气体燃料发动机.ppt

第四章气体燃料发动机,,背景石油危机环境污染CNGLPG,,,,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,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90,3）状态、沸点沸点-162C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,,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,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,天然气作为内燃机燃料的特点,（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,,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）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,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,5）着火温度丙烷470C丁烷365C6）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,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,（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,,代用燃料发动机,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,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,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,,,,,4.2.1CNG/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,,,3档避免发生油气混烧现象,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,,4.2.2LPG/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,,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,,,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,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,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,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,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,,（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）,,接头体卡套压紧螺母,（4）减压阀减压调节器,一级减压20MPa0.350.4MPa二级减压0.150.19MPa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,,（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,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,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,,（3）减压器0.6MPa0.20.3MPa0.1MPa（4）混合器控制空燃比,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,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,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,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,,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,（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,（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,（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,（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,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,,第四章结束,