当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第十章：新燃烧模式与替代燃料发动机 > 10.6 天然气发动机 > Video
同学们好
这节课我们学习天然气发动机
由于全球天然气储量丰富
作为燃料具有良好的环保节能效果
因此近年来全球天然气汽车发展迅猛
截止2014年底
世界各国天然气汽车保有量
已超过2000万辆
加气站超过25000座
我国天然气汽车保有量
接近460万辆
加气站近7000座
其中液化天然气LNG汽车保有量
为18.4万辆
LNG加注站2500座
天然气主要成分是甲烷
一般占百分之90以上
另有少量的乙烷
丙烷和丁烷
天然气具有氢碳比高
单位热值高
排放低
供应可靠
价格低等优点
已成为世界车用清洁燃料的发展方向
天然气汽车是发展最快
使用量最多的新能源汽车
天然气发动机
一般采用类似汽油机的混合气形成方式
和燃烧模式
即预混合气火花点燃火焰传播模式
天然气发动机燃气
供给方式主要有两种
压缩天然气CNG
一种是液化天然气LNG
CNG是指在250bar左右的压力下
储存在气瓶内的天然气
LNG是指经压缩
冷却至其沸点温度后变成液体
储存在低温（-161.5°C）
1bar左右低温储存罐内的天然气
天然气与液化石油气
柴油和汽油的理化特性对比
如表所示
从表中可以看出
天然气的辛烷值高达130
自燃温度高达537°C
不适合压燃
只适合点燃或引燃
天然气发动机的基本工作原理
对于液化天然气LNG
从液化气瓶通过管路
进入气化器加热气化
经过稳压罐稳压后
经滤清器过滤
之后通过控制通断的电磁阀
进入稳压器
稳压后的燃气进入热交换器
如图所示
对于压缩天然气CNG
从压缩气瓶通过管路进入减压器
减压至7~8bar后
经滤清器进入热交换器
燃气经过热交换器后
通过节温器进入燃气计量阀
由燃气计量阀控制喷射入混合器中
与增压后的空气混合
电子节气门控制混合气
进入发动机气缸内点燃
或引燃膨胀做功
第一代天然气发动机
使用非增压预混合气技术
典型系统如LANDIRENZO系统
其技术特点是
（1）文丘里式混合器进气总管预混合
（2）机械式节气门控制
（3）空燃比闭环控制
（4）化学计量比混合气燃烧
不足之处是
（1）燃料控制不精确
燃料消耗率较高
（2）排气温度高
（3）容易引起发动机回火
第二代天然气发动机
使用电控预混合气技术
典型系统如ECONTROL系统
其技术特点是
（1）比例混合器进气总管预混合
（2）电子节气门控制
（3）空燃比闭环控制
（4）能够实现稀薄燃烧
满足欧Ⅲ 欧Ⅳ排放法规要求
不足之处是
（1）没有喷射阀
燃料控制不精确
燃料消耗率较高
（2）启动加速性差
第三代天然气发动机
使用电控单点或多点喷射技术
典型系统如WOODWARD
OH1.2 OH2.0系统
其技术特点是
（1）电控喷射
（2）电子节气门控制
（3）增压压力闭环控制
（4）空燃比闭环控制
（5）能够实现稀薄燃烧
满足欧Ⅲ 欧Ⅳ排放法规要求
不足之处是
无法实现更低的燃油消耗
第四代天然气发动机
使用高压直喷缸内喷射
需要5%左右柴油引燃
典型系统如WESTPORT的HPDI系统
其技术特点是
（1）缸内燃气直接喷射
（2）可以实现超稀薄燃烧
（3）可以保持原柴油机动力性
（4）燃料消耗率低
（5）满足国Ⅴ及以上排放法规要求
不足之处是
成本较高
天然气汽车在城市公交
出租车 卡车等领域应用广泛
由于天然气公交车运行路线固定
运行里程较短
因而世界各国都率先推广使用
天然气公交车
其发动机属中重型天然气发动机
图所示为东风汽车公司EQDN系列
CNG发动机所采用的技术方案示意图
采用“电控燃料单点喷射
+稀薄燃烧+氧化催化器”
的技术方案
能满足欧Ⅳ排放法规
为满足欧Ⅴ 欧Ⅵ排放法规
需要采用“电控燃料喷射供给
+理论空燃比燃烧+EGR技术
+天然气专用催化器”的技术方案
图所示为EQDN系列
增压型天然气发动机在1600r/min
进气管压力为125kPa时的
发动机性能随空燃比变化曲线
从图中可以看出
当过量空气系数在1.35-1.5范围时
发动机指示效率较高
NOx CO CH4排放较低
以指示平均压力计算的
循环变动系数（COVimep）均较低
表所示为
EQD230N天然气发动机性能指标
其最大转矩为620Nm
在1400-1600r/min条件下
仅装备氧化催化器
就能达到国Ⅳ排放水平
天然气除了单燃料点燃应用外
还可以按天然气-汽油两用燃料
即天然气和汽油
两套单独供油系统
天然气-柴油双燃料
即柴油引燃天然气
天然气掺氢混合燃料等形式使用
这些天然气应用方式的产量还不是很大
这里就不做详细介绍
感兴趣的同学可以参考相关资料
关于天然气发动机
就简单介绍这些
同学们 再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
