潍柴天然气发动机结构及工作原理
潍柴天然气发动机结构与工作原理
柴油：1.58％， 汽油：1.3％。
燃料种类
天然 气
柴油
汽油
蒸气密度 /（kg/m3
）
0.750.8
3.4
≥4
沸点℃ -162 170～350 30～190
理论空燃 比
(kg/kg)
17.2 ：1
14.3：1 14.8：1
辛烷值 (RON)
130
23～30 80～99
燃烧极限 (体积) %
5～15
1.58～ 8.2
LNG发动机工作原理图
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CNG发动机工作原理图
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、进气控制系统 五、尾气处理系统 六、点火控制系统 七、水循环系统
平衡管接头：与发动机进气管连接，可以 动态调节减压器出口压力，提高燃气供气系 统的反应速度。平衡管接头需固定，防止漏 气，否则可导致动力不足。
WP5/WP6/WP7NG发动机不安装平衡管；
高压电磁阀，燃气管路上的安全开关，控 制天然气的通断。
进气口
燃气控制系统
燃气滤清器
作用： 过滤燃气中的杂质，可过滤燃气中0.3μm ～ 0.6μm的微粒，过滤效率≥95%。 ◆技术参数： 使用温度：-40～107℃ 最大使用压力：35bar ◆安装： 放水口朝下，按箭头所指的气流方向安装 ，切记不能装反。 保养 按《潍柴燃气发动机燃气滤清器滤芯更换 规范》要求保养： 例行检查时排污。 在一级保养时检查更换滤芯。 注意：燃气滤清器排污需在系统压力释放 后进行。
天然气发动机介绍
天然气发动机介绍
天然气发动机介绍
一、概述
天然气发动机是一种利用天然气作为燃料的内燃机。
它具有环保、经济、效率高等优点，被广泛应用于汽车、发电和工业领域。
二、原理
1.气缸循环过程：天然气发动机采用Otto循环或Diesel循环，通过活塞在气缸内的往复运动来完成吸气、压缩、爆发和排气的过程。
2.燃烧过程：天然气通过喷射系统进入气缸，并且与空气混合后燃烧，释放能量驱动活塞运动。
三、组成部分
1.气体供应系统：包括天然气储气罐、气体压力调节器和喷射系统等。
2.发动机控制系统：用于控制点火时机、喷油量和气门开启时间等。
3.排气系统：用于将燃烧产生的废气排出。
4.冷却系统：保持发动机工作温度在适宜范围内。
5.传动系统：将发动机输出的动力传递给车轮或工业设备。
四、应用领域
1.汽车领域：天然气发动机被广泛应用于公共交通和货运车辆中，以提高燃油经济性和降低污染排放。
2.发电领域：天然气发动机可用于独立发电站或峰值负荷供电，具有高效、环保的特点。
3.工业领域：天然气发动机在工业生产中用于驱动压缩机、泵和发电机等设备。
五、附件
本文档涉及的附件包括：
1.天然气发动机技术参数表
2.天然气供应系统示意图
3.天然气发动机控制系统框图
六、法律名词及注释
1.天然气发动机：指使用天然气作为燃料的内燃机。
2.Otto循环：一种热力学循环过程，用于描述四冲程发动机中的吸气、压缩、爆发和排气过程。
3.Diesel循环：一种热力学循环过程，用于描述柴油发动机中的吸气、压缩、爆发和排气过程。
一潍柴天然气发动机结构及工作原理
一潍柴天然气发动机结构及工作原理潍柴天然气发动机是一种使用天然气作为燃料的发动机，具有结构简单、性能稳定、燃烧效率高等优点。
本文将介绍潍柴天然气发动机的结构及工作原理。
潍柴天然气发动机的结构主要包括气缸体、活塞、连杆、曲轴、气门机构和燃烧系统等部件。
气缸体是发动机的主体，其内部设有气缸，用于放置活塞和燃烧室。
活塞通过连杆与曲轴相连，曲轴负责将活塞的往复运动转化为旋转运动，并驱动其他设备工作。
气缸内装有气门机构，包括进气阀和排气阀，用于控制气缸内气体的进出。
燃烧系统包括点火系统和供气系统，点火系统用于点燃混合气体，供气系统则负责为燃烧提供所需的天然气。
潍柴天然气发动机的工作原理是通过气缸内的往复活塞运动，完成吸气、压缩、燃烧和排气四个过程。
首先，活塞向下运动时，在曲轴的带动下，气缸内的混合气体通过进气阀进入；接着，活塞向上运动时，进气阀关闭，将混合气体压缩；然后，在活塞运动到上止点时，点火系统触发点火，将混合气体燃烧，产生高温高压燃烧气体；最后，活塞再次向下运动，打开排气阀，将燃烧废气排出气缸。
潍柴天然气发动机的燃烧过程相较于传统的汽油发动机更为高效。
天然气燃烧时不含硫、铅等杂质，可以减少尾气排放。
而且，天然气的着火点低，燃烧速度快，能够提供更高的爆发力。
此外，天然气的分子结构简单，燃烧后不会在发动机内部产生积碳，降低了发动机的维护成本。
总结起来，潍柴天然气发动机具有结构简单、性能稳定、燃烧效率高等优点。
通过气缸内的往复活塞运动完成吸气、压缩、燃烧和排气四个过程。
与传统汽油发动机相比，潍柴天然气发动机在环保性、经济性方面更具优势。
天然气发动机结构及工作原理
潍柴天然气发动机之发动机结构及工作原理1 / 51天然气的成分主要成分是甲烷，易于完全燃烧，比空气轻，泄露后迅速飘散大气中，安全性好。
作为车载能源，主要有以下两种贮存形态：1、CNG-Compressed natural gas 压缩天然气:气瓶内充满气时一般为20Mpa,2、LNG-Liquefied natural gas 液化天然气：在常压下、温度为-162度的天然气变为液态。
2 / 51燃料种类常态下密度kgm 沸点℃天然气(CH4) LPG580柴油(C16H34为代表) 汽油(C8H18为代表)-3 0.75~0.8(气态) 830170～35014.3：142.50 720～750 30～190 14.8：1 43.90-161.5 17.2：1 49.81 130 -100理论空燃比(kg/kg)低热值 MJ(kg) -1 45.9辛烷值(RON) 十六烷值100~110 23～3040～601.58～8.225080～9927 0燃烧极限(体积) % 自然温度(常压下)T ℃闪点℃5～156501.5~9.54501.3～7.6390～42060-43 -187其中：辛烷值: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.3 / 51天然气的安全性：1）天然气在压缩（液化）、储运、减压、燃烧过程中,都是在严格密封的状态进行，不易泄漏；2）天然气比空气轻（密度为空气密度的55％），如有泄漏，在高压下很快散失，不易着火；3）天然气的着火点为650～750℃，比汽油高约260℃，4）爆炸极限5～15%，比汽油的1～6%高2.5～4.7倍，与汽油相比不易发生燃烧和爆炸。
4 / 51第一代天然气发动机使用非增压预混合技术。
技术特点:1、文丘里式混合器进气总管混合；2、机械式节气门控制；3、空燃比闭环控制；4、理论空燃比燃烧。
天燃气发动机工作原理
天燃气发动机工作原理
天燃气发动机是一种利用天然气作为燃料的内燃机。
它的工作原理可以分为四个步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
首先，进气阶段。
天然气从燃气管道进入发动机的气缸。
此时，气缸活塞处于下行的位置，活塞环创建了一个密封的空间。
接着，压缩阶段。
活塞开始向上移动，将进入气缸的天然气压缩到高压状态。
在这个过程中，活塞环保持气缸的密封性，确保气体不会泄漏。
然后，燃烧阶段。
当活塞接近上死点时，高压天然气通过喷油嘴喷射入气缸。
同时，点火系统点燃天然气，引起爆炸，推动活塞向下。
这个爆炸产生的能量被传递到连杆和曲轴，将动力传输到发动机的输出轴。
最后，排气阶段。
排气门打开，废气通过排气管排出，同时活塞向上移动，准备进行下一轮的进气循环。
总结起来，天燃气发动机的工作原理就是通过进气、压缩、燃烧和排气四个步骤实现能量转换，将天然气的化学能转化为机械能，为车辆或机械设备提供动力。
天然气发动机工作原理
天然气发动机工作原理
天然气发动机是一种利用天然气作为燃料的内燃机，它与传统的汽油发动机相比，具有环保、经济、效率高等优点。
那么，天然气发动机是如何工作的呢？接下来，我们将详细介绍天然气发动机的工作原理。
首先，天然气进入发动机后，经过压缩。
在天然气发动机中，气体需要被压缩到很高的压力才能达到燃烧所需的条件。
这一过程通常是由发动机中的压缩机来完成的。
压缩机将气体压缩后送入气缸内，为燃烧创造条件。
接着，天然气与空气混合后，进入气缸进行燃烧。
在气缸内，天然气与空气混合后，通过高压火花塞点火，燃烧产生高温高压的燃气。
这些燃气的高温高压状态使得活塞向下运动，驱动曲轴转动，从而产生动力。
随后，燃气通过排气门排出。
在燃烧完毕后，燃气通过排气门排出气缸，进入排气系统。
排气系统通过排气管将废气排出，同时排气门关闭，为下一个工作循环做准备。
最后，曲轴转动带动传动系统工作。
曲轴是天然气发动机中的一个重要组成部分，它将活塞的上下运动转化为旋转运动，从而驱动发电机或者汽车的动力系统工作。
总的来说，天然气发动机的工作原理是通过压缩、燃烧和排气等环节完成燃料的能量转化，最终驱动发电机或者汽车等设备工作。
相比传统的汽油发动机，天然气发动机具有更清洁、更经济的特点，是未来发展的趋势。
一、潍柴天然气发动机结构及工作原理(修订)
发动机性能提升的未来展望
研发更高效的燃烧系统
应用先进的控制技术
探索新型材料和工艺
加强与国际先进企业的合 作与交流
Prt Six
潍柴天然气发动机 维护与保养
发动机维护保养的重要性
延长发动机使用 寿命：定期保养 能够及时发现并 解决潜在问题避 免发动机严重损 坏。
提高发动机性能： 保养得当可确保 发动机处于最佳 工作状态提高燃 油效率和动力性 能。
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改进燃油喷射系统：精准控制燃油 喷射提高燃烧效率
轻量化设计：采用新型材料和结构 降低发动机重量
发动机性能改进措施
优化燃烧系统：提 高燃油燃烧效率降 低排放
采用高效涡轮增压 技术：增加进气压 力提高功率和扭矩
改进冷却系统：降 低发动机温度提高 可靠性
智能化控制技术： 实现精准控制提高 燃油经济性
常见故障诊断和排除方法
发动机启动困难：检查点火系统、供油系统和气缸压力是否正常 发动机功率不足：检查空气滤清器、燃油喷射系统、点火系统等是否正常 发动机过热：检查冷却系统是否正常风扇、水泵等部件是否工作正常 发动机异响：检查发动机各部件是否有松动或损坏如气门、活塞等
发动机维修保养的注意事项
定期检查发动机机油、冷却液、油位和空气滤清器确保发动机正常运行。 定期清洁发动机进气系统保持空气滤清器清洁以防止灰尘和杂质进入发动机。 定期检查发动机的皮带和链条确保其张紧度适中如有需要及时更换。 定期检查发动机的排放系统确保其正常工作以减少对环境的污染。
THNKS
汇报人：
船舶动力：潍柴天然气发动机还可作为船舶动力具有高效、可靠、安全 等特点。
天然气发动机的发展趋势
高效低排放：提高天然气发动机的效率和降低排放是未来的重要趋势以满足更严格的 环保要求。
天然气发动机工作原理
天然气发动机工作原理天然气发动机是一种利用天然气作为燃料的内燃机，它与传统的汽油发动机相比，具有环保、经济、高效的特点。
那么，天然气发动机是如何工作的呢？接下来，我们将从工作原理的角度来详细介绍。
首先，天然气发动机的工作原理可以简单概括为，吸气、压缩、点火、工作。
具体来说，天然气首先通过进气道进入气缸内，然后活塞向上运动，将气体压缩。
在这个过程中，进气门关闭，气缸内的气体被压缩，温度和压力随之升高。
接着，天然气发动机利用点火系统点燃压缩空气和天然气混合气体，使混合气体燃烧。
燃烧后的高温高压气体推动活塞向下运动，从而驱动曲轴转动，产生动力。
这种燃烧的过程可以持续地推动活塞运动，从而驱动车辆行驶。
在整个工作过程中，天然气发动机的关键部件包括进气系统、压缩系统、点火系统和排气系统。
进气系统负责将天然气引入气缸内，压缩系统将气体压缩，点火系统提供点火能量，排气系统排出燃烧后的废气。
这些系统协同工作，使得天然气发动机能够高效地工作。
此外，天然气发动机的工作原理还涉及到燃烧过程的控制。
通过控制点火时机、燃料混合比等参数，可以实现燃烧过程的优化，提高燃烧效率，减少排放。
同时，天然气发动机还可以通过增压技术提高进气密度，进一步提高功率和燃油经济性。
总的来说，天然气发动机的工作原理是一个复杂的系统工程，涉及到多个领域的知识。
通过对其工作原理的深入了解，可以更好地理解天然气发动机的优势和特点，为其在汽车、发电等领域的应用提供技术支持。
综上所述，天然气发动机的工作原理是一个多方面的系统工程，需要综合运用机械、热力学、电子等多个学科的知识。
通过对其工作原理的深入理解，可以更好地推动天然气发动机技术的发展，促进其在环保、高效等方面的应用。
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平衡管接头 减压器出气口 减压器泄压口
减压器出水管 减压器进水管
高压电磁阀
减压器进气口
燃气控制系统
热交换器
作用：利用发动机的冷却液给天然气进 一步加热，防止进入燃料计量阀前的燃气 结晶。 结构：热交换器采用叉流结构以避免因 燃气过冷和冷却液过热时导致的热冲击。 •性能：在冷却水温度高于0度的时，热交 换器能保证燃气温度始终高于-40 ℃。冷 却水温高于82C时燃气温度高于0 ℃ 。 相关参数： •天然气入口温度：-115℃-120℃ •天然气出口温度：-40℃-120℃ •可承受压力：
天然气在我国分布很广，根据开采和形成的方式不同，天然气可分为5种： ①纯天然气：从地下开采出来的气田气为纯天然气； ②石油伴生气：伴随石油开采一块出来的气体称为石油伴生气； ③矿井瓦斯：开采煤炭时采集的矿井气； ④煤层气：从井下煤层抽出的矿井气； ⑤凝析气田气：含石油轻质馏分的气体。
高纯度的天然气是无色、无味、无毒、无腐蚀性、易燃、易爆的气体。为防 止泄露时易于觉察，在天然气中添加了加臭剂。
电源和接地
通信
ECUL输出两个5 V 电源给传感器供电， 两电源相互独立。
注意：如果5v电源 短路，会导致许多 系统错误。 ECU输出一专门接 地给传感器。
RS485 SAEJ1979
程序
程序保持在可 在ECU长时间断 电情况下保存；
ECU可TOOLKIT 重复多次刷写
气罐压力Æ混合 器前极低压力
使用一段时间后，需要清洗，清洗时使用专门 的清洗设备，并且应用诊断软件中专门的清洗功能。 按《潍柴燃气发动机喷嘴清洗规范》操作。
作用： 将天然气和中冷后的空气充分
混合，使燃烧更充分、柔和。有 效降低NOx排放和排气温度。 结构： 采用喉管和十字叉结构，天然气 从小孔中进入混合器。 维护保养： 喉管和十字叉小孔定期拆卸清洗 或用化油器清洗剂冲洗。
2）LNG: 液化天然气
在常压下、温度为-162度的天然气变为液态。
通常条件下，1个积的LNG将产生600个体积的 气体。因此，LNG适用于长途运输和储贮。
LNG接触到皮肤时，可造成与烧伤类似的灼伤。 从LNG中漏出的气体也非常冷，并且能导致灼伤。
LNG储存特性
隔热保冷:保持真空; 分层:长时间停放时,隔几天启 动车辆。
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、空气控制系统 五、点火控制系统
天然气发动机与柴油机的区别
燃料供给系统
天然气发动机
柴油机
燃气供给系统
燃油供给
（电磁切断阀、稳压器、燃料计量阀等） （高压油泵、高压油管、喷油器等）
点火方式
点燃 （点火模块、点火线圈、高压线、火花塞等）
2、天然气发动机使用稀燃技术
天然气发动机理论空燃比:16-17 稀燃优点： 经济性好，排放性能好，热负荷小 稀燃注意事项： •需要高能长时间的点火和小的火 花塞间隙； •失火极限<混合气浓度<爆震极限 •高的空气湿度易导致失火
4、燃料闭环控制，不易失火
氧传感器对排气进行测量，反 馈给ECU，控制燃料以保持目标 空燃比。
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、空气控制系统 五、点火控制系统
空气控制系统图
空气控制系统
节气门前 压力传感器
中冷器
油门脚踏板
节气门位置反馈
电子节气门 进气温度、 压力传感器
混合器
OH1.2 Engine Controller
新鲜空气 空气、燃气混合 排气
E发ng动ine机
潍柴天然气发动机2.0系统结构及工作原理
单位：潍柴西港新能源动力有限公司 时间：2013年8月
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、空气控制系统 五、点火控制系统
天然气的特性
天然气成分主要以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的丙烷（C3H8）和丁烷 （C4H10）等烃类气体，氮、二氧化碳、硫化氢非烃类气体。各个地方天然气的 形成过程不尽相同，所以成分也不完全一样。
柴油：1.58％， 汽油：1.3％。
燃料种类 天然气 柴油
汽油
蒸气密度/ 0.75（kg/m3） 0.8
3.4
沸点℃ -162 170～350
理论空燃 17.2： 比(kg/kg) 1
14.3：1
辛烷值 (RON)
130
23～30
燃烧极限( 体积) %
5～15
1.58～ 8.2
自然温度(
常压下)T 650
250
℃
≥4 30～190 14.8：1
80～99 1.3～
7.6 390～
420
天然气的特性
作为车载能源，主要有以下两种贮存形态：
1)CNG:压缩天然气 气瓶内充满气时一般为20Mpa（即200bar)。 存储压力很高。 天然气因生产区域不同，成分可能不同，若 差别较大，需根据CNG气质成分表调整ECU数据。
燃气：10bar 冷却液：3.5bar
燃气控制系统
燃料计量阀（FMV）
混合器
作用： 根据发动机运行工况，电控单元ECU调整
燃料计量阀喷嘴脉宽占空比，控制燃气喷射量，保 证发动机在设定的空燃比下运行。 结构： 喷嘴：FMV 配置8 /10/12个喷嘴，根据需要配 置不同的机型。分成2 组平行布置，每个喷嘴一个 驱动器，在正常喷射模式下，喷嘴依次轮流喷射， 在某些变工况下，喷嘴同时喷射以加快系统反应速 度。喷嘴工作电压16V-32V，峰值电流是4A，维持 电流是1A；注意喷嘴线束一定要插紧。 燃气压力传感器NGP ：测量 燃气压力，反馈给 ECU 燃气温度传感器NGT ：测量燃气温度，反馈给 ECU。 维护保养：
◆平衡管接头需固定，防止漏气，否则可导致 动力不足。WP5NG/WP6NG/WP7NG系列发动机不 需安装平衡管； ◆出气口方向不能向上，底部不能向上，防止 燃气中的油污倒流。 ◆保证加热良好。特别在寒冷季节，发动机刚 启动时水温较低，此时应怠速运行一段时间后 才能加速运行，防止发动机大负荷工作需要的 燃料流量大，需要吸收的热量多，供热不及时 导致减压器结霜或结冰。
天然气：90bar 冷却液：4bar
节温器
作用：保持出口燃气在0-40 ℃ 左右， 当燃气出口温度> 60 ℃ 时会导致燃气流 量的减少。 性能：燃气温度超过40℃，30秒钟内关 闭燃气温度低于10℃，30秒钟内开启。 注意事项：节温器的开启与关闭受燃气 温度控制，冷却液进口处有“IN”标记， 出口处有“OUT”标记，不能接反。 工作压力：
电子脚踏板
空气控制系统
作用：
脚踏板采用非接触式传感器， 输出0～5V的电压信号，ECU根据脚 踏板的信号来控制电子节气门的开 度。
提供给ECU燃气温 度和压力信息
气瓶及管路部件 切断阀
燃气控制系统
压力 管理
传感 器
燃气供给系 统作用
清洁
温度 控制
安全 管理
过滤燃气中的杂质
有效给燃气加热并控制 燃气温度在合理范围内
电磁阀控制 燃气的开断
混合器
热交换器
节温器
稳压器
燃气滤清器
FMV燃料计量阀
LNG电磁阀
燃气控制系统
LNG稳压器
作用： LNG发动机专用部件，切断或恢复燃料
供给，燃气管路上的安全保护开关。 安装要求： •电磁阀使用24V直流电源，安装时请注 意电源正负极连接正确。 •保证电磁阀上所标明的气流方向与实 际气流方向一致。 （进气口-IN，出气 口-OUT） •电磁阀连接牢固，无漏气。
作用：
LNG发动机专用部件，将气瓶输送来的燃 气压力调节为控制系统需要的喷射压力。 安装要求： • 稳压器上安装时与实际气流方向一致 （进气口-IN，出气口-OUT）； •怠速时调整出口压力为8bar左右； •平衡管接头，通过气管与发动机进气管 连接，可以动态调节出口压力，提高燃 气供气系统的反应速度。WP5/6/7平衡管 接头可不接。 •二级保养时更换稳压器维修包
ECU标定数据中包含了失火极 限以防止最初的失火。
天然气发动机技术特点
潍柴天然气发动机主要采用美国伍德沃德公司OH2.0系统，主要技术特点如下： 1、采用电子脚踏板，改善了发动机的驾驶性能。 2、燃气喷射、点火角度、空燃比、发动机负荷全部采用电控单元ECU控制。ECU根据电子脚 踏板输出的电压信号，确定电子节气门的开度，再根据发动机负荷、发动机转速、进气压力 、燃气压力和温度等参数计算燃气喷射量，确定点火角度。 3、发动机稳定运行时采用闭环控制，使实际空燃比和理论空燃比一致。 4、燃气进气方式为电控单点喷射，供气及时、停气干脆。 5、具有加速加浓功能。 6、采用防喘振技术，发动机大负荷急松脚踏板时，ECU根据减速信号，激活燃料切断功能， 在切断燃料供给的同时，电子节气门保持一定的开度，消除了因节气门关闭而引起增压器喘 震的可能性。 7、增压器带废气控制阀，采用电控放气。 8、具有超速保护功能。 9、电钥匙打开后，如果没有转速信号，燃气管路的电磁阀会自动关闭。 10、具有故障自我诊断功能。
燃气控制系统
减压器
zCNG发动机专用部件，将压缩天然气压 力由存储状态调节至8 bar左右。
z天然气从高压变低压的需要吸收大量的 热量，有一水腔，与发动机水路相连，利 用发动机的冷却液加热。
z平衡管接头，与发动机进气管连接，可 以动态调节出口压力，提高燃气供气系统 的反应速度。
z电磁阀，燃气管路上的安全开关，控制 天然气的通断。
增压器
空Air气 F滤ilt清er器
废气控制阀
氧传感器
空气控制系统
负荷控制 ：ECU电控单元主要采集电子脚踏板信号，指挥电子节气门动作， 控制发动机输出功率，实现整车负荷对发动机的需求。