氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

1、第三章第三章 氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)n背景：石油危機(jī)背景：石油危機(jī)n 環(huán)境污染環(huán)境污染n CNGn LPG1 燃?xì)獾男再|(zhì)燃?xì)獾男再|(zhì)n4.1.1 天然氣天然氣 主要成分主要成分CH4nCH4 碳碳/氫值最大，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定氫值最大，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定n1）生成）生成CO2少少n2）有效防止爆燃）有效防止爆燃n3）抗氧化穩(wěn)定性高）抗氧化穩(wěn)定性高天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：n1）密度）密度n密度?。榭諝獾拿芏刃。榭諝獾?5%）n安全性安全性優(yōu)于汽油優(yōu)于汽油n2）熱值）熱值n分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單n單位質(zhì)量熱值略高于汽油；單位體積熱值為汽油的單位質(zhì)量熱值略高于汽油；單位

2、體積熱值為汽油的90% n3）狀態(tài)、沸點(diǎn)）狀態(tài)、沸點(diǎn)n沸點(diǎn)：沸點(diǎn)：-162Cn難于液化，存儲(chǔ)困難難于液化，存儲(chǔ)困難n4）顏色、味道、毒性）顏色、味道、毒性n無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒性無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒性n加臭劑加臭劑 便于檢驗(yàn)泄露便于檢驗(yàn)泄露天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：n5）混合氣發(fā)火界限寬）混合氣發(fā)火界限寬n天然氣點(diǎn)火上限：天然氣點(diǎn)火上限：15%；點(diǎn)火下限：；點(diǎn)火下限：5%n過(guò)量空氣系數(shù)：過(guò)量空氣系數(shù)：0.61.8n可大范圍改變混合比，提高經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性可大范圍改變混合比，提高經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性n6）自燃溫度）自燃溫度n天然氣自燃溫度比汽油天然氣自燃溫度比汽油高高n天然氣：天然

3、氣：630730C天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：n7）起燃方式）起燃方式n天然氣自燃溫度比汽油天然氣自燃溫度比汽油高高n適于高壓縮比下適于高壓縮比下點(diǎn)燃點(diǎn)燃、柴油壓燃方式、柴油壓燃方式引燃引燃n8）抗爆性與辛烷值）抗爆性與辛烷值n辛烷值：辛烷值：115130n抗爆性能好，采用較高的壓縮比，提高動(dòng)力抗爆性能好，采用較高的壓縮比，提高動(dòng)力性，經(jīng)濟(jì)性性，經(jīng)濟(jì)性天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的特點(diǎn)：（2）車(chē)用天然氣技術(shù)要求）車(chē)用天然氣技術(shù)要求n1）減少硫化氫）減少硫化氫n腐蝕氣瓶和設(shè)備管線腐蝕氣瓶和設(shè)備管線n2）減少重?zé)N）減少重?zé)Nn冷凝成液體，降低儲(chǔ)氣瓶有效

4、體積冷凝成液體，降低儲(chǔ)氣瓶有效體積n3）減少水分）減少水分n A、生成水合物、生成水合物n B、加速天然氣中酸性氣體對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕、加速天然氣中酸性氣體對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕n C、環(huán)境溫度低時(shí)，結(jié)冰、環(huán)境溫度低時(shí)，結(jié)冰車(chē)用天然氣的技術(shù)要求車(chē)用天然氣的技術(shù)要求液化石油氣液化石油氣n（1）液化石油氣的物化特性）液化石油氣的物化特性n主要成份：丙烷（主要成份：丙烷（C3H8）n 丁烷（丁烷（C4H10）n蒸氣壓力蒸氣壓力隨溫度升高增大，隨溫度升高增大，n 隨成分比例變化隨成分比例變化（1）液化石油氣的物化特性）液化石油氣的物化特性n1）密度）密度nA、液態(tài)密度：約、液態(tài)密度：約0.55kg/L 比汽油

5、低比汽油低nB、氣態(tài)密度：比空氣大，不容易消散、氣態(tài)密度：比空氣大，不容易消散n2）沸點(diǎn)）沸點(diǎn)n沸點(diǎn)低于沸點(diǎn)低于0度，常溫下?lián)]發(fā)性好度，常溫下?lián)]發(fā)性好（1）液化石油氣的物化特性）液化石油氣的物化特性n3）蒸發(fā)潛熱）蒸發(fā)潛熱n蒸發(fā)潛熱：液體燃料蒸發(fā)時(shí)從周?chē)崃空舭l(fā)潛熱：液體燃料蒸發(fā)時(shí)從周?chē)崃縩LPG 工作時(shí)，需要熱源提供熱量工作時(shí)，需要熱源提供熱量n 較高溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)水較高溫度的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)水n4）蒸氣壓）蒸氣壓n蒸氣壓蒸氣壓密閉容器內(nèi)，密閉容器內(nèi)，LPG最終蒸發(fā)和液化最終蒸發(fā)和液化達(dá)到平衡的穩(wěn)定壓力值達(dá)到平衡的穩(wěn)定壓力值n 減壓汽化，通過(guò)管路輸送燃料減壓汽化，通過(guò)管路輸送燃料（1）

6、液化石油氣的物化特性）液化石油氣的物化特性n5）著火溫度）著火溫度n丙烷：丙烷：470C 丁烷：丁烷：365Cn6）熱值）熱值n單位質(zhì)量單位質(zhì)量LPG熱值比汽油高熱值比汽油高n單位體積單位體積LPG熱值比汽油低熱值比汽油低n7）點(diǎn)火極限）點(diǎn)火極限nLPG燃燒范圍比汽油寬燃燒范圍比汽油寬（1）液化石油氣的物化特性）液化石油氣的物化特性n8）理論空燃比）理論空燃比n丙烷：丙烷：15.65 丁烷：丁烷：15.43n9）辛烷值）辛烷值nLPG辛烷值高于汽油，適合更高的壓縮比辛烷值高于汽油，適合更高的壓縮比n10）氣）氣/液容積比液容積比nLPG氣氣/液容積比隨溫度改變，因此防止其瓶液容積比隨溫度改變，

7、因此防止其瓶爆炸爆炸（1）液化石油氣的物化特性）液化石油氣的物化特性n11）色、味、毒性）色、味、毒性n加臭劑加臭劑 檢測(cè)泄露檢測(cè)泄露n12）腐蝕性）腐蝕性n丁二烯對(duì)橡膠腐蝕性強(qiáng)丁二烯對(duì)橡膠腐蝕性強(qiáng)n采用耐腐蝕的橡膠采用耐腐蝕的橡膠車(chē)用液化石油氣技術(shù)要求車(chē)用液化石油氣技術(shù)要求代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)代用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)CNGCNG和和LPGLPG汽車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)汽車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)1. 1. 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1 1）充分利用天然氣資源可以替代十分短缺的汽油和柴）充分利用天然氣資源可以替代十分短缺的汽油和柴油；油；（2 2）減少對(duì)大氣的污染：）減少對(duì)大氣的污染：燃料與空氣混合均勻，燃燒較燃料與空氣混合均勻，燃燒較完全，可大幅度降

8、低完全，可大幅度降低COCO和和HCHC排放，徹底改善微粒排放污排放，徹底改善微粒排放污染，甲烷染，甲烷COCO2 2排放低排放低（3 3）燃料經(jīng)濟(jì)性好：）燃料經(jīng)濟(jì)性好：天然氣價(jià)格優(yōu)于汽油天然氣價(jià)格優(yōu)于汽油（4 4）壓縮天然氣比汽油安全：）壓縮天然氣比汽油安全：天然氣密封好，在空氣中天然氣密封好，在空氣中易被驅(qū)散，燃點(diǎn)高（易被驅(qū)散，燃點(diǎn)高（537537）（5 5）使用性能好：）使用性能好：冷起動(dòng)性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，燃燒不冷起動(dòng)性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，燃燒不會(huì)產(chǎn)生積炭，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)，維修費(fèi)低會(huì)產(chǎn)生積炭，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長(zhǎng)，維修費(fèi)低（6 6）天然氣有較好的抗爆性：）天然氣有較好的抗爆性：天然氣辛烷值天然氣辛烷值

9、130130，液化，液化石油氣石油氣100100，高級(jí)汽油，高級(jí)汽油9696CNGCNG和和LPGLPG汽車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)汽車(chē)的優(yōu)缺點(diǎn)2.2.缺點(diǎn)缺點(diǎn)（1 1）天然氣的攜帶性差：）天然氣的攜帶性差：液化石油氣在較低壓力下液化石油氣在較低壓力下（690kPa690kPa）就可以完全液化，幾乎和汽柴油同樣便于攜帶；）就可以完全液化，幾乎和汽柴油同樣便于攜帶；但天然氣只有采用先進(jìn)的但天然氣只有采用先進(jìn)的膨脹制冷膨脹制冷過(guò)程將其冷卻到過(guò)程將其冷卻到-162-162才能液化，這要求有較高的技術(shù)，無(wú)論是液化設(shè)備還是車(chē)才能液化，這要求有較高的技術(shù)，無(wú)論是液化設(shè)備還是車(chē)上儲(chǔ)罐，造價(jià)都會(huì)較高。目前廣泛采用的上儲(chǔ)罐，造

10、價(jià)都會(huì)較高。目前廣泛采用的CNGCNG均采用高壓均采用高壓（202025MPa25MPa）存儲(chǔ)在高壓氣瓶?jī)?nèi)，這些氣瓶導(dǎo)致汽車(chē)自重）存儲(chǔ)在高壓氣瓶?jī)?nèi)，這些氣瓶導(dǎo)致汽車(chē)自重增大，空間減小，限制了續(xù)駛里程。增大，空間減小，限制了續(xù)駛里程。（2 2）氣體燃料的充氣系數(shù)比液體燃料大約低）氣體燃料的充氣系數(shù)比液體燃料大約低10%10%；氣體燃；氣體燃料的理論混合氣熱值也較低；與相同排量的汽油機(jī)比，發(fā)料的理論混合氣熱值也較低；與相同排量的汽油機(jī)比，發(fā)動(dòng)機(jī)功率有所下降。動(dòng)機(jī)功率有所下降。（3 3）若以雙燃料或兩用燃料并存形式應(yīng)用于汽車(chē)，則整車(chē)）若以雙燃料或兩用燃料并存形式應(yīng)用于汽車(chē)，則整車(chē)成本提高約成本提高約

11、15%15%。4.2 兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)n兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)：兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)：n在原有汽油機(jī)基礎(chǔ)上，再添加一套氣體燃料供給系統(tǒng)n 缸外供氣形式n 缸內(nèi)供氣形式進(jìn)氣道混合器預(yù)混合供氣進(jìn)氣道混合器預(yù)混合供氣進(jìn)氣閥處噴射供氣進(jìn)氣閥處噴射供氣缸內(nèi)高壓噴射供氣缸內(nèi)高壓噴射供氣缸內(nèi)低壓噴射供氣缸內(nèi)低壓噴射供氣4.2.1 CNG/汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)6-混合器混合器10-化油器化油器12-減壓器減壓器兩用燃料開(kāi)環(huán)供給系統(tǒng)工作原理方框圖3檔：避免發(fā)生檔：避免發(fā)生油氣混燒現(xiàn)象油氣混燒現(xiàn)象按供給控制裝置不同：n開(kāi)環(huán)混合器供給系統(tǒng)開(kāi)環(huán)混合器供給系統(tǒng) A、3檔檔 B、

12、固定空燃比，與工況的匹配不良、固定空燃比，與工況的匹配不良n閉環(huán)帶電動(dòng)力閥混合器供給系統(tǒng)閉環(huán)帶電動(dòng)力閥混合器供給系統(tǒng) A、2檔，自動(dòng)控制油氣延時(shí)檔，自動(dòng)控制油氣延時(shí) B、空燃比控制靈活、空燃比控制靈活 C、加附加控制元件、加附加控制元件4.2.2 LPG/汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)夤┙o系統(tǒng)7減壓蒸發(fā)器減壓蒸發(fā)器5-混合器8-汽油電磁閥20-減壓器電磁閥 根據(jù)系統(tǒng)原理圖，寫(xiě)出根據(jù)系統(tǒng)原理圖，寫(xiě)出LPG/汽油兩用燃汽油兩用燃料開(kāi)環(huán)供給系統(tǒng)工作原理方框圖料開(kāi)環(huán)供給系統(tǒng)工作原理方框圖 ？?jī)捎萌剂祥_(kāi)環(huán)供給系統(tǒng)工作原理方框圖3檔：避免發(fā)生檔：避免發(fā)生油氣混燒現(xiàn)象油氣混燒現(xiàn)象兩

13、用燃料開(kāi)環(huán)供給系統(tǒng)工作原理方框圖3檔：避免發(fā)生檔：避免發(fā)生油氣混燒現(xiàn)象油氣混燒現(xiàn)象蒸發(fā)減壓器電磁閥LPG鋼瓶LPG氣路4.2.3 液化石油氣液化石油氣/汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的性能汽油兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的性能1、LPG發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)著火特性、啟動(dòng)性能、加速特性著火特性、啟動(dòng)性能、加速特性比較差比較差 A、氣化潛熱高，壓縮終了溫度低 B、進(jìn)氣不充分 C、LPG著火溫度高2、LPG發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性動(dòng)力性和和經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性不高不高 LPG蒸發(fā)，蒸發(fā)，混合氣密度小，進(jìn)入氣缸的混合氣量少，輸出功率輸出功率小n3、LPG發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣和噪聲排氣和噪聲 趨勢(shì)：COHC減少，燃燒溫度下降，NOx排放下降4.3

14、 單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)單燃料氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)單燃料氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī) 僅用僅用CNG或或LPG中的一種最為發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種最為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的發(fā)動(dòng)機(jī) 與與兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)相區(qū)別？相區(qū)別？4.3.1 壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)n車(chē)用壓縮天燃?xì)庋b置：車(chē)用壓縮天燃?xì)庋b置： 天然氣儲(chǔ)氣系統(tǒng)天然氣儲(chǔ)氣系統(tǒng) 充氣閥、高壓截止閥、天然氣儲(chǔ)氣瓶、高壓管充氣閥、高壓截止閥、天然氣儲(chǔ)氣瓶、高壓管線、高壓接頭、傳感器、氣量顯示器線、高壓接頭、傳感器、氣量顯示器 天然氣供給系統(tǒng)天然氣供給系統(tǒng) 濾清器、減壓器閥、混合器濾清器、減壓器閥、混合器（1）充氣閥）充氣閥（2）儲(chǔ)氣瓶）儲(chǔ)氣瓶氣瓶：氣瓶：高壓

15、：高壓：20MPa材料：材料：鋼、鋁合金鋼、鋁合金 復(fù)合材料復(fù)合材料注意：注意：安全可靠安全可靠膜片、易熔合金瓶口裝置瓶口裝置（3）高壓管線及高壓接頭）高壓管線及高壓接頭（密封）（密封）接頭體接頭體+卡套卡套+壓緊螺母壓緊螺母（4）減壓閥）減壓閥減壓調(diào)節(jié)器減壓調(diào)節(jié)器n一級(jí)減壓一級(jí)減壓 20MPa 0.350.4MPan二級(jí)減壓二級(jí)減壓 0.150.19MPan三級(jí)減壓三級(jí)減壓 負(fù)壓 滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況（5）混合器安裝：安裝：空氣濾清器與化油器之間空氣濾清器與化油器之間（6）氣量顯示器）氣量顯示器 指示氣瓶剩余其量的多少指示氣瓶剩余其量的多少4.3.2 液化氣燃料發(fā)動(dòng)機(jī)nA 壓力不高！ B 需要

16、蒸發(fā)氣化n（1） 氣瓶氣瓶 工作壓力：工作壓力：1.6MPa壓力小壓力小材料：普通鋼板材料：普通鋼板容積較大容積較大（2）蒸發(fā)器）蒸發(fā)器目的：目的：保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定連續(xù)的得到混合氣的供給，保證發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定連續(xù)的得到混合氣的供給， 進(jìn)入氣缸前先對(duì)進(jìn)入氣缸前先對(duì)LPG進(jìn)行蒸發(fā)氣化進(jìn)行蒸發(fā)氣化措施：措施：發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱氣化發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水加熱氣化（3）減壓器）減壓器0.6MPa 0.20.3MPa 0.1MPa（4）混合器）混合器 控制空燃比控制空燃比4.4 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)同時(shí)要用 兩種燃料 （柴油機(jī)引燃） 兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī) 單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)？雙燃料發(fā)

17、動(dòng)機(jī)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：n1、可采用較高的壓縮比，提高動(dòng)力性能、可采用較高的壓縮比，提高動(dòng)力性能n2、保持柴油機(jī)的高壓縮比，具有較高的熱效率、保持柴油機(jī)的高壓縮比，具有較高的熱效率n3、柴油引燃，點(diǎn)火能量高、柴油引燃，點(diǎn)火能量高n4、點(diǎn)火能量高，有利于實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒、點(diǎn)火能量高，有利于實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒n5、有效降低柴油機(jī)的排放煙度、有效降低柴油機(jī)的排放煙度存在的存在的問(wèn)題問(wèn)題：n1、低負(fù)荷低負(fù)荷時(shí)，燃料燃燒不完全，經(jīng)濟(jì)性時(shí)，燃料燃燒不完全，經(jīng)濟(jì)性能差，排放性能差能差，排放性能差n2、高負(fù)荷高負(fù)荷時(shí)，可能出現(xiàn)工作粗暴或者敲時(shí)，可能出現(xiàn)工作粗暴或者敲缸現(xiàn)象缸現(xiàn)象2、 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的分

18、類(lèi)缸內(nèi)直接噴射 進(jìn)氣管混合器供氣缸外供氣 進(jìn)氣歧管?chē)娚錂C(jī)械控制式電子控制式控制精度控制精度控制穩(wěn)定性控制穩(wěn)定性混合器混合器安裝：安裝：空氣濾清器與化油器之間空氣濾清器與化油器之間3、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的特性、雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的特性（1）動(dòng)力性）動(dòng)力性 最大輸出功率比柴油機(jī)稍高最大輸出功率比柴油機(jī)稍高（控制條件：不（控制條件：不敲缸敲缸） 動(dòng)力性與柴油機(jī)動(dòng)力性與柴油機(jī)結(jié)構(gòu)和指標(biāo)結(jié)構(gòu)和指標(biāo)有關(guān)系有關(guān)系（低壓縮比、高速、非增壓的柴油機(jī)抗敲缸能力較強(qiáng)）（低壓縮比、高速、非增壓的柴油機(jī)抗敲缸能力較強(qiáng)）雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的特性雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的特性（2）速度特性）速度特性柴油引燃的點(diǎn)火能量高，易于實(shí)現(xiàn)柴油引燃的點(diǎn)火能量高，易于實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒稀薄燃燒雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下精確控制氣體燃料雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下精確控制氣體燃料兼顧功率、轉(zhuǎn)矩、氣體燃