天然气发动机介绍

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2、燃料供给系统：
柴油机的燃料通过油泵、高压油轨、油嘴喷入气缸，通过高压雾化与空 气混合，形成可燃混合气。
天然气发动机的燃料通过减压器（或汽化器）、喷嘴、与空气在进气管 或气道内混合，进入气缸燃烧做功。
柴油机燃料供给系统
天然气发动机燃料供给系统
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3、点火系统： 柴油机是压燃式发动机，活塞上行压缩过程中，混合气自行着火。 天然气发动机是点燃式发动机，需要火花塞发出高压电弧，点燃混合气。
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7、进排气系统（气门副零件）： 由于燃料的不同，排温升高，相对于柴油机，气体机对气门副（气门、气 门座和气门导管）提出了更苛刻的要求。 下图是气体机进排气门座圈的磨损形式及成因：
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天然气发动机的气门副材料有如下特点： • 气体机气门副的材料，需要提高耐磨损性、耐凝着性及耐热性： • 气门座及气门导管：一般采用粉末冶金材料，添加自身润滑性以及扩散 性优秀的金属间化合物粒子；提高材料密度，高合金化，进而提高基地强 度。 • 气门：主要是提高耐磨损性。一般采用锥面堆焊合金材料，杆身氮化 （与气门导管间的滑动改善要求）。 • 阀杆密封圈：一般采用多唇口结构，可以保证密封的同时储存微量润滑 油，改善气门导管与气门的摩擦。
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锡柴天然气发动机介绍
部 门：研发部 负 责 人： 汇报时间：2014-9-12
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一、天然气发动机的开发背景 二、天然气发动机与柴油机的差异 三、天燃气发动机的排放技术路线 四、我厂气体机产品介绍（产品型谱) 五、我厂电控燃气系统介绍
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一、天然气发动机的开发背景
1、相比柴油汽车，天然气汽车的氮氧化物排放仅有柴油车的25%，碳 氢化物、碳氧化物仅为柴油车的30%和12%，颗粒物排放几乎为零，并 且LNG发动机的声功率仅为柴油发动机的36%，无铅、苯等致癌物质， 基本不含硫化物。在节能减排、环境保护上，LNG汽车的优势非常明 显，符合中国政府的环保政策导向。
副降温。 对于天然气发动机，由于进气中含有燃料，过大的气门重叠角会带来燃料
的损失，并造成排放中CH4和HC排放过高。所以天然气发动机的气门 重叠角一般都比较小，甚至为0°。 气门重叠角减小，造成气门落座速度提高、充气效率降低，这要求凸轮轴 的凸轮型线有所优化。
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6、发动机压缩比及活塞燃烧室： 发动机压缩比的选取与燃料的抗爆震性能相关，抗爆震性能是用燃料的辛 烷值来衡量，辛烷值越高抗爆震性能越好，常用的几种燃料按抗爆震性能 由高到低排序依次为：柴油、天然气（甲烷）、丙烷、丁烷（LPG是丙烷 和丁烷的混合物）和汽油。 我厂柴油机的压缩比一般为17.5，天然气发动机的压缩比为10.5 压缩比的设定原则：在保证可靠性基础上，提高压缩比以提高热效率 柴油机的燃烧室一般为 深坑ω型，天然气的燃 烧室一般为盆型。 右图为柴油机和气体机 一般的燃烧室形状。
7、空燃比的控制： 为取得良好的经济性能，天然气发动 机控制在接近爆震边缘，混合气过稀 或过浓可能导致发动机失火和爆震等 非正常燃烧，并且随着发动机的升级 强化，平均有效压力（BMEP）增加， 正常的燃烧区域变得更窄，右图为平 均有效压力和空燃比对发动机燃烧的 影响情况
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气体发动机通过安装在发动机排气管上的氧传感器测量排气中的氧浓 度，计算出混合气空燃比。发动机控制系统修正气体燃料供给量，实 现全工况闭环控制，精确控制空燃比，使混合气在缸内燃烧最优化。
天然气发动 机活塞环
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三、天燃气发动机的排放技术路线
下表是欧洲天然气车排放标准，中国国标GB17691-2005《车用压 燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量 方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段）》以此为参照标准。
点火线圈
火花塞
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4、电控系统： 电控系统本质上都是根据发动机工况和外部环境，精确的控制燃料和空气的 供给量和点火时间，以达到最优的性能和排放。 由于供应商的不同，其控制策略和逻辑也不尽相同。
柴油机BOSCH系统ECU
天然气发动机一汽自主系统ECU
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5、配气系统（凸轮轴型线）： 柴油机的气门重叠角一般比较大，利用新鲜空气来扫除废气，并对排气门
上，达到5000座左右， 车用天然气供气能力
2012-2015年中国天然气加气站数量预测
将达到400亿-500亿立
方米/年。而根据国家
规划，到2020年，全
国要建成车用天然气
加注站约12000座。
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二、天然气发动机与柴油机的差异
1、燃烧机理：天然气发动机是点燃式发动机，与汽油机类似；柴油机是 压燃式发动机 。 天然气发动机与柴油机相比，排温高、爆发压力低、振动噪声小。 右图是同平台柴油机与气体机 的缸盖温度场图，可见气体机 缸盖气门间不但温度高，而且 高温区比较宽广。
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4、国家政策的扶持和加气站的发展
中石油、中石化、中海油和新奥能源等国内大型天然气供应公司都
已经把天然气汽车作为重点业务领域，计划投入巨资建设加气站，
发展车用天然气。预计“十二五”期间，在国家天然气输送管道和
国家干线公路沿线、沿海LNG 接收站周边地区和天然气供应较充足
的城市，将新建大批加气站，国内天然气加气站总量将增长2倍以
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2、由于受到CO2排放和全球气候变化的影响，在减少CO2排放方面， 天然气作为重要的替代能源，与其它的HC基燃料相比，当天然气充 分燃烧后，其产生的CO2排放更低。下图表明具有相同燃料能量的 甲烷和石油燃烧完全后，甲烷比，天然气更具有价格优势。下图给出了汽油、柴油 以及压缩天然气的价格变动情况。
多唇口阀 杆密封圈
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天然气发动机的气门副结构有如下特点： 天然气发动机气门锥角比柴油机的气门大，以减小气门落座冲击力，从而 减小磨损。 下图是气门锥角对气门落座冲击力的影响图
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8、活塞环零件： 与柴油机不同，由于节气门的使用，在怠速及小负荷工况下，天然气发动 机在进气行程中，气缸内有很大的真空度，导致机油窜入气缸，产生积炭， 致使发动机机油耗升高、排放恶化、同时点火系统的可靠性也大受影响 为达到排放要求，与柴油机相比，天然气发动机的活塞环需增加密封效果 和刮油效果；由于缸内爆发压力没有柴油机高，天然气发动机的活塞环的 强度要求可以适当降低。