燃气发动机基础

1IntroductionofWeichaiPowerGroup燃气发动机基础知识介绍2气体机与柴油机区别•燃料柴油机：柴油气体机：LPG、CNG、LNG、沼气、煤层气等•燃烧方式柴油机：压燃式气体机：点燃式、柴油引燃（双燃料）•取消了柴油机的供油系统（单燃料）•增加了点火系统、燃气供给系统等•排温高排气管包隔热材料增压器采用水冷中间壳•压缩比LPG：9.6CNG:113气体机与柴油机区别•缸盖特殊材料的进、排气门和座圈改铜套（火花塞安装孔）•活塞采用特殊材料，设计适合气体燃烧燃烧室、能够更好的组织混合气燃烧。•燃气混合单点：增加混合气，在节气门前（woodward)/后(AEC)混合多点：进气歧管混合•点火可根据ECT、MAT/MAP对点火提前角进行修正•闭环控制氧传感器检测排气中的氧含量，对空燃比进行闭环控制4气体发动机分类及工作原理气体发动机的分类按燃料分：LPG、CNG、LNG、沼气、煤层气按燃烧方式分：双燃料、两用燃料、单燃料按燃料混合方式分：预混合、进气歧管喷射、缸内直喷基本工作原理双燃料：使用柴油启动发动机后，继续使用少量柴油引燃代用燃料两用燃料：可以单独使用汽油或LPG、CNG，但不能同时用单燃料：与汽油机相似，燃料和空气混合后进入气缸，火花塞点燃气体发动机技术发展机械式气体预混合电控气体预混合电控气体喷射；并由初期的开环控制发展到闭环控制5术语•LPG-Liquefiedpertroleumgas•CNG-Compressednaturalgas•LNG-Liquefiednaturalgas•辛烷值:是燃料抗爆性的标志,指与汽油抗爆性相同的标准燃料所含异辛烷的体积分数•低热值:指1立方米燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量•闪点:形成挥发性混合气体的最低燃烧温度6什么是稀燃?•当量混合气:理论上燃烧所有燃料所需的空气量（燃烧后无燃料和氧气剩余）。•稀燃:过量空气系数大于17稀燃的优点•燃料经济性•排放特性•热负荷–排温–传至发动机冷却液的热量降低8稀燃的注意事项•需要高能长时间的点火•因为高增压，需要小的火花间隙•失火•爆震•高的空气湿度易导致失火9燃气性质燃料种类天然气(CH4)LPG柴油(C16H34为代表)汽油(C8H18为代表)常态下密度kgm-30.75~0.8(气态)580830720～750沸点℃-161.5-100170～35030～190理论空燃比(kg/kg)17.2：114.3：114.8：1低热值MJ(kg)-149.8145.942.5043.90辛烷值(RON)130100~11023～3080～99十六烷值040～6027燃烧极限(体积)%5～151.5~9.51.58～8.21.3～7.6层流火焰传播速度Vcms-231.5-35.0～47.0自燃温度(常压下)T℃537450250390～420闪点℃-43-1876010车用压缩天然气的技术指标项目技术指标高位发热量，MJ/m3≥31.4总硫（以硫计），mg/m3≤200硫化氢，mg/m3≤15二氧化碳yco2，％≤3.0氧气yo2，％≤0.5水露点，℃在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13℃；当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃注：1、本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃；2、加入适量的加臭剂。11车用天然气和液化石油气燃料的特点•天然气的体积低热值和质量低热值略高于汽油，但理论混合气热值比汽油低。甲烷含量愈高，相差越大，纯甲烷理论混合气热值比汽油低10%，液化石油气热值介于天然气和汽油之间。•抗爆震性能高：天然气主要成分是甲烷，甲烷的辛烷值为130，具有较高的抗爆震性能，液化石油气的辛烷值在100-110之间。•混合气发火界限宽：天然气和空气混合后的工作混合气具有很宽的发火界限，其过量空气系数的变化范围为0.6-1.8。通过采用稀薄燃烧技术，可以进一步提高汽车的经济性和环抱效益。•天然气和液化石油气的燃点比汽油高，火焰传播速度慢，需要较高的点火能量•天然气和液化石油气是比汽油更清洁的燃料，由于其燃烧温度高，NOx生成少，与空气同为气相，混合均匀，燃烧较完全，CO和微粒的排放极低。12燃气发动机技术特点•更多进气=更大功率（意味着不能一味加大油门来提升马力）•进气压力增加=进气流量增加=扭矩增加•发动机对进气调节控制能力决定发动机性能•增压低则功率小•如果增压低，系统中不能通过增加燃料来提升动力–发生爆震问题–过多燃料导致排放急剧恶化–燃料经济性变差13燃气发动机技术特点•对于柴油机燃料=功率•节气门为控制空气流动的装置14燃料控制要求（CNG发动机）•精确燃料量确保所需的空燃比•稀燃氧传感器检测此控制•燃料控制过稀=失火•燃料控制过浓=爆震15爆震(末端气体爆震)•爆震是气缸中正常火焰燃烧产生的压力温度上升，从而导致未燃燃料同空气的自燃现象•爆震是不正常的•长时间的爆震会导致发动机系统损坏(活塞环、火花塞、活塞、气门)•爆震同柴油机燃烧相似•爆震在低速高负荷下对发动机损害最严重16爆震（续）•下述情况可导致爆震：–过多的积炭(过高的机油灰分)–机油消耗过大，发动机过浓燃烧–混合气过浓–中冷器污染(过高进气温度)–增压不能控制或过高–点火定时不准–燃料品质差(低辛烷值)17爆震的影响•辛烷值降低-爆震趋势上升•当量比上升–爆震趋势上升18失火影响•优化的CNG发动机可以高于35%当量比稀燃•过高的稀燃导致高的碳氢排放并降低发动机功率•排气中增加的HC含量，使稀燃氧传感器错误的判断发动机过浓•闭环控制更稀，发动机失火和驾驶性进一步恶化19失火影响•高湿度使得失火的余度降低•失火也可能是其他零部件失效所致（如点火系统）–点火线圈–火花塞–高压线20排放LeanStoichRichFuelEquivalenceRatioNOxCOHCFullpoweroperationpoint21HC,CO影响•过浓-HC,CO增加•气缸积碳-HC增加•失火-HC增加•机油消耗-HC增加22谢谢！