试论双燃料汽车的技术路线及其实用经济性[1].doc

试论双燃料汽车的技术路线及其实用经济性

李 勇
（深圳市国炬天然气汽车技术有限公司 广东深圳 518006）

摘 要：本文简要地阐述了笔者所在公司——深圳市国炬天然气汽车技术有限公司研发的CGJ系列天然气/柴油电控双燃料混燃汽车技术的技术路线、技术特点及其系统组成套件情况；并以深圳市国炬天然气汽车技术有限公司在西安市和晋城市改装的22辆柴油重卡为天然气（CNG）/柴油电控双燃料混燃汽车运行一年半时间的实际数据和节油效果为依据，试对天然气/柴油电控双燃料混燃汽车的可行性和经济性予以讨论，以便抛砖引玉，引起关注。

关键词：天然气/柴油电控双燃料混燃汽车、多火花塞火花点燃式发动机
预混合压燃式天然气－柴油双燃料发动机

引 言：
汽车，这个体现现代文明的人类宠物，它确实给现代人的生活带来方便、快捷和惬意，使人们越来越喜欢它，越来越离不开它；然而，巨大的燃油消耗，使地球上已存量不多的石油资源的供应就紧张局势雪上加霜，因此由它引发并制造了多起石油战争和国际能源争端；
随着全球石油短缺和国际油价居高不降，我们国家的能源安全及供应紧张形势更加严峻，这也严重地影响了我国经济的可持续发展。
为了保护人类生存环境和子孙后代的能源供应及其生存空间，寻找清洁的、无污染或少污染的汽车替代燃料，是摆在全人类面前最为紧迫而又艰巨的任务。经过多年来的寻觅，世界各国不约而同地走在了同一条道路上——清洁汽车燃料行动和清洁发展机制（CDM）。品种多样、优点各异的清洁汽车代用燃料纷至沓来，像雨后春笋般涌现在汽车燃料市场。
天然气、煤层气、液化石油气、生物乙醇、甲醇燃料、稳定轻烴、生物柴油、二甲醚、氢燃料……它们在各自的示范地域和示范项目中显示着各自的优势……
但在我国经济处发展中国家的国情下，我们认为：目前最现实、最经济且很快能市场化供应的清洁汽车燃料就是天然气和煤层气（瓦斯）。
其原因有二。一是天然气和煤层气二者在我国的资源储量都非常丰富（都在35万亿立方米以上），且当前开发利用率还很低，其市场潜力极其巨大；二是二者都是地下天然生成并赋存的清洁气体燃料，只须开发和简单加工即可利用，无须化学合成加工等化工生产过程，故其成本较为低廉，其性能/价格比在目前是其它合成类燃料无法相比的。
据不完全统计，目前我国全国已有近千座天然气汽车加气站，大约有35万辆天然气汽车在运行，但这几乎全都是汽油发动机汽车经改装而成的两用燃料汽车，而柴油发动机汽车改烧天然气或煤层气的双燃料混燃汽车仅处于小批量试用阶段，还没有大面积推广应用。
在“九五”和“十五”期间，我国不少省市开展了柴油/天然气双燃料汽车技术的研发，但因对柴油汽车改装为双燃料汽车技术的复杂性认识不足，对柴油/天然气两种燃料在气缸内混燃的特点把握不够，所采取的改装技术路线和套件设计不尽合理，致使双燃料汽车的应用在很多城市和地区以失败而告终，全国双燃料汽车的推广出现反复而沉寂。
在这种技术背景下，笔者潜心研究了国内外双燃料汽车的成功经验和失败的教训，并根据我国柴油汽车的技术现状，成功研发一种具有我国自主知识产权并具有中国特色的电控双燃料汽车技术及其改装套件，经近一年的实际使用和权威部门检测，其应用效果良好。如将该技术进一步完善并能在政府的关注下精心组织推广使用，相信会成为我国燃气汽车行业中一个重要的产品品种。
一、现代柴油发动机的发展及其优点
1、说到柴油机发动机，很多人马上会联想到笨重、嘈杂、排黑烟，将柴油车看成是“大乌贼”。在汽车工业的发展历史上，柴油几乎就是“肮脏”的代名词。看看今天地方二三级公路上，不乏排放浓厚黑烟的各型柴油车在路上奔驰，也难怪很多人对柴油发动机存有不良印象，甚至敌视它。
2、事实上，柴油发动机的应用非常广泛，原因之一为其小至数千瓦，大至数百千瓦匹马力动力输出的可变化性，从小客车、大客车、载货车、拖车、建设机械，以及割草机、快艇、轮船、发电用发动机等均可适用，没有其他的内燃机能有如此宽广范围的使用，足以证明柴油发动机对人类生活的重要性。
柴油发动机的优点
3、在以往，柴、汽油发动机的优缺点的比较，如表1.1所示。
表1.1 柴、汽油发动机的优缺点比较(www.isuzu.co.jp)

项目
柴油发动机
汽油发动机
尾气
NOx

较少
PM

较少
CO2(与燃料消耗有关)
较少

性能
噪声

发动机功率

发动机转矩
较大

耐久性
较佳

4、而现代柴油发动机，由于各项先进技术的应用，以及各国严格废气排放的结果，其优点为：
(1) 大功率：搭配中间冷却器(Intercooler)的涡轮增压器使用。
(2) 低转速高转矩：加速性能优异。
(3) 高热效率：达35%~42%，而汽油发动机热效率25%~30%。
(4) 低油耗：比汽油发动机低20%~40%。
(5) 低CO2排放量。
(6) 低NOx排放量。
(7) 低PM排放量。(PM为烟尘等微粒物)
(8) 耐久性佳：发动机寿命可达30万~100万公里，甚至更高，而汽油发动机为10万~30万公里或更高。如果先进柴油发动机科技上居于领先地位的柴油发动机寿命可达85万公里，汽油发动机则为40万~45万公里。
(9) 维护成本低：先进的柴油发动机的维护周期为50,000km，而汽油发动机平均约为7,000km。至于在维修成本上，常用汽油发动机的点火系统零件多，如分电盘、点火线圈、高压线、火花塞等，容易出现故障，因此维修成本高。
清洁燃料(极低污染燃料)汽车简介
5、清洁燃料汽车的种类
压缩天然气汽车 (CNGV)
液化天然气汽车 (LNGV)
二甲基醚汽车 (DMEV)
清洁燃料汽车的种类 柴油复合动力汽车 (DHV)
燃料电池汽车 (FCV)
液化石油气汽车 (LPGV)
二、天然气－柴油双燃料汽车的概念
预混合压燃式天然气－柴油双燃料发动机的原理及其性能
车用柴油机改装为天然气－柴油双燃料发动机，必须保留原柴油供给系统，用来提供引燃空气与天然气混合气的少量柴油，并需要配备一套天然气供给系统。这时发动机同既要考虑天然气的控制，又要考虑柴油的控制；既要处理好天然气与柴油之间的合理配比，又要处理好天然气、柴油与空气之间的合理配比。
双燃料发动机中的燃料与火花点燃式等容加热循环发动机相似，不同的是充量的点燃能源不是电火花，而是引燃柴油的自燃。控制功率输出时，双燃料发动机很少用节流阀控制进入气缸内的混合气量来控制功率输出。而通过改变预混合充量中的天然气的浓度来控制功率。在这方面以及很多其它技术方面，与火花点燃式发动机相比较，双燃料发动机又类似于柴油机。
在双燃料发动机中，和柴油机一样，引燃柴油是在上止点之前以极高的压力喷入燃烧室。燃料雾化，与气缸中的热充量接触被加热，进行焰前反应，然后自燃，引燃天然气。由于柴油燃料只是作为着火火源，而不是燃烧能量主要的来源，要求的柴油燃料供给量很少。对于，现有的大部分双燃料发动机，保持有回复到100%柴油工作的能力，最小的柴油引燃油量由燃料喷射系统的调节来限制。它是满负荷最大燃料量的15%~25%或更高些。
由于双燃料燃烧的工作过程是气体燃料与空气混合后经压缩到低于混合气自燃温度，由喷入的少量柴油引燃。天然气－空气混合气开始燃烧是由多处火焰前峰扩散穿过混合气作用的结果，这就像多火花塞火花点燃式发动机。这样，双燃料发动机的燃烧更像电火花点燃式发动机而不像柴油机。柴油引燃燃料所提供的能量远大于一个火花塞所提供的能量。这就允许双燃料发动机在相当稀的空燃比下运行，因此通常不需要对空气进气节流，甚至在发动机部分负荷条件下亦是如此。
与火花点燃式发动机相比，柴油燃料提供的分布广、高能量的点火源可使天然气充量(对很稀的空燃比的混合气更好)更可靠地着火和更迅速地燃烧。因此，双燃料发动机可以成功地在比火花点燃式发动机稀着火极限更稀的混合比情况下工作。
在高负荷工况下，柴油机的输出功率一般受限，低于它的最大理论值，以避免在等于或者接近化学当量空燃比情况下不完全燃烧而产生过度的炭烟。所有柴油机都以过量的空气运行，过量空气比率可达120%~200%。尽管天然气在进气时挤掉了相当的空气量(约为化学当量下的10%)，但在发动机工作范围内仍有供双燃料全功率输出的足够的空气量。
理论上，双燃料发动机在高负荷时的效率高于单纯用柴油运行时的效率。但由于诸多因素的影响，一般地说，双燃料发动机的效率与标准柴油机在高负荷时的效率大约相等。供气系统的选型和优化匹配，对于天然气－柴油双燃料发动机性能的影响是至关重要的。
三、天然气/柴油双燃料汽车及其市场前景
1、天然气/柴油双燃料汽车技术分类及其优缺点
（1）机械控制式双燃料混燃系统的缺点：
机械式双燃料混燃系统的基本控制信息（信号）来自柴油机的转速和加速踏板、油门拉杆（或拉线）拨叉等连杆及传动等部件的空间位置或距离，这些机械部件往往由于磨损和传动偏差，使之供气时刻和供气量、喷油时刻和喷油量等产生误差，因此天然气替代率低下、耗气和耗油率都偏高，其结果是既不省油，又要耗气，和100%烧柴油相比没有多少经济性。
（2）电控（即电子控制式）双燃料混燃系统的优点：
与机械控制式不同的是：电控双燃料混燃系统的基本控制信息（信号）来自多个检测并敏感柴油机各种运行工况的电子传感器（如氧传感器、转速传感器、绝对压力传感器、油门位置传感器等），并由功能强大的ECU电控单元组件即时计算并发出各种适应柴油机运行工况的信号指令，然后由机电式执行器（如电磁阀，混合器、步进电机阀等）实施控制动作，因此电子控制既精确又灵敏。
2、双燃料汽车的市场——全国在用的1550万辆柴油汽车
会有人问，在国内外燃气发动机研制已经成熟并可大批量工业生产时，为什么还推广不能100%全烧天然气的双燃料汽车？
据全国汽车工业协会不完全统计并公布的可靠数据，2007年中国全国汽车保有量为5355万辆。其中，汽油车总量约为3830万辆，占总保有量的71.52%。2007年汽油车全年耗用汽油量8083万吨；2007年全国柴油汽车总数约为1525万辆，占总保有量28.48%；2007年全年柴油消耗量高达：14425万吨/年；
从统计资料看出，虽然柴油车总数还不到汽油车总数的40%；但耗用的燃料总量却是汽车耗量的1.78倍还多，这是因为约有30%—40%左右的柴油车是大功率的柴油重卡，每辆柴油重卡的油耗量大都是汽油车的3-5倍左右。

本文列举10种类型柴油汽车图片如下：

3、在用柴油车改装双燃料汽车的产业市场前景
上列权威数据已经表明，我国在用的柴油汽车总量已超过1550万辆，据专家估计从事长途能源物流货物运输载重型柴油卡车至少占柴油汽车总量的30%，那么全国柴油重卡总数即为：465万辆。如在若干年内能将50%柴油重卡改装为电控双燃料汽车（即232万辆），若每辆改装总费用平均4.0万元/辆（包括LNG车载气瓶在内），此改装产业约可产生928亿元的产值，其中利润在230亿元以上；若能在5~6年内改装10%即46万辆柴油重卡为电控双燃料汽车，其产值约为184亿元（人民币），其利润至少也有46亿元左右。
四、单一燃料与双燃料汽车并存发展的前景
1、为什么单一燃料汽车当前还难以马上大面积推广？
目前，单一燃料（天然气汽车还难以大面积推广。主要原因之一是，单一燃料发动机汽车，当天然气（LNG或CNG）用尽时，它不能返回原机的燃油供应系统而难以继续行驶，这在目前加气站稀少地区或加气站尚未形成网络的现状下，其使用受很大的限制，特别是在长途运输油气煤等能源物流载重车上难以推广。
2、其次，柴油汽车改为单一燃气燃料后，必须更新为专门烧天然气的发动机，若改装原车的烧柴油的发动机，其发动机机动力性能普遍要下降15%-20%，对于需要大吨位多拉快跑甚至还要超载运输的煤炭等能源物流业主来说，花钱改装的车因动力损失而少拉货物，这无疑是业主（或车主）老板们不乐意接受的一大缺陷。
3、油价居高不降，物流运输业举步唯艰。
据广东油气商会油品部统计，近两年来国际油价一直维持在100美元/桶以上，国内柴油批发价平均在6500元/吨—7500元/吨，其在北方地区的零售价在5.25元/升—5.65元/升。据专家分析预计，若明年全国实行燃油税（即费改税）制度后，每升柴油价格大概要上升1.5元左右，届时国内柴油价将达到7.5元/升左右，这样昂贵的燃料价格将大大降低国内物流运输业的利润空间，特别是量大而价廉的煤炭等物流运输，其高额燃油成本再加上道路收费等沉得负担，已使这些物流企业陷入了车辆不超载就可利可图、而超载又会被罚款并会引发各种安全事故的恶性循环格局之中。
4、随着全球石油短缺和国际油价居高不降，我国国家的能源安全及供应紧张形势更加严峻。与此同时，我国政府承诺不久将要按《京都议定书》条约承担温室气体减排义务，而由燃油汽车尾气排放等引起的城市大气环境污染和温室效应日益严重，生态环境日趋恶化，这也严重地影响了我国经济的可持续、快速发展。
五、在用柴油汽车改为双燃料系统的现实性
双燃料汽车是目前在用柴油汽车（特别是重型卡车）实现“以气代油”的较现实技改方案。
为了创造人类美好生活环境，为了子孙后代造福。世界各国都在积极推进清洁汽车行动，“以气代油”可以减少汽车尾气污染物排放，进而减少温室气体对大气环境的污染。以气代油后，20辆柴油汽车排放量造成的空气污染只相当于目前一辆柴油车的排污量，这也是目前我国政府大力提倡使用天然气、煤层气等清洁能源的主要原因。
特别是煤炭、天然气（LNG或CNG）等能源物流运输的车辆，绝大多数都是大型载重型柴油汽车，这些车辆大多刚刚购买或还没用两三年，车况大多完好可用，如广汇集团花近2亿元购买的德国奔驰载重牵引车300辆；深圳岩田港区有近3万辆集装箱拖车等；又如山西晋城运输煤炭的柴油载重车约3万辆，全山西省煤炭运输的柴油载重车至少有20万辆以上等等，不一一列举。
在全国各地汽车加气站网络还远没有完善的情况下，要将在用的全国几百万辆柴油车都改为单一燃料，这在当前非常不现实。反过来说，能用的车辆等固定资产不用，买新更昴贵的资产作同一种运输功能，这本身也是一种资源浪费。况且，目前单一燃料汽车价格约是柴油车价格的2倍左右，这也是很多物流运输企业不愿大量购买的原因之一。
六、单、双燃料发动机比较
（1）四冲程柴油发动机工作原理图

（2）单一燃料发动机的优缺点
优点：
☆排放较低
☆运行经济
缺点：
☆需重新设计发动机，研发及期制造成本费用较高；
☆输出功率下降；热效率较低；
☆经常需对火花塞进行更换等维护，系统故障率较高。
（3）双燃料发动机的优缺点
优点：
☆不改变原柴油机结构，配套适应性强；
☆功率与原机相同；热效率较高；
☆燃料经济性好，运营成本低；
☆改装成本低、维修成本低；
☆当天然气短缺时，可返回到全柴油状态。
缺点：
☆需要配备两种燃料箱，LNG车载气瓶较贵；
☆低速行驶时替代率不高，低负荷时排放较差。
七、国内双燃料混燃汽车进展情况
（1）LNG、CNG等危险品运输业的兴起
CNG、LNG等危险品运输业是当前我国清洁能源兴起阶段的朝阳产业之一。
我国运输业概况——普货过剩、危险品运输方兴未艾。
普通货物运输市场（物流业）基本已近饱和，某些地区甚至供大于求，其行业内竞争日益热化，表现在运输收费价格的不断下跌，以至于陷入不超载就难以赢利的艰难运营状况。
而新兴的LNG、CNG等危险品运输却市场广阔，远未饱和，其丰厚的利润空间吸引了众多物流投资者的目光和青睐。
新疆广汇公司和深圳天民公司4500公里LNG运输线的成功运行为全国LNG等危险品运输开了先例，摸索出失败教训和成功经验。
（2）燃油费用在物流运输总成本中的比重占40%左右。
LNG等危险品槽车选配的技术规定
☆国家对危险品运输槽车的技术规定：满载总质量不超过50吨；单轴最大载荷10吨；功率/质量比不低于7.5（马力/吨）；
☆危险品车辆的设计和制造都必须符合以上规定，才能通过国家审查，并在国家汽车信息产品栏目予以公告。
☆承运商在选配牵引车时必须满足上述法规要求，才能通过车管部门和运输部门的验收并登记注册上牌；
☆路政部门在查验车辆载重时规定：总质量超过50吨为超重，超过55吨为超限，并予以不同的处罚。
（3）LNG等危险品槽车营运成本构成
CNG或LNG槽车营运主要成本构成
变动成本
固定成本
（1）燃料费
（1）折旧费
（2）路桥费
（2）养路费
（3）轮胎费
（3）保险费
（4）司机押运员提成费
（4）LNG槽罐年检费
（5）事故赔偿费用
（5）季度、年度、综合审
（6）日常维修费
（6）营运管理费、车船税
（7）不可预见费用
（7）司机押运固定工资福利

（8）维修保养基金
（4）危险品运输成本中燃油费用占40%以上
CNG或LNG槽车燃油费用占营运成本的40%-50%
☆槽车燃油消耗占单趟营运成本的比例因路况而异（同型牵引、同型半挂槽罐车、同样载荷）
☆以深圳喜顺物流公司AUMON（6×WD618）槽车为例
运输区间
（往返里程KM）
路况
油耗/（升）
燃油费占营运
成本比例
珠江三角洲
（600KM）
国道+高速
50±3/100Km
36%-40%
深圳—新疆
（9000KM）
高速+国道
42±2/100Km
40%±2%
深圳—陕西
（4000KM）
高速+国道
47±2/100Km
44%±2%
八、CGJ系列双燃料汽车智能电控混燃喷射系统
1、深圳国炬天然气汽车技术有限公司CGJ系列智能电控双燃料混燃系统简介
（1）概述：天然气（CNG）——柴油电控双燃料发动机以原车柴油机为基础，在保留原机的所有结构和操作工作方式不变的前提下，加装了一套CGJ双燃料电控混燃系统进行工作，通过转换开关又可返回为全柴油工作，需要转换时只需按一下电子转换开关即可。
（2）由深圳国炬公司自主研发的CGJ系列双燃料智能电控混燃系统是在消化吸收国外技术的基础上自主创新的产物，它与国外配件浑然不同，已具有自主知识产权，先后申报国家发明专利、实用新型专、外观设计专利共九项，并正在申报国际专利。
CGJ系统的电控喷射混合原理既不同于负压吸气型（如文丘里混合器），又不同于正压喷射型（高压电磁喷射阀），计算功能强大的、具有模糊数学优选功能的ECU电子控制单元可敏感发动机负荷、转速、排气温度、油门位置等信号参数，并适时准确地发出指令，使发动机进气系统能随机地跟踪瞬时运行工况而按需要进足天然气量和空气量，并使在最佳配比下充分混合，以保证天然气和柴油双燃料在发动机缸内混合燃烧时功率达到最佳。
（3）以LNG为气源的双燃料车型
在柴油汽车上加装一套“CGJ”双燃料系统装置（包括进口减压套件，ECU电控单元组件，进口传感器，空/燃混合器，转换开关等）及输气管路，储气瓶组等设备，使车辆既可在全柴油状况下运行，又可以柴油/天然气双燃料混燃状态下工作，通过转控开关使两种状态可自由快捷切换。
双燃料发动机在起动和怠速工况下仍全用柴油；当ECU电控单元接收到发动机的加载信号时，即根据传感器输入的发动机油门位置、负荷、转速和排气温度等信号、由ECU控制软件进行模糊优选和模拟分析对比，并输出控制指令参数，由执行机构去控制天然气的供给量和引燃柴油的喷油量；并采用感应式步进电机动率阀去控制经CNG减压调节器降压后的天然气流量，并使其通过特殊涡流腔道构造的天然气/空气混合器混合后而进入发动机气缸。
2、CGJ电控双燃料系统主要配件介绍
（1）由“深圳国炬公司”自行研制的CGJ系列ECU智能电控单元组件是双燃料汽车工况优化、精确控制两种燃料配比的智能化电控软件平台，通过发动机转速、负荷、油门位置、排气温度等信号传感器反馈来的信号，经过具有模拟分析和模糊优选动能的ECU控制中心发出指令，指挥感应式步进电机功率阀门、油门限位执行器和具有特殊涡流腔道构造的空燃比混合器工作，以使其发动机进气系统能随机地跟踪瞬时工况而按需要准时进足空气量和天然气量，从而保证缸内燃烧工况的三个最佳化：
①空、燃比最佳化；
②柴/燃比最佳化；
③柴/空/燃比最佳化。
（2）具有特殊腔道的专利混合器可以随机地跟踪发动机工况准确地进足天然气量和空气量，以保证改烧天然气/柴油双烧料后发动机的动力性能不减。
（3）CGJ电控双燃料系统原理图如下：

（4）这里要特别指出，深圳国炬公司的“CGJ”双燃料系统可以直接从LNG槽车的大罐中取气，而无需另外加装小型LNG车载气瓶，这对长途运输的槽车有现实意义。
其直接从LNG大罐取气供气系统的原理图如下：

3、柴油发动机电控双燃料混燃系统三大组成部分
(1) 各种传感器 (2) 各种执行器(机构)
(3) 电子控制单元(ECU)
以下逐一介绍各部的定义及其功能：
(1) 传感器：在发动机电子控制式燃油喷射系统中，传感器在发动机运行时检测反映发动机工况的信息，输入控制单元，作为控制单元进行运算的依据或控制的基准。常用的传感器主要有发动机转速和曲轴位置传感器、压力传感器、温度传感器、氧传感器、爆震传感器、车速传感器、转速传感器及各种开关信号等。
(2) 电子控制单元ECU。电子控单元ECU是发动机喷控制系统的核心部分，以下介绍电子控制单元的构成，存储器存放的数据，自诊断系统的功能，其他控制功能及控制功能的连接方式。
1) 电子控制单元构成。电子控制单元(ECU)与其他控制系统相同，发动机电喷控制系统中的控制单元也由微处理器(CPU)、存储器(ROM和RAM)，输入/输出接口I/O、模/数转换器A/D、信号整形与处理电路、时钟、电源、备用系统、保护系统以及自诊断系统组成。
2) 控制单元存储器存放的数据。控制单元的存储器中存放了与发动机转速、负荷等信号有关的基本控制参数，如点火提前角、基本喷油量等原始数据，还存放着与发动机工况有关的各种修正值，如怠速、加速、暖车以及不同温度时的各种修正方法或修正系数。还存放着实现系统控制的全部程序。
3) 自诊断系统的功能。发动机工作期间，自诊断系统监视各种传感器、执行机构和控制单元自身的工作。发生故障时，将所发生的故障变成相应的代码，存储到专用存储器中，同时接通故障灯，通知驾驶员车辆处于故障状态，并自动采取保护措施或进入备用或保护系统。
(3) 执行机构。在发动机电喷控制系统中，执行机构的作用是在控制单元发出的控制信号的作用下完成规定的动作。常见的执行机构主要有喷油器、怠速电磁阀、燃油泵继电器、排气再循环控制阀、点火控制器、故障指示灯、监控指示灯等。
发动机电喷控制系统通常采用集中控制方式，其英文名称的缩写为ECCS。
4、汽车发动机电喷机构中电控系统组成及其特点
发动机电子控制系统(单元)ECU是“电喷”发动机系统的控制和指挥中心。电子控制系统的内部工作程序方框图如图**所示。
(1) 辆入信号的形成。传感器送来的信号(已转变为电信号)有两种形式：一种是模拟信号；另一种是脉冲信号。
由于ECU内的CPU(中央处理器，或称微电脑)不能直接处理模拟信号，所以输入的模拟信号必须先经过模/数(A/D)转换电路，使之转变为脉冲数字信号，则可以直接输入。图4-18中的输入电路主要用于对输入的信号进行滤波、整形等。

(2) 输入/输出接口电路。输入/输出(I/O)接口电路是ECU与外部通信的枢纽，起着CPU对外部进行信息接收和发送的桥梁和纽带作用。同时，在信息传输过程中，它还起着电平缓冲、时序匹配的作用。
(3) 中央处理器。中央处理器(CPU)是ECU的核心，由运算器以及暂时存储数据的寄存器组成。它通过数据、地址、控制总线进行数据处理运算，然后进行逻辑程序判断及向外发布指令等。
(4) 输出电路。输出电路接收CPU下达的指令。去控制各执行器的动作。因CPU输出的是脉冲数字信号，且电压和电流都很小，不能直接驱动执行器动作，所以必须由输出电路完成对信号的放大等任务，才能驱动执行器动作。
(5) 总线。CPU系统中还有一些传递信息的总线。即用于CPU控制各部门协调工作及发布指令的控制总线，用于传递数据的数据总线以及用于联系各部门之间通信地址码的地址总线。
(6) 控制系统工作流程。电子控制系统ECU接收各种传感器送来的信号，经过滤波、整形、变换电路处理后，送入CPU。CPU根据事先写入存储器内的数据，经比较、运算、修正，计算出当前发动机的最佳工况数据，然后输出指令去控制执行器的动作。在发动机的整个运转期间，ECU时刻“监视”着各个传感器，实行闭环控制，始终使发动机处于一个良好的运行状态。
(7) 控制系统的自诊断功能。电子控制系统ECU一般都具有故障自诊断功能。当车辆出现故障时，维修人员通过接通故障自诊断插头或开关，就会使依表盘上显示出故障代码。
5、汽车以LNG为气源的优点
（1）LNG的燃料能量密度大，车辆的续驶里程长：LNG的气、液体积比为625:1，其能量密度是20Mpa的CNG能量密度的2.5倍。有利于提高车载储备能力，大大增加汽车的续驶里程。
（2）以平均油耗为30升/100km、功率为200马力的柴油大巴客车为例：只要在此车的货厢中安装一个容积为375升的LNG车载瓶，并将其发动机的燃料供给系统的改装为替代率约为70%的双燃料混燃系统（注：30%燃料仍耗柴油）后，该车一次最长续驶里程可达1000km左右。明显，这是CNG汽车所无法比拟的。
6、以CNG气体作气源的双燃料车型
（1）以CNG作气源的双燃料供气系统
以CNG为气源的双燃料汽车，储存在高压气瓶中的CNG高压气体在进入混合器之前，都要经过两级减压，使其降压至需要的进气压力后才进入混合器，在CGJ专利空/燃混合器中与新鲜空气混合后经进气歧管而进入发动机气缸内，当活塞上行将该混合气压缩近上止点时，喷入柴油与其混燃而推动活塞运动作功。
（2）以CNG作气源的CGJ双燃料系统构成：
CNG——柴油电控双燃料系统由ECU电控单元系统、柴油油量控制输配系统和CNG/AIR供气及混合控制系统三部分组成。
AIR/CNG供气混合系统主要由高压滤清器、高压电磁阀、CNG组合减压调节器、低压电磁阀、动力调节阀以及专利混合器等组成。
（3）CNG供气系统程原理图：

7、深圳“国炬”公司CGJ双燃料汽车技术的竞争优势
（1）对发动机本体不作任何改动，只附加一套天然气进气并与空气混合的混气系统，其结构简单、改装快捷、且即改即用，不影响车辆营运，CGJ系统运行可靠、故障率极低，深受用户和司机欢迎。
（2）天然气替代率高，改装费用低，投资收回快。凡重型柴油车辆的改装双燃料系统的成本费用大都可在3-6个月内回收回来。
（3）发动机动力性能不但不降，反略有升高，其额定动率和扭矩均不低于原机；丝毫不会影响重卡车辆载重或超载运输的收益。
（4）发动机尾气排污降低80%左右。
（5）对发动机缸内配件无任何损害，发动机使用寿命有较大延长。
（6）安全性能优于原机、操作性能不变，司机开车的方法不变。
（7）天然气（LNG或CNG）替代率指标较高。
CGJ系统的天然气（CNG或LNG）替代率指标：
☆平均车速≥50km/h 平均替代率≥55%
☆平均车速≥60km/h 平均替代率≥65%
☆平均车速≥70km/h 平均替代率≥75%
8、推广CGJ系列电控双燃料汽车技术的优势：
（1）油气切换方便自如，可随时转换为纯柴油行驶；在当前加气站尚不普及的情况下，柴油车改双燃料是比较实用、方便的选择。
（2）动力性好，改为双燃料，发动机的动力性能不降略升，这是改两用燃料的汽油车（动力下降15%左右）作不到的。
（3）经济性优越，节省燃气和燃油，比单纯用柴油节省费用30-40%左右。而且，将来也不受燃油税影响。一旦我国实行燃油税后，得到政府提倡和政策扶持支持的天然气燃料不会加收燃油税，其经济效益将会更加明显。
（4）采用少量柴油引燃，比起火花塞点火，其点火能量高，着火稳定，避免失火，并能加快甲烷相对较慢的火焰传播速度。
（5）柴油引燃比火花塞点燃的能量大得多，对点火正时的控制要求较低，能够在较宽的空燃比范围内工作，可实现较稀薄燃烧。
九、深圳“国炬公司”的CGJ电控双燃料系统的使用实绩
EQ4163（C-260-20发动机）改为CNG/柴油双燃料系统后道路试验报告：
2006年11月8日-9日两日，由深圳国炬天然气汽车技术有限公司技术人员对西安市西蓝天然气股份有限公司的牌号为陕AB0029号东风牌EQ4163W型CNG长管拖车进行CNG-柴油双燃料电控系统改装，并于次日共同作路试如下：
路试时间：2006年11月10日（星期五）下午
路试地点：西安市绕城高速公路
改装前车辆技术数据：
1、牵引车编号/型号：陕西AB0029东风牌EQ4163W
2、柴油发动机型号：C-260-20
3、CNG长管拖车编号/总质量：1号/约40吨

4、该车平均油耗（改装前）：37.5升/百公里（数月实际统计值）
改装后路试测试数据：
1、路试里程：86公里（=21892km-21806km）
2、路试平均车速：70公里/小时
3、路试柴油耗量：8.9升/86公里 （折算为：10.3升/百公里）
4、路试CNG耗量：22.5Nm3/86公里（折算为：26.2 Nm3/百公里）
道路试验结果：
1、替代率：72.5%
天然气替代率n=（37.5-10.3）/37.5×100%=72.5%
2、动力性能：司机感觉发动力明显比改装前要大一些
3、油气消耗比：
1Nm3天然气=（37.5-10.3）/26.2=104升柴油
0.91Nm3天然气=1公升O柴油
油气消耗比V=37.5/36.5=0.97
双燃料车经济性估算：
采用深圳国炬公司的CGJ-2006型电控双燃料改装系统改装后的双燃料汽车，每月每辆车可节省燃料费10950元（与用纯柴油相比）。
西蓝天然气公司长管拖车多数每日行驶约500km左右，按72.5%替代率，每天单程可节省
2.5×37.5×0.725×[4.96-2.65]=157元/天·单程（西安市场0#柴油价4.96元/升，CNG汽车加气售价2.65元Nm3计）。
返回空车用的是高压管中的残留气体，故回程用气价可按西蓝公司CNG进价（1.90元Nm3）计算；
2.5×37.5×0.725×[4.96-1.90]=208元/天返程，每天每台车可节省=157元+208元=365元/天·车，每月每台车节省=30天×365元/天=10950元/车·月。每辆车每年可节省燃料费用为131400元/年·车；可见，改用双燃料后，行车经济性显著提高。
十、用户使用效果报告
以下报告由西安西蓝天然气股份有限公司2007年7月28日提供，报告全文如下：
《关于深圳国炬天然气汽车技术公司的CGJ电控双燃料汽车改装技术应用情况说明》
西安西蓝天然气股份有限公司
我公司从2006年10月份至今，先后采用深圳市国炬天然气汽车技术有限公司研发的CGJ天然气/柴油电控双混燃系统套件，改装我公司宏庆母站10辆压缩天然气长管拖车的牵引机车（其中装有260马力的东风康明斯C—260—20型柴油发动机机车五辆，装有320马力的潍柴WD615.44型柴油发动机的陕汽德龙柴油重卡车五辆），还有公司其它类型柴油机汽车2辆，共12辆均改装为天然气（CNG）柴油电控双燃料汽车，现已成功运行九个月时间，无一发生故障。
在西安市清洁燃料汽车专家委员会的指导下先后两次通过西安汽车产品质量监督检验站(原西安公路大学汽车工程学院国家级检测中心)在西安市环城高速道路上的路试检测结果为：
参试的EQ4163W型CNG长管拖车的C-260-20型柴油发动机，原车平均油耗为37.6升/100km，改CGJ电控双燃料行驶后油耗降为10.3升/100km，CNG气耗为26.2Nm3/100km，天然气（CNG）对柴油的替代率达到72.5%~76.6%（当平均车速为65km/h时）。经过12辆车九个月的运行实际和节约效果的事实说明：
采用深圳国炬天然气汽车技术公司研发的CGJ系列电控双燃料汽车加装套件改装的12辆双燃料汽车，全部都稳定、可靠地体现出如下性能优势和特点：
（1）发动机动力不降反而明显升高
根据司机操作时的个人感觉，当踩油门加速时或爬坡翻山时感觉动力性能比改装前明显强劲了，均可减一档爬坡翻山。
（2）发动机冷却循环水温不升高；
该系统套件控油控气功能良好、尽管动力有增无减，但循环水箱的温度始终保持正常，与未改装前烧柴油的水温情况一样。
（3）天然气替代率较高，节油省钱效果显著
目前因不能上高速路行驶，在平均车速30~40km/h的情况下，平均替代率也均达到50%~60%，这10辆车每月节约燃油费约6.6万元，平均每辆每月节约油费6600元多（西安市的CNG加气价2.65元%/Nm3，进气价1.90元/Nm3）.
如果仍上调整路，时速上65km/h行驶时，替代率可达到75%左右，每车辆每月可节约10950元燃油费，每车辆全年可节约13万元，而每车辆的改装费用仅3万元，其经济性十分明显。
（4）故障率极低且维修快捷
九个月的行驶以来，这12台发动机系统未发生任何故障，个别车辆加装的传感器因浸水失灵后，经过深圳公司培训的我公司技术人员很快（约半个小时）就能用备用件更换修好，基本上不影响12辆车辆的正常生产运行。
（5）天然气/柴油两种燃料同时混燃对发动机何损害
经我公司汽车改装厂对其中2辆车的发动机拆开检查，其气缸活塞、活塞环等气缸内部件都无任何损坏迹象，（详情参见照片），与烧柴油完全不一样。
从以上情况说明并证明：深圳市国炬天然气汽车技术有限公司的CGJ电控双燃料混燃节油技术是在国内领先的一项成熟技术，它较好的解决了柴油车改装中所存在的一些难 题，如天然气替代率过低、改装后水箱温升过高、对原发动机需要动大手术（如加工活塞上燃烧室加装火花塞等）、改装费用过高等。而且实践证明该项技术工作原理先进、性能稳定可靠，安装简单容易，不需对发动机作任何改动，与进口技术相比价格较低，维修方便，因此比较适合中国国情，是一项容易为汽车业主接受而值得大力推广的先进技术。缺点是目前一些零部件还需从国外进口，周期较长且成本较高，如有可能应设法全部国产化。
道路试验和实际运行证实：平均车速为65km/h以上时，天然气替代柴油率达到75%以上，我们认为该技术更适合于长途客、货车的改装，特别适合从事长途运输的大型柴油重卡的改装。
我们建议：应该向全国在用的几百辆物流运输线上的柴油重卡推广此技术成果。

用户单位：西安市西蓝天然气股份有限公司
陕西西蓝汽车维修改装有限公司

注：
单 位： 西安西蓝天然气股份有限公司
公司地址：西安市高新区唐延路旺座现代成19层
车辆地址：西安市灞桥区洪庆工业园西区22号
联 系 人：刘锡麟（总工程师）
咨询电话：[phone] 13571902750
邮 编：710025

十一、深圳国炬公司与CGJ电控双燃料技术简介
(具有四项国家实用新型专利技术)
深圳市国炬天然气汽车技术有限公司系深圳市首家专门从事清洁汽车产业技术的高新技术企业，其产品研发团队由北京理工大学、长安大学汽车工程学院和上海交通大学汽车研究所等著名汽车技术专家指导下而研发