.572.5%（4.96-2.65）=157元/天.單程

返回空車用的是長管拖車氣瓶中的剩余氣體，故回程用氣可按西藍公司的進氣

價（1.90元/標方）計算：

2.537.572.5%（4.96-1.90）=208元/天.單程

合計每車每天可節省燃料費365元，每月節省10950元，全年共計可節省燃料

費131，400元，可見柴油車改裝后的經濟性非常突出。

3.5對深圳國炬公司電控雙燃料改車技術的評價

通過改裝的東風牽引車六個月來的運行實踐與路試結果，可以對該項技術及改

裝工作總結如下：

（1）當車速在54公里/小時，柴油的替代率僅有58%，車速低于50公里/小時，

替代率更低。所以對運行速度低于40公里/小時，站距小于1公里的城市內公交車

的柴油替代率是不理想的，不適于采用該項改裝技術。

（2）當車速在65～70公里/小時左右時，天然氣柴油替代率就提高到72.8～

76.7%。所以該技術更適合于長途客、貨車的改裝。

（3）發動機燃燒性能良好，無論平路行駛加速，還是爬坡翻山，水箱的溫度始

終保持正常,和未改裝前燒柴油的情況一樣。

（4）根據司機操作時的個人感覺，當踩油門加速時感覺動力比改裝前大得多，

只能輕輕點。

（5）幾個月行駛以來，采用CGT電控雙燃料套件改裝過的五輛東

風康明斯發動機系統未發生任何故障。

以上情況說明，深圳市國炬天然氣汽車技術公司的CGT電控雙燃料改裝技術是

一項比較成熟的技術，較好的解決了柴油車改裝中所存在的一些難題。而且實踐證

明該項技術垂絲柳 方案思路新穎，工作原理先進、性能穩定可靠，安裝簡單容易，不需對

發動機作任何改動，不需改變原發動機的壓縮比，和進口技術相比費用較低（隨著

批量的增加還會進一步降低），維修方便。因此比較適合中國國情，是一項容易為

客戶接受，也值得大力推廣的實用技術。

我很高興借此機會將這種性能價格比優越、投入回收較快的雙燃料改裝技術向

大家作一簡單介紹，與到會的同仁們進行交流。

2006系列智能電控雙燃料混燃噴射系統簡介

4.1工作原理

深圳國炬天然氣汽車技術有限公司自主研制的CGJ系列智能電控雙燃料混燃噴

射系統，屬于前面所述的模糊電控雙燃料混燃技術，它是在消化吸收國外各種先進

發動機技術的基礎上自主創新的產物，擁有獨特的自主知識產權。

該項改裝技術是以原柴油機的熱力循環、壓熱方式和其結構形狀為基礎，在保

留原機的所有結構、供電系統、進氣系統及操作方式不變的前提下，在柴油機的外

部進氣系統中增裝了一套CGJ2006型CNG/柴油雙燃料電控混燃噴射系統進行工作。

其工作原理大致可以這樣描述。儲氣瓶中的高壓CNG氣體，經過兩級減壓并經

步進電機動率閥后進入空/燃混合器，與從濾清器來的新鮮空氣混合。對于增壓發動

機還需將混合氣體增壓中冷。增壓后的混合氣體再經進氣歧管而進入發動機汽缸內。

當活塞上行接近上止點前的瞬間，由高壓油泵噴入適量柴油進入汽缸，混合氣體經

壓縮產生的高溫，使噴入的霧狀柴油立即燃燒而引燃氣缸中的混合氣燃燒，從而推

動活塞運動作功。在此需要指出的是，所謂由高壓油泵噴入氣缸的適量柴油的“量”，

是由該系統的中樞神經控制系統-ECU電控單元組件的控制指令所控制，由高壓油泵

齒條限位器所限位后的少許點燃噴油量。另外，本系統還可通過電子轉換開關快捷

方便地，在全柴油工作方式與雙燃料工作方式之間進行轉換。

4.2運行特點

CGJ系列天然氣型CNG/柴油雙燃料電控混燃噴射改裝技術還有如下一些運行特

點：

（1）系統的電控噴射混合原理既不同于安全負壓吸氣型（如文丘里混合器），

又不同于高壓正壓噴射型（如多個高壓電磁噴射閥），它對天然氣的進氣壓力沒有

苛刻要求，或者說該系統適應的天然氣的壓力范圍很寬。

（2）發動機正常運行時，具有模糊數字優選功能的ECU電子控制單元，實時檢

測發動機負荷、轉速、排氣溫度、油門位置等信號參數，并適時準確地發出指令，

使發動機進氣系統能隨機的跟蹤瞬時運行工況，而按需要進足天然氣量和空氣量，

并使在最佳配比下充分混合，以保證天然氣和柴油雙燃料在發動機汽缸內的燃燒達

到最佳狀態。

（3）發動機加載負荷時，ECU電控單元接收到發動機的加載信號，即根據傳感

器輸入的發動機油門位置、負荷、轉速、和排氣溫度等信號，經ECU控制軟件進行

模糊優選和模擬分析對比，并輸出控制指令參數，由執行機構去增加天然氣的供給

量和引燃柴油的噴油量。

（4）雙燃料發動機在啟動和怠速工況下仍全用柴油。

（5）采用該系統，原柴油機的噴油提前角不需要修正。

4.3供氣系統的構成

CGJ2006型CNG/柴油雙燃料供氣系統由ECU電控單元、柴油量控制輸配系統、

天然氣與空氣的混合控制系統三部分組成。其中天然氣與空氣的混合控制系統包括

高壓濾清器、高壓電磁閥、CNG組合減壓調節器、低壓電磁閥、動力調節閥以及專利

混合器等部件。

4.4系統的技術精髓

該項技術的精華所在，是將構思巧妙的模糊電控軟件技術與具有特殊腔道的空/

燃混合器等硬件技術的完美結合。該混合器既能敏感汽缸內的絕對壓力，又可利用

空氣進氣旋流所造成的負壓來吸引調節天然氣的進氣量，這種簡化了的原理與機制，

可大大減輕電控單元的工作量，使它不必進行大量復雜的精確計算，就可通過專利

空/燃混合器，確保進足動力性能所需的天然氣與空氣量，同時實現了高速運行的模

糊電控系統與動作滯后的機電執行機構的協調一致。這種控制思路的改變與簡化，

使它有可能省略了其他技術常用的絕對壓力傳感器、氣體流量計、高壓電磁噴射閥

等價格昂貴的元器件，故使該系統的成本大幅度降低。

4.5技術競爭優勢

（1）對發動機本體不做任何改動，只附加一套天然氣供氣的進氣以及與空氣混

合的混氣系統。系統結構簡單、改裝快捷方便。

（2）壓燃點火，比火花塞點火能量高，著火穩定，并能加快甲烷相對較慢的火

焰傳播速度。對點火正時的控制要求較低，能在較寬的空燃比范圍內工作，實現稀

薄燃燒，降低燃料消耗。

（3）發動機動力性能略有升高，且額定功率和扭矩均不低于原機，這是改兩用

燃料的汽油車（動力下降15%左右）和改造后的CNG單燃料車作不到的。

（4）系統運行可靠、故障率極低，發動機使用壽命有較大延長。

（5）柴油替代率高、經濟性優越，比單純用柴油節省費用30～40%左右。

（6）雙燃料燃燒性能良好，汽車的廢氣排放，自由加速煙度為0.83（m-1）。

（7）和進口技術相比改裝費用較低、凡中、重型柴油車輛的改裝投資費用大都

可在3～6個月內從節約的燃料費用中收回。

（8）安全性能優于原機，操作性能與方式不變。油氣切換方便自如，可隨時轉

換為純柴油行駛。

5.我們嘗試柴油車改裝的一些體會

我們目前盡管只A型性格 改裝了5臺柴油車，也取得了一些成功的經驗，但長時間來在

方案和技術選型的過程中確有很深的體驗。

5.1改裝方案應選用CNG單燃料還是CNG/柴油雙燃料

（1）城市內CNG加氣站較多的情況下，站距短低速運行的柴油公交車輛，應首

先選擇單燃料CNG發動機。因為單燃料CNG車可以充分發揮天然氣的優勢，又不擔

心無處加氣。

（2）CNG單燃料車最好選用專業廠生產的專用CNG發動機。因為在用車輛的柴

油發動機改裝成CNG單燃料車，原柴油發動機機體難以按天然氣的燃燒特性進行徹

底的改進加工，必然在動力性能與排放指標方面存在一些缺陷和不足（熱效率較低，

動力性能普遍下降10%～20%左右，經常需對火花塞進行維護更換，系統故障率較高）。

（3）有條件高速行駛（60公里/小時以上）的長途客、貨車輛宜選擇CNG/柴油

雙燃料改裝方案。既可以獲得較高的柴油替代率，降低燃料消耗費用，又不擔心路

途找不到加氣站。

（4）長途客、貨車的選擇，直接購買采用CNG單一燃料發動機的車輛，不如選

購柴油發動機的車輛，然后改裝成CNG/柴油雙燃料車。因為一方面，目前單一燃料

汽車價格約是柴油車價格的2-3倍左右，而改裝費用卻低得多。另一方面，目前城

際之間加氣站還很少，單一燃料汽車難免出現中途拋錨的困境。

（5）在當前加氣站尚不普及的情況下，柴油車改雙燃料是比較實用方便的選擇。

5.2采用進口改裝技術還是國內改裝技術

（1）進口改裝技術，無論是電控技術還是高壓噴射技術都很先進。改裝后的車

輛既可保持原柴油發動機的動力性與高扭矩，還可獲得很高的柴油替代率（90%以

上）。在相同效率下，大大降低了汽車尾氣的排放。其中NOX排放降低了40%的、顆

粒排放降低了70%的、CO2排放降低了25%。但是其高昂的改裝費用，卻使國內的廣

大用戶望而卻步。

（2）國內自創的雙燃料發動機的改裝技術，如深圳國炬公司的CGJ系列天然氣

柴油雙燃料電控混燃噴射改裝技術，雖然柴油的替代率沒有進口技術高，卻有著進

口技術無法比拼的許多優點。如不改變原柴油機的結構，配套適應性較強；熱效率

較高，功率與原機相同或略高；改裝與維修費用低廉等。因此這項技術符合中國國

情，容易為廣大用戶所接受，可迅速得到推廣應用。