燃气发动机1

宇通天然气车辆培训教材学习目标□一、了解天然气车辆基本知识√□二、了解CNG/LNG/LPG燃气特性√□三、掌握CNG/LNG/LPG供气系统结构原理√□四、掌握天然气车辆供气系统主要元件名称及功能√□五、了解CNG车辆使用与维护保养√1、压缩天然气：天然气的主要成分是甲烷，车用压缩天然气的压力一般在20MPa左右。2、CNG汽车：压缩天然气汽车是指以储存在高压气瓶中的高压气态天然气为燃料的汽车。3、LNG汽车：经-162ºC左右低温液化并储存在车载绝热气瓶中的天然气为燃料的汽车。4、LPG汽车：石油气在大气温度下，加压至1.6Mpa左右使之成为液态并储存在车载气瓶中作为燃料的汽车。一、天然气车辆基本知识5、单燃料燃气汽车：仅使用CNG、LNG或LPG中的一种作为发动机的燃料，不再使用其他燃油或代用燃料的汽车。此类车辆的发动机在燃料供应系统、工作循环参数、配气机构参数等方面一般都针对CNG、LNG或LPG的物化特性进行了专门设计，因此燃烧热效率较高、经济性好。6、两用燃料燃气汽车：一般是指具有两套燃料供应系统（其一为使用CNG或LPG），使用中可以在两种燃料之间进行灵活切换的一类车辆。此类车辆在燃用汽油时，不能同时使用CNG或LPG作为发动机的燃料；反之，燃用CNG或LPG时，也不能混烧汽油。此类汽车同单一燃料汽车相比，由于要兼顾两种燃料的物化特性,发动机结构参数几乎不做改造,因此燃烧热效率不高、经济性较差。7、双燃料燃气汽车：是指燃用CNG（或LPG）与柴油混合燃料的汽车。此类车辆燃用CNG（或LPG）为主燃料，柴油起引燃作用。此类发动机结构参数也几乎不做改动，可以在单纯燃烧柴油和CNG与柴油同时混烧两种工况灵活切换。一、天然气车辆基本知识二、CNG、LNG、LPG燃气特性天然气（NatureGas,简称NG）是由多种烃类物质和少量的其它成分组成的混合气体，是世界上储量最丰富的能源之一。天然气中最主要的成分是甲烷，天然气分为气田气和油田伴生气，随着产地的不同，甲烷成份所占体积分数在85%-97%之间变化。1.密度通常状态下，甲烷是一种非常轻的气态物质。常温、常压下，甲烷的密度（0.71Kg/m³）只相当于空气的55%，天然气密度（0.78Kg/m³）约相当于空气的60%。由于天然气的密度远远小于空气，当天然气泄漏到空气中时，天然气将向上移动，迅速扩散到空气中。2.状态、沸点在常温、常压下，天然气是一种气态物质，当温度达到-162ºC和低于此温度时，天然气将转变成液态，以液态形式存在。此温度为天然气的沸点（-162ºC）。由于沸点非常低，天然气是非常难于液化的，储存液态天然气也是非常困难的。因此一般以气体状态储存和运输天然气。3.颜色、味道和毒性在原始状态时，天然气是没有颜色、味道和毒性的物质。基于安全的原因，在生产过程中，在天然气中加入了具有独特臭味的加臭剂。在使用和运输过程中，当有天然气泄漏时，由于独特的臭味，可以很容易检测出泄漏。2.1天然气特性4.自燃温度自燃温度是指在温度下，燃料和空气接触将会被点燃并连续燃烧。对于一种燃料，自燃温度不是一个常数。汽油的自燃温度220-471ºC；天然气的自燃温度为630-730ºC。自燃温度很高表明天然气的安全性是非常好的。5.起燃方式天然气自燃温度比汽油更高，因而天然气不宜于压燃而适宜于用外火源点燃。同时由于其辛烷值远高于汽油，所以它又适宜于在较高的压缩比下点燃。因为它可在较高压缩比下点燃做功，因此天然气既可以用电火花点燃，也可用在柴油/天然气双燃料汽车上，用柴油压燃方式引燃。6.抗爆性和辛烷值燃料的抗爆性是指燃料在发动机汽缸内被点燃、燃烧时，避免产生爆燃的能力，即抗自燃能力，是燃料的一个重要指标。燃料的抗爆性用辛烷值表示，燃料的辛烷值越大，表示抗爆性越好。汽油的辛烷值一般在81-89之间；天然气的主要成分是甲烷，纯甲烷的辛烷值约为140，大多数的天然气的辛烷值在115-130之间。总之，与汽油相比，天然气具有较高的抗爆燃性能，因此，燃用天然气的单燃料发动机可采用较高的压缩比，从而可以改进和提高燃气汽车的动力性、经济性。二、CNG、LNG、LPG燃气特性天然气比使用汽油更安全（1）天然气是一种高燃点的低密度气体，天然气的燃点和爆炸极限都比汽油高，在相同的温度条件下不易发生失火和爆炸；（2）天然气比空气轻，如天然气漏会很快向天空散失，不易聚集着火；（3）国内生产气瓶的高压容器厂是经过了特批，各种测试安全可靠；（4）气瓶有安全保障措施，当气瓶温度或压力超过标准时，会自动卸压确保安全；（5）燃气装置有多种安全保护措施；（6）天然气的燃点比汽油高220℃、燃烧温度高300℃左右，并且燃烧速度慢，持续燃烧时间长，因此燃用天然气时发动机温度比使用汽油温度高；天然气和汽油性质对比表：二、CNG、LNG、LPG燃气特性2.2压缩天然气（CNG）特性1、储存方式为加压至20MPa，经脱水后充装入槽车或高压钢瓶组；2、无色、无味、无毒、无腐蚀，爆炸极限为5%-15%（占空气体积%）；缺点：燃气纯度不高，储存容积大，同体积燃烧热值比液化天然气低。2.3液化天然气（LNG）特性1、在环境大气压力下具有-162℃的极低温度；2、具有很大的气液体积比（620：1），1个体积的LNG可以转变为约600个体积的气体；3、使用压力低，不超过1.45MPa（CNG一般在20MPa）；4、LNG溢出的特征：当LNG倾倒至地面上时，最初会猛烈沸腾，然后蒸发速率会迅速衰减至一固定值。注意：压缩天然气应有特殊气味，必要时加入适量硫醇、硫醚等含硫有机化合物配制的加臭剂，保证天然气的浓度在空气中达到爆炸下限的20%前能被察觉。二、CNG、LNG、LPG燃气特性2.4液化石油气（LPG）特性1、液相性质：LPG常温常压下为气态，常温下加压0.7-0.8MPa即可液化，汽化后变为200-250倍气态，是钢材膨胀系数的100倍，钢瓶满装时每升高1℃内压约升高2-3MPa，钢瓶严禁超装；2、气相性质：气态重量为空气的1.5-2倍，燃烧需25-33倍空气，火焰浅兰色、无烟。3、其它性质：易燃、易爆，低腐蚀性、微毒性、热胀冷缩4、微毒性：浓度低于1%时对人体健康没有危险，浓度高时会使人昏迷、呕吐，超过10%时，会使人窒息或死亡。5、LPG的爆炸极限范围为1.5-9.5%（与空气的体积百分数）二、CNG、LNG、LPG燃气特性常识知识：1巴（bar）=1标准大气压（atm）=1公斤/平方厘米=100千帕（KPa)=0.1兆帕（MPa）1bar≈14.5psi，1psi=6.895kPa=0.06895bar，1标准大气压（atm）=0.101325兆帕(MPa)=1.0333巴（bar）三、CNG/LNG/LPG供气系统结构原理整车厂提供发动机厂家提供3.1CNG系统原理图北京兰天达燃气系统工作原理重庆鼎辉燃气系统工作原理三、CNG/LNG/LPG供气系统结构原理重庆鼎辉燃气系统实物图三、CNG/LNG/LPG供气系统结构原理3.2LNG系统原理图LNG储罐工作原理三、CNG/LNG/LPG供气系统结构原理LNG气瓶止回阀出液阀过流保护阀LNG汽化器出液单向阀缓冲罐选装电磁阀天然气低压滤清器稳压器低压电磁阀电控调压器混合器经济阀放空阀主安全阀副安全阀充液单向阀充液接头压力表液位显示器增压中冷后的空气电子节气门发动机冷却液发动机LNG燃气供给系统示意图三、CNG/LNG/LPG供气系统结构原理3.3LPG系统原理图三、CNG/LNG/LPG供气系统结构原理组成燃气发动机供给系统的主要部件，按功能可分为三类：1.储气系统部件：储气瓶、高压管路、充气面板、LPG组合阀、过滤器、各种截止阀等。2.燃气供给部件：高压减压器、电控调压器、混合器、电子节气门等。3.控制系统部件：燃气电控单元，氧传感器等。燃气汽车系统组成四、天然气汽车主要元件名称及功能四、天然气汽车主要元件名称及功能4.1CNG供气系统---储气瓶1类瓶：金属瓶，常用的为纯钢瓶，容积80L、70L、50L；2类瓶：金属内胆环向缠绕瓶，常用的为钢胆玻璃钢缠绕瓶，容积：90L；3类瓶：金属内胆全缠绕瓶，常用的为铝胆炭纤维缠绕瓶，容积115L，此类瓶不常用。目前CNG的装瓶气压为200大气压，装瓶的容积是以气瓶容积为基数，根据P1V1＝P2V2的原理进行转换，单车耗气量是在一个大气压下进行计算的容积，单位为立方米。可以根据装瓶的CNG容积和单车耗气量计算续驶里程例如：6X80L的钢瓶，换算一个大气压的容积为：6X80X0.17＝81.6立方米，若百公里耗气量为30立方米，则充满气后车辆的续驶里程为81.6/30X100=272公里。×××（钢瓶制造厂许可证号）（安全监察部门监察标记）□CNG12325（钢瓶编号）W62.3（实测重量62.3kg）TP33.4（水压试验压力33.4MPa）V50.2（实测容积50.2L）WP20（公称工作压力20MPa）S5.5（设计最小壁厚5.5mm）○97.6（制造年月）（制造厂检验标记）CNP□—□—□□型式A或B或C公称外径（mm）公称水容积（L）公称工作压力（MPa）汽车用压缩天然气钢瓶4.1CNG供气系统---储气瓶四、天然气汽车主要元件名称及功能4.2CNG供气系统---过流保护集成阀功能作用：当CNG燃气供给系统出现高压管路或接头脱落等意外事故导致天然气超量泄漏时，过流保护集成阀就会自动关闭，避免天然气泄漏带来的危险。技术参数：额定工作压力：20MPa额定工作温度：-40℃~+85℃额定关断流量：65~77m3/h4.3CNG供气系统---充气单向阀技术参数：工作压力：20MPa适用温度：-40℃~+85℃功能作用：只作为气瓶充气时的通路，在供气时自动切断充气通路。四、天然气汽车主要元件名称及功能4.4CNG供气系统---加气面板主要零部件及功能充气阀：实现对气瓶的快速充气压力表：显示气瓶中的剩余压力充气截止阀：充气结束后，安全截断充气通路系统排空阀：系统维修时，安全排空供气管路中的余气。注意：系统排空阀日常始终处于关闭状态，仅供专业人员在系统维护、系统清洁、系统零部件更换和车辆串气时使用。四、天然气汽车主要元件名称及功能单向阀过流保护集成阀操控面板高压球阀精滤器气量显示器供气系统其它部件实物图充气用，供气时截止日常常开状态K1充气时打开，K2日常关闭过滤燃气中的杂质显示剩余气量通断供气气路四、天然气汽车主要元件名称及功能4.5LNG供气系统---LNG瓶外壳的保护是通过一个环形的真空塞来实现的。正常情况下，真空塞被大气压压紧在真空塞座内，使大气与夹层空间隔绝，保证夹层的真空度。由于低温液体或蒸汽受热后体积变化比较大，即使少量的低温液体或蒸汽泄漏进入夹层，也会导致夹层压力迅速升高。当夹层压力超过0.17MPa（表压）左右，真空塞将会打开泄压。四、天然气汽车主要元件名称及功能车用LNG气瓶是一种低温绝热压力容器，双层真空结构，内胆储存低温液态的LNG，外壁缠有多层绝热材料，具有超强的绝热性能，同时夹套被抽成高真空，共同形成良好的绝热系统；气瓶内胆设计两级安全阀在超压时起到保护作用。当瓶内压力超过主安全阀设定压力时，主安全阀开启（开启压力为1.75MPa，250psi），防止由于绝热能力下降、或强烈热辐射导致的瓶内压力上升。若主安全阀堵塞或失效，瓶内压力继续上升至副安全阀设定压力，副安全阀打开（开启压力为2.9MPa，420psi），释放瓶内压力，以保护气瓶。过流阀的作用是当外部管路发生破裂，管路流量大于设定值时，过流阀自动关闭；当关闭过流阀前的液体使用阀后，过流阀自动回位。通过过流阀自动关闭，从而可以有效避免次生危险的发生。有些LNG气瓶自增压系统。自增压系统包括：增压截止阀、升压调节阀、自增压盘管及相应的管路。该系统能够保证且稳定地提供气瓶的正常供液压力和流量的要求，仅仅通过与空气进行热交换，而不需额外的能源。稳定的压力是通过调节升压调节阀来控制的，当气瓶顶部的压力低于升压调节阀设定的压力（也就是系统需要的压力）时，液化天然气通过