气体燃料发动机

1、气体燃料发动机第1页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四背景：石油危机 环境污染 CNG LPG第2页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.1 燃气的性质4.1.1 天然气 主要成分CH4CH4 碳/氢值最大，分子结构稳定1）生成CO2少2）有效防止爆燃3）抗氧化稳定性高第3页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四天然气作为内燃机燃料的特点：1）密度密度小（为空气的55%）安全性优于汽油2）热值分子结构简单单位质量热值略高于汽油；单位体积热值为汽油的90% 第4页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四3）状态、沸点沸点：-1

2、62C难于液化，存储困难4）颜色、味道、毒性无色、无味、无毒性加臭剂 便于检验泄露天然气作为内燃机燃料的特点：第5页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四5）混合气发火界限宽天然气点火上限：15%；点火下限：5%过量空气系数：0.61.8可大范围改变混合比，提高经济性、环保性6）自燃温度天然气自燃温度比汽油高天然气：630730C天然气作为内燃机燃料的特点：第6页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四7）起燃方式天然气自燃温度比汽油高适于高压缩比下点燃、柴油压燃方式引燃8）抗爆性与辛烷值辛烷值：115130抗爆性能好，采用较高的压缩比，提高动力性，经济性天然气作

3、为内燃机燃料的特点：第7页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（2）车用天然气技术要求1）减少硫化氢腐蚀气瓶和设备管线2）减少重烃冷凝成液体，降低储气瓶有效体积3）减少水分 A、生成水合物 B、加速天然气中酸性气体对金属设备的腐蚀 C、环境温度低时，结冰第8页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四车用天然气的技术要求第9页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.1.2 液化石油气（1）液化石油气的物化特性主要成份：丙烷（C3H8） 丁烷（C4H10）蒸气压力随温度升高增大， 随成分比例变化第10页，共50页，2022年，5月20日，7点50分

4、，星期四（1）液化石油气的物化特性1）密度A、液态密度：约0.55kg/L 比汽油低B、气态密度：比空气大，不容易消散2）沸点沸点低于0度，常温下挥发性好第11页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（1）液化石油气的物化特性3）蒸发潜热蒸发潜热：液体燃料蒸发时从周围吸取热量LPG 工作时，需要热源提供热量 较高温度的发动机循环水4）蒸气压蒸气压密闭容器内，LPG最终蒸发和液化达到平衡的稳定压力值 减压汽化，通过管路输送燃料第12页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（1）液化石油气的物化特性5）着火温度丙烷：470C 丁烷：365C6）热值单位质量LPG热值

5、比汽油高单位体积LPG热值比汽油低7）点火极限LPG燃烧范围比汽油宽第13页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（1）液化石油气的物化特性8）理论空燃比丙烷：15.65 丁烷：15.439）辛烷值LPG辛烷值高于汽油，适合更高的压缩比10）气/液容积比LPG气/液容积比随温度改变，因此防止其瓶爆炸第14页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（1）液化石油气的物化特性11）色、味、毒性加臭剂 检测泄露12）腐蚀性丁二烯对橡胶腐蚀性强采用耐腐蚀的橡胶第15页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四车用液化石油气技术要求第16页，共50页，2022年

6、，5月20日，7点50分，星期四代用燃料发动机第17页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四CNG和LPG汽车的优缺点1. 优点（1）充分利用天然气资源可以替代十分短缺的汽油和柴油；（2）减少对大气的污染：燃料与空气混合均匀，燃烧较完全，可大幅度降低CO和HC排放，彻底改善微粒排放污染，甲烷CO2排放低（3）燃料经济性好：天然气价格优于汽油（4）压缩天然气比汽油安全：天然气密封好，在空气中易被驱散，燃点高（537）（5）使用性能好：冷起动性能好，运转平稳，燃烧不会产生积炭，发动机寿命长，维修费低（6）天然气有较好的抗爆性：天然气辛烷值130，液化石油气100，高级汽油96第18

7、页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四CNG和LPG汽车的优缺点2.缺点（1）天然气的携带性差：液化石油气在较低压力下（690kPa）就可以完全液化，几乎和汽柴油同样便于携带；但天然气只有采用先进的膨胀制冷过程将其冷却到-162才能液化，这要求有较高的技术，无论是液化设备还是车上储罐，造价都会较高。目前广泛采用的CNG均采用高压（2025MPa）存储在高压气瓶内，这些气瓶导致汽车自重增大，空间减小，限制了续驶里程。（2）气体燃料的充气系数比液体燃料大约低10%；气体燃料的理论混合气热值也较低；与相同排量的汽油机比，发动机功率有所下降。（3）若以双燃料或两用燃料并存形式应用于汽

8、车，则整车成本提高约15%。第19页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.2 两用燃料发动机两用燃料发动机：在原有汽油机基础上，再添加一套气体燃料供给系统 缸外供气形式 缸内供气形式进气道混合器预混合供气进气阀处喷射供气缸内高压喷射供气缸内低压喷射供气第20页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.2.1 CNG/汽油两用燃料发动机的燃气供给系统6-混合器10-化油器12-减压器第21页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四两用燃料开环供给系统工作原理方框图3档：避免发生油气混烧现象第22页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星

9、期四按供给控制装置不同：开环混合器供给系统 A、3档 B、固定空燃比，与工况的匹配不良闭环带电动力阀混合器供给系统 A、2档，自动控制油气延时 B、空燃比控制灵活 C、加附加控制元件第23页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.2.2 LPG/汽油两用燃料发动机的燃气供给系统7减压蒸发器5-混合器8-汽油电磁阀20-减压器电磁阀第24页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四 根据系统原理图，写出LPG/汽油两用燃料开环供给系统工作原理方框图 ？第25页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四两用燃料开环供给系统工作原理方框图3档：避免发生油气混

10、烧现象第26页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四两用燃料开环供给系统工作原理方框图3档：避免发生油气混烧现象蒸发减压器电磁阀LPG钢瓶LPG气路第27页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.2.3 液化石油气/汽油两用燃料发动机的性能1、LPG发动机着火特性、启动性能、加速特性比较差 A、气化潜热高，压缩终了温度低 B、进气不充分 C、LPG着火温度高2、LPG发动机的动力性和经济性不高 LPG蒸发，混合气密度小，进入气缸的混合气量少，输出功率小3、LPG发动机的排气和噪声 趋势：COHC减少，燃烧温度下降，NOx排放下降第28页，共50页，2022年，

11、5月20日，7点50分，星期四4.3 单燃料发动机单燃料气体燃料发动机 仅用CNG或LPG中的一种最为发动机燃料的发动机 与两用燃料发动机相区别？第29页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.3.1 压缩天然气发动机车用压缩天燃气装置： 天然气储气系统 充气阀、高压截止阀、天然气储气瓶、高压管线、高压接头、传感器、气量显示器 天然气供给系统 滤清器、减压器阀、混合器第30页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（1）充气阀第31页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（2）储气瓶气瓶：高压：20MPa材料：钢、铝合金 复合材料注意：安全可靠膜

12、片、易熔合金瓶口装置第32页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（3）高压管线及高压接头（密封）接头体+卡套+压紧螺母第33页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（4）减压阀减压调节器一级减压 20MPa 0.350.4MPa二级减压 0.150.19MPa三级减压 负压 满足发动机各种工况第34页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（5）混合器安装：空气滤清器与化油器之间（6）气量显示器 指示气瓶剩余其量的多少第35页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.3.2 液化气燃料发动机A 压力不高！ B 需要蒸发气化（1）

13、气瓶 工作压力：1.6MPa压力小材料：普通钢板容积较大第36页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（2）蒸发器目的：保证发动机稳定连续的得到混合气的供给， 进入气缸前先对LPG进行蒸发气化措施：发动机冷却水加热气化第37页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四（3）减压器0.6MPa 0.20.3MPa 0.1MPa（4）混合器 控制空燃比第38页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四4.4 双燃料发动机双燃料发动机发动机工作时同时要用 两种燃料 （柴油机引燃） 两用燃料发动机 单燃料发动机？第39页，共50页，2022年，5月20日，7点5

14、0分，星期四双燃料发动机优点：1、可采用较高的压缩比，提高动力性能2、保持柴油机的高压缩比，具有较高的热效率3、柴油引燃，点火能量高4、点火能量高，有利于实现稀薄燃烧5、有效降低柴油机的排放烟度第40页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四存在的问题：1、低负荷时，燃料燃烧不完全，经济性能差，排放性能差2、高负荷时，可能出现工作粗暴或者敲缸现象第41页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四2、 双燃料发动机的分类缸内直接喷射 进气管混合器供气缸外供气 进气歧管喷射机械控制式电子控制式控制精度控制稳定性第42页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四

15、混合器安装：空气滤清器与化油器之间第43页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四3、双燃料发动机的特性（1）动力性 最大输出功率比柴油机稍高（控制条件：不敲缸） 动力性与柴油机结构和指标有关系（低压缩比、高速、非增压的柴油机抗敲缸能力较强）第44页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四双燃料发动机的特性（2）速度特性柴油引燃的点火能量高，易于实现稀薄燃烧双燃料发动机各工况下精确控制气体燃料兼顾功率、转矩、气体燃料替代率、排放、可靠性等第45页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四双燃料发动机的特性（3）负荷特性低速低负荷：排温高，经济性能较差 （燃料消耗多）中高负荷：排温接近或优于柴油机，经济性能好，但是要防止工作粗暴第46页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四双燃料发动机的特性（4）经济性能 低负荷热效率低发动机本身热效率 中高负荷时相近 高负荷时热效率高 运行成本 改装费运行费维修费第47页，共50页，2022年，5月20日，7点50分，星期四双燃料发动机的特性（