1、天然气发动机资料阅读天然气发动机资料阅读 （王小磊.车用天然气发动机问题探讨. 城市公共交通，2004，4：38-39）天然气常规状态是气体，在运输与储存方面不像石油那样方便，其使用方式受到了许多制约（如：加气站及车载燃料装置等）到了1990年以后，在国内经济和汽车工业快速发展的形势下，以及燃料油产品价格的上涨，同时社会对汽车产生的环境污染也越来越重视，以天然气作燃料才开始引起重视。公共交通企业从1995年起开始较大规模应用天然气，并因此诞生了基于汽油发动机的天然气汽油两用车。在汽油发动机上使用天然气，一些问题也暴露出来。存在问题：1 动力不足。由于一般汽油发动机的压缩比使用天然气作为燃料时，
2、燃料空气的混合仍是采用原发动机的预混合方式，充气效率比使用汽油低（天然气占据了空气充量的10-15%， 理论混合热值比汽油低约10%），与使用汽油相比发动机功率下降约 20%左右，因此汽车在坡道上的行驶速度相对较慢。2夏天冷却系故障较多。刚开始改用天然气为燃料时，发动机功率下降问题比较突出，进行了提高压缩比的改造之后，同工况下水温比以前相对升高，夏天（环境温度35时）冷却系统的故障比较多，活塞顶烧蚀现象时有发生。3冬季启动较困难。在环境温度10时，发动机启动比较困难，刚开始使用天然气时曾经采取先用汽油启动，然后转为使用天然气的办法来解决这个问题，但是这种双燃料系统在使用时操作过程略显麻烦，关键
3、的是极易发生安全事故。因此出于安全和油料管理方面的原因最终取消了汽油辅助启动。由于启动困难，改装后的车辆冬季冷启动时电动机、蓄电池的故障比其它季节多。4排放污染。使用天然气的发动机运行时尾气中时有硫化氢味（怠速时更明显），由于天然气的主要成分是甲烷（CH4），化学性质比较稳定。燃烧不完全、未燃烧的CH4气体排到大气中仍然是污染。问题分析：(1)充气效率低。此为动力不足的直接原因，其主要影响因素是：燃料密度影响。由于汽油密度为700-800kg/m3液态），而天然气的密度为0.715kg/m3（气态），天然气密度比汽油小了许多。因此，在相同的吸入条件下，气态的天然气所占的空间比液态的汽油大得多，
4、而使得进入气 缸的混合气中空气的比例较使用汽油时约少。密度比汽油小了许多。因此，在相同的吸入条件下，气态的天然气所占的空间比液态的汽油大得多，而使得进入气缸的混合气中空气的比例较使用汽油时约少6-8%。其次是进气歧管影响。在上述条件下，作为汽油发动机吸气通道的进气歧管是按照适合于汽油混合气流动设计的，由于混合气体介质的变化，歧管过流断面大小和几何形状等对于天然气与空气的混合气的气流阻尼损失和流量都有比较大的影响。李兴虎，张有才 周大森 等.492QC发动机燃用天然气的试验研究.北京工业大学学报，Vol26No.4 2000年12月：117-120我国汽车排出的有害物浓度仍然偏高，汽车尾气中的有
5、害成分比发达国家高十多倍。天然气汽车的优点天然气汽车由于其排气中的HC和CO可大大减少，没有笨、铅等有毒致癌物，由于天然气抗爆性好，天然气汽车有工作噪音小等优点。并且天然气的储藏量很大，所以天然气不仅可以作为一种洁净的燃料应用，还可以作为石油枯竭后的替代燃料，接近人们即将面临的能源问题。现有天然气汽车根据使用燃料的种类可以分为两类，第一类为单一天然气汽车，这种汽车的发动机多数是为天然气燃料专门设计的，我国天然气是使用的局限性和供应的具体情况，使用单一燃料大天然气发动机在汽车上的使用受到制约；第二种是双燃料天然气汽车，这类汽车大部分在现有汽油车、柴油车的基础上改造而成，这种方案仅增加了一套燃料供
6、给系统，用于汽车时比较灵活，方便，易于推广，所以天然气汽油双燃料发动机被认为是最好的方案。“现有的汽油车柴油机车改装天燃气汽车的公目在我目发展很快，这些公司大多数采用天然气汽车发展较早的目家(如意太利俄，斯等)生产的或国产的天然气供气系统对在用汽车进行改装如果这种方法能够降低汽车的排故自燃料消耗量，且不使汽车的动力性下降太多，无疑将成为一个经济适用的好方法.当将汽油机该烧天然气时，如果不对发动机进行调试时，当发动机节气门全开时，492发动机燃用天然气时在1800rpm时产生最大扭矩为139与相同的转速下汽油机相比下降了17，随着转速的继续升高，扭矩快速下降。这主要是因为汽油是以雾状，液滴和壁面
7、薄膜形式进入汽油机进气歧管的，对空气的进八影响不大，天然气为气体，混合气中占有一定比例，所以在气缸工作容积相同的情况下，以天燃气作为燃料时，进气缸的空气通减少，还有进气管是为汽油机设计的，它只在使用汽油时为最好 可见由于充气系数的下降所引起的动力性下降除了天然气燃烧速度缓慢以及混合气热值的下降之外的主要原因在低转速时，与燃用汽油相比，天然气的扭矩、功率差别很小，随着转速的增加差距逐渐加大。发动机燃烧天然气时，通过点火提前调解装置使点火提前角增大，发动机的动力性得到改善。赵奎翰 曲延涛 魏克宁.2190T天然气发动机进气和燃烧系统的改进研究*.内燃机学报, 第17卷(1999)第2期,pp:99
8、-103针对天然气点火困难和火焰传播速度低的特点目前国际上天然气发动机燃烧系统的发展方向是采用高紊流燃烧室和稀混合气燃烧技术,以提高发动机性能能和降低排气污染1,2。余汉文,赵作志,童勇.24105QN天然气发动机的开发.四川工业学院学报，100025722 (2003)0320023204：p：23-26在开发该机中,根据供气装置使用成熟性、调节方便性、价格、结合本机结构特点等,选用了CYTZ2100型分体式减压器,机械控制,配比例式混合器的供气装置降低了416%(311kW)原因是:原进气系统是为烧柴油而设计,燃天然气不是最优;且进气系统增加了混合器和节流阀体的局部阻力;同时天然气空气一并
9、吸入气缸,天然气占据的气缸容积,使气缸内总的能量下降此外,天然气燃点高,火焰传播速度慢,造成天然气机燃烧持续时间长,使燃烧的最高压力点偏离上止点而使发动机功率!油耗受到影响,若能提高点火能量!增大火花塞间隙!加大点火提前角,对实现天然气机的快速燃烧,缩短燃烧持续时间对其提高性能非常有利。 天然气是比汽油、柴油更“清洁”的燃料,由于天然气燃烧温度低,NO2生成少;与空气同为气相,混合均匀,燃烧较完全,CO和NMHC(不含甲烷的未燃碳氢化合物)和微粒排放极低。怠速排放比国家标准低得多:HC比国家标准低。一般用压力升高率来代表发动机工作粗爆的程度,同时发动机振动和噪声水平，与压力升高率密切相关,而天
10、然气发动机燃烧过程的最高燃烧压力Pzmax,燃烧最高压力的循环变动与压力增长率比汽油机要小,因此,天然气发动机的燃烧是比较稳定与均匀的姚喜贵 郑殿旺 贾元华，CA6102汽油机双种燃料供给系统的研制. 小型内燃机，1998年(第27卷)第1期，p：45-49. 由于天然气辛烷值比汽油高，提高压缩比，调整点火提前角，可以使发动机性能提高， 3.1 贮气瓶天然气贮气瓶是由民用15kg液化气瓶改装而成,其顶部、安装有充气阀、气压示器、取气阀、安全阀,贮气瓶内腔容积36L。3.2 滤清器天然气从贮气瓶中流出时有杂质,在进入调压器前要予以清除,因此,在调压器前应设置天然气滤清器。特性氢气汽油柴油天然气(
11、甲烷)甲醇乙醇密度kg/m3气相0.0900.715液相71700-780840424790790沸点（C）-25330190170-350-160.507578汽化潜热（kJ/kg）45.23102705011110904辛烷值（RON）13080-9920-30130110100着火温度（C）560390-420230537450420火焰传播速度cm/s29038-4734-3753.3当量比kg空气/kg氢34.3814.714.017.256.59最高火焰速度时着火温度（C）238021971918燃烧低热值（MJ/kg）119.943.942.550.0519.6826.8赵弘志,
12、曹林.CA6102电控汽油机废气再循环性能研究. 汽车工程，2005年(第27卷)第2期,p264-268.种方法引入进气管的废气可大大增加新鲜混合气中已燃气体的比例,这样可以减少可燃气的发热量,增大了混合气的热容,使最高燃烧温度下降,从而使NOx排放减少1外,由于在节流阀体后直接引废气,增加了部分负荷的空气流量,也就降低了部分负荷时节气门的节流损失,近似于稀燃工作,降低了部分负荷的燃油消耗率2(BSFC)目前,车用汽油机有3种常见的EGR控制方式:普通真空控制方式!电控开环和电控闭环能源多元化（型天然气发动机的研制）我国拥有丰富的天然气资源，开发和应用天然气是我国的能源战略之一，而天然气发动
13、机是天然气应用的一个重要方面。我国能源结构的调整排放法规的日益严格，特别是我国政府对天然气资源利用的重视，西气东输工程的开工建设，以及天然气发动机给使用者带来的经济效益，直接推动着天然气发动机的应用和新产品的不断问世。浅谈汽车发动机燃料（一）汽油燃烧效率高低的一个重要因素是辛烷值的大小。辛烷值指示燃料抗爆震的能力。这种爆震是由于发动机气缸内的燃料与空气的混和气在被火花点燃之前瞬间燃烧引起的。高辛烷值燃料不易受爆震影响，因此能够阻止发动机敲缸并保证发动机的功率输出。传统工艺上，四乙铅可以加入汽油来作为一种有效而经济的方式增加辛烷值。然而，由于近年来人们越来越关注车辆尾气排放对身体健康的影响，希望
14、通过催化转换器除去其中90的排放成分这就要求汽油是无铅的，否则会使催化剂“中毒”而无法正常工作。所以目前汽车大都燃用无铅汽油，因此须通过改进提炼装置来弥补由于除铅而造成的辛烷值损失，使其不至于过太。天然气是一种无毒但有刺激性气味，其主要成分是甲烷，通常其体积含量从87变化到97不等，重要取决于气体的产地。天然气除了含有甲烷外还含有少量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质；有的气田中还含有氦气。对中国车用天然气成分及技术标准的分析研究陈 小济 ，魏 建 勤 ，李 强中国天然气组分在5098之间变化，组分随产地的不同而不同，也随着季节的变化，而且无法
15、预测。组分不同对内燃机燃烧和排放性能带来了明显的影响。天然气主要成分甲烷在7697之间变化根据统计，气田气中的干气甲烷含量最高，通常在90%以上，如四川天然气，甲烷含量可高达98%左右。作为气田气的凝析气及油田气，甲烷平均含量在75%一90%之间，如大庆油田、胜利油田和大港油田的天然气。而煤层气中甲烷含量仅为50%多，因CO:含量太高，需经过专门处理才能用于汽车。天然气中除甲烷外，还含有不等的乙、丙、丁烷及少量的CO2、H:等。目前 ，中 国车用天然气甲烷的平均含量为88%左右。种具有代表性的天然气燃料作为本研究的研究对象，天然气组分见表1其中。燃料1的甲烷含量为97.片%，可代表高甲烷含量的
16、四川天然气(干气)，燃料2作为东海气田的代表目前上海天然气公司所用燃料)，燃料3作为平均燃料的代表，燃料吐代表甲烷含量较低的天然气(凝析气)数据来源于文献4和对上海天然气公司的初步调查序号甲烷/%乙烷/%丙烷/%丁烷/%CO2/%N2/%197.171.020.20-0.521.09290.263.981.93-0.483.35388.464.586.240.64-0.08476.2911.006.004.002.000.71沃伯指数：wobbe index ，指燃料低热值除以相对密度的平方根沃伯指数一般是各种燃气混合气气质的一个重要的度量指标。沃伯指数增加很大而对化油器系统没有做任何调整时，
17、使混合气燃烧速度加快，最大有用功率增加而抗暴性能降低。沃伯指数减小很大如不对化油器进行调整会导致不稳定的燃烧和着火不良，对发动机稳定性和输出功率有副作用。燃气公司有责任保持气体组分在一个规定的沃伯指示范围内，而使燃气装置的安全得以保证。沃伯指示对于天然气发动机非常重要。压缩天然气用于天然气汽车上，必须将它压缩到250bar左右燃气成分对发动机性能的影响（KING S R. The impact of natural gas composition onfuel metering and engine operational characteristicsJ.SA EP aper9 20593.
18、BRIAN T.S tock compressed natural gas fuel composition issuesJ.S AEP aper9 31828.MITSUNORIIS HII. Effects of natural gas fuel composition on exhaust emission characteristics j.Transaction of Japan the Society of Automobile Technology,19 96,27(4):21- 26.）1988 年 中国天然气总公司从国外引进技术和设备，首先在四川进行了天然气汽车的试运行.到20世纪90年代后期，扩大到北京、上海、西安、广州等几大城市。同时国内各科研单位对天然气发动机的燃烧过程进行了基础性研究，内容包括:柴油一天然气双燃料发动机燃烧、排放特性研究1 、电控火花点火式天然气缸内、缸外喷气研究2、火花点火式新型预燃室燃烧系统研究川等等。上述这些工作均为中国开发高效、低污染天然气发动机提供了重要的理论依据。中国 天 然 气组分在50%-98写之间变化川，组分防产地的不同而异，也随季节明显变化，且无法预
