气体燃料发动机

null第四章 气体燃料发动机第四章 气体燃料发动机null背景：石油危机 环境污染 CNG LPG4.1 燃气的性质4.1 燃气的性质4.1.1 天然气 ——主要成分CH4 CH4 —— 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 天然气作为内燃机燃料的特点：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% 天然气作为内燃机燃料的特点：天然气作为内燃机燃料的特点：3）状态、沸点 沸点：-162°C 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：天然气作为内燃机燃料的特点：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：0.6~1.8 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：630~730°C 天然气作为内燃机燃料的特点：天然气作为内燃机燃料的特点：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：115~130 抗爆性能好，采用较高的压缩比，提高动力性，经济性 （2）车用天然气技术要求（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，结冰车用天然气的技术要求车用天然气的技术要求4.1.2 液化石油气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（1）液化石油气的物化特性（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 （1）液化石油气的物化特性（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 （1）液化石油气的物化特性（1）液化石油气的物化特性5）着火温度 丙烷：470°C 丁烷：365°C 6）热值 单位质量LPG热值比汽油高 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（1）液化石油气的物化特性（1）液化石油气的物化特性8）理论空燃比 丙烷：15.65 丁烷：15.43 9）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（1）液化石油气的物化特性（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 采用耐腐蚀的橡胶车用液化石油气技术要求车用液化石油气技术要求代用燃料发动机代用燃料发动机CNG和LPG汽车的优缺点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96CNG和LPG汽车的优缺点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（20～25MPa）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车，则整车成本提高约15%。4.2 两用燃料发动机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4.2.1 CNG/汽油两用燃料发动机的燃气供给系统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-减压器两用燃料开环供给系统工作原理方框图两用燃料开环供给系统工作原理方框图3档：避免发生 油气混烧现象按供给控制装置不同：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4.2.2 LPG/汽油两用燃料发动机的燃气供给系统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null 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 ？两用燃料开环供给系统工作原理方框图两用燃料开环供给系统工作原理方框图3档：避免发生 油气混烧现象两用燃料开环供给系统工作原理方框图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4.2.3 液化石油气/汽油两用燃料发动机的性能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：CO\HC减少，燃烧温度下降，NOx排放下降4.3 单燃料发动机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？4.3.1 压缩天然气发动机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 （1）充气阀（1）充气阀（2）储气瓶（2）储气瓶气瓶： 高压：20MPa 材料：钢、铝合金 复合材料 注意：安全可靠膜片、易熔合金瓶口装置（3）高压管线及高压接头（密封）（3）高压管线及高压接头（密封）接头体+卡套+压紧螺母（4）减压阀——减压调节器（4）减压阀——减压调节器一级减压 20MPa 0.35~0.4MPa 二级减压 0.15~0.19MPa 三级减压 负压 满足发动机各种工况（5）混合器 安装：空气滤清器与化油器之间（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4.3.2 液化气燃料发动机4.3.2 液化气燃料发动机A 压力不高！ B 需要蒸发气化 （1） 气瓶 工作压力：1.6MPa 压力小 材料：普通钢板 容积较大（2）蒸发器（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null（3）减压器 0.6MPa 0.2~0.3MPa 0.1MPa （4）混合器 ——控制空燃比4.4 双燃料发动机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？双燃料发动机优点：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存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：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2、 双燃料发动机的分类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 控制稳定性混合器 安装：空气滤清器与化油器之间混合器 安装：空气滤清器与化油器之间3、双燃料发动机的特性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）双燃料发动机的特性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、可靠性等双燃料发动机的特性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 双燃料发动机的特性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 维修费双燃料发动机的特性双燃料发动机的特性（5）运行平稳性 中小负荷时运行平稳 高负荷时避免敲缸——进气温度 柴油机：控制烟度4、改善柴油天然气燃料发动机运行的主要措施4、改善柴油天然气燃料发动机运行的主要措施目的：改善部分负荷时的燃烧 防止高负荷时敲缸 1）低负荷区域 扩大稀混合着火极限或提高混合气浓度 （提高温度、浓度、燃烧速度） 2）高负荷区域 抑制燃烧速度和避免末端气体自燃——现代电控技术null 第四章 结束！