早期客车上使用的柴油机已无法满足排放要求。现在的柴油机采用柴油电控燃油喷射系统与高压共轨喷射等新技术，可以满足日益严格的排放法规，但受燃油品质要求高( 我国的石油基础工业不能满足需求) 、技术难度大、价格昂贵等因素的限制，推广使用不广泛。现在国际石油价格的不断增长，致使国内柴油的价格不断增长，中国作为一个多气( 天然气)少油的国家，致力于将柴油机改装为压缩天然气发动机是一个不错的选择。

1 柴油机改装为天然气发动机的主要技术障碍分析

柴油机改装的火花塞点燃式天然气发动机与原机( 柴油机) 相比，动力性会有所下降。

首先，天然气发动机动力下降的主要原因: 表 1所示，虽然天然气的燃烧热值较高，但天然气与空气形成混合气的热值为 3． 39，比柴油与空气形成的混合气热值 3． 786 约低 9%，从而造成了功率损失。

其次，天然气的燃烧特点是着火温度高，火焰传播速度慢。根据表 1 有关数据，在同一空燃比范围内，柴油比天然气的主要成分甲烷的层流火焰传播速度要高 12%，使得天然气发动机总燃烧期延长，气缸内气体压力峰值偏离上止点，从而造成气缸内压力和温度上升缓慢。增加点火提前角，致使发动机动力下降。

第三，通过表 1 项目中空燃比可以看出: 1 kg柴油完全燃烧需要14. 3 kg空气，1 kg天然气完全燃烧需要17. 16 kg的空气。对于相同排量的发动机，天然气的燃烧质量比柴油的燃烧质量低，这是造成天然气发动机动力下降的另一个原因。

另外，加装节气门后，使得部分负荷时泵气损失增加; 排气管处加装催化剂反应器，带来排气损失。同样是造成发动机功率下降的原因。

将柴油机改装为火花塞点燃式天然气发动机，应对原柴油机的燃烧室、进气系统和供油系统进行改装，同时增加发动机电控系统和高能点火系统，柴油机改装成天然气发动机是一个系统工程，甚至可以说是重新设计发动机。

2 柴油机改装为天然气发动机关键技术研究

2． 1 燃料供给系统

燃料供给系统由压缩天然气储气瓶、压力表、手动开关阀门、减压阀、滤清器、电磁开关阀、气轨、电磁喷气嘴等组成。压缩天然气储气瓶内20 MPa的高压气体经两级减压到 0. 1 ～ 0. 8 MPa，各缸的喷气嘴共同安装在一个气轨上，然后由进气支管引向各自气缸的进气门处。减压阀因气体减压而吸收热量，产生“结冰”现象，在设计时引入发动机冷却液通道或机油通道，保证减压阀工作时维持在规定范围的温度，防止出现“结冰”现象。整个燃料供给系统必须保证密封，还要保证喷气嘴喷射出的压力在规定范围内，从而满足发动机负荷所需的供气量。电磁喷气嘴在保证流量要求外，还要求具有可靠性以及动态开启特性，以满足发动机控制器 ECU 对喷气量和喷气时刻的精确控制。

2． 2 稀薄燃烧技术

稀薄燃烧是提高动力性的首选措施。稀薄燃烧由于空燃比大，混合气浓度较低，燃烧速度降

低。实现稀薄燃烧的关键在于让混合气快速燃烧，即缩短火焰的发展期和燃烧持续时间。在中等转速时，柴油机的平均有效压力为1. 15 MPa，改装为天然气发动机后，平均有效压力一般为0. 9 MPa。而采 取 稀 薄 燃 烧，加 大 空气 量，有效 降低排气温度、减弱爆震趋势，可以通过增压技术将平均有效压力增加到 1 ～ 1. 05 MPa，确保较高的动力性。通过改变混合气的运动情况来实现。燃烧速度很大程度上取决于混合气的紊流运动，首先由于紊流加剧，天然气与空气混合充分，加入燃烧的成分增加; 其次，紊流能增加火焰的传播速度，提高局部燃烧速率; 第三，紊流能够使火焰表面产生褶皱，从而增加火焰表面积，提高燃烧速率。增加紊流的手段主要是采用有利于降低压缩比且能够使天然气快速燃烧的楔形燃烧室结构或改变进气道的形状来形成一定强度的空气运动，从而产生较强的紊流运动，以达到速燃的目的。

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