燃气发动机基础知识[1]

注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325 kPa，20℃
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必须使用天然气发动机专用机油
1、天然气发动机燃烧特性对机油性能的要求
➢ 发动机排气温度比柴油机高100 ℃ ~150℃,要求机油有更高的抗氧化 性和抗硝化性;热负荷高要求机油运动黏度不宜过高,以保证良好的冷 却性能
35.0～47.0
390～420 60
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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 ≈ 7500大卡
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℃
• 过低的稀燃导致高的碳氢排放并降低发动机 功率和高的燃气消耗
• 过浓的混合气导致高的碳氢排放和高的排气 温度
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排放
Full power operation point
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3rew
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2020/11/21
燃气发动机基础知识[1]
燃气发动机基础知识
2020/11/21
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术语
•LPG-Liquefied pertroleum gas 液化石油气 •CNG-Compressed natural gas 压缩天然气 •LNG-Liquefied natural gas 液化天然气 •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.
537
闪点 ℃
-43
LPG 580 -100
45.9 100~110
1.5~9.5
450
柴油(C16H34为代表) 830
170～350 14.3：1
42.50 23～30 40～60 1.58～8.2
-
250 -187
汽油(C8H18为代表) 720～750 30～190 14.8：1 43.90 80～99 27 1.3～7.6
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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。即λ＝１
柴油机理论空燃比：14.5 天然气发动机理论空燃比：16~17 汽油机理论空燃比：14.7
• 稀燃: 过量空气系数λ大于1.
柴油机 稀
汽油机
当量比
浓
CNG
天然气稀燃发动机
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稀燃的优点
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Baidu Nhomakorabea
燃气性质
燃料种类 常态下密度kgm-3
天然气(CH4) 0.75~0.8(气态)
沸点℃
-161.5
理论空燃比(kg/kg)
17.2：1
低热值 MJ(kg)-1
49.81
辛烷值(RON)
130
十六烷值
0
燃烧极限(体积) %
5～15
层流火焰传播速度V
cms-2
31.5
自然温度(常压下)T ℃
3、压缩比比柴油机的小，燃烧室形式（活塞）与柴油机不同。 4、增加了信号发生器，用于判缸和测量发动机转速。 5、增加了混合器和节气门，使燃气和空气在混合器中充分混
合。 6、排气温度高，增压器采用水冷中间壳。 7、进、排气门座采用耐磨、耐高温材料。 8、与柴油机相比空燃比小，同等功率下需要的空气量少。
• 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
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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、气阀) • 爆震同柴油机燃烧相似 • 爆震在低速高负荷下最严重
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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 – 燃料浓于设定点 ~5% – 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)
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失火
• 天然气发动机的失火极限：过浓 0.7＜ λ ＜ 1.6过稀
➢ 天然气的硫含量比柴油中的硫含量低,要求机油采用低碱值
➢ 采用氧传感器.要求锌、磷含量要≤300ppm，防止氧传感器和催化器 中毒
➢ 综合气门润滑和活塞积碳问题，天然气发动机需要使用中等灰份的 机油
2、天然气发动机机油与柴油机机油对比
对比项
燃气发动机专用机油 柴油机机油
黏度指数 硫酸盐灰份 wt% 总碱值 mg koh/g 磷含量 ppm
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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
130 0.5 5.0 ＜300
136 1.2 9.0 ＞800
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气体发动机与柴油机的区别
1、取消了柴油机的燃油系统(高压油泵、喷油器、高压油管 等件），增加了燃气供给系统（气瓶、高压切断阀、减 压器、燃气热交换器和节温器、喷射阀等件）。
2、采用点燃式燃烧方式（气缸盖上的喷油器安装孔改为火花 塞安装孔），增加了点火控制系统（点火ICM控制器、 点火线圈、高压线、火花塞）。