第6章汽车节能与环保技术2.ppt

汽车节能与环保技术第6章第二部分 6.3点燃式天燃气发动机的动力性能及其提高 6.3.1天然气发动机动力性分析 　　　实践中我们注意到燃用天然气(NG)时汽车的动力性较之燃用汽油一般都有所下降，而且下降的幅度往往高达20％甚至更多，对汽车的使用性能造成不可忽视的影响。 　　　特别应当指出的是，许多在用汽车的最大功率低于出厂指标10％以上，若改装为天然气汽车(NGV)时再降低20％，其使用性能的恶化势必相当严重。应当说动力性下降已经成为了NGV发展的重要制约因素。 　　　例如，改为NG/汽油两用燃料的城市公交车，由于燃用天然气时加速性能降低过多，经常误点和 　“压车”，同时对燃用汽油时的动力性和经济性多多少少产生一些不利的影响。 　　　NGV动力性下降实际上是由于天然气发动机动力性下降所致。NGV动力性提高的思路和措施: （１）对NGV动力性有利的因素 　　　燃用NG时的发动机热效率比燃用汽油高。 　　　天然气的辛烷值为120，比汽油高，因此燃用天然气时的许用压缩比为10～12，相应地理论循环热效率可以提高7％～12％。 　　　对于通常采用的天然气/汽油两用燃料方式(Flexible fuel Vehicle)，压缩比未经提高，通过适当 　调大点火提前角也可以使热效率有所提高，但与提高压缩比相比难免大打折扣。 　　　尽管有天然气与汽油不易混合的报道，但天然气以纯气态进入气缸，总的说来其与空气的混合气形成质量和分配质量比汽油与空气的好，燃烧的完全度高，也有利于热效率的提高。 　　　总之，对于压缩比不变的两用方式，燃用天然气较之燃用汽油，热效率的提高率小于4％；对于压缩比增高的天然气专用方式，热效率比汽油机提高约9％。 　　　应当指出，以上有关数据不是绝对的，因天燃气产地不同，成分不同和辛烷值不同，以及发动机的基础压缩比和技术状况不同，热效率提高的幅度 　也就不同。 （２）对NGV动力性不利的因素 ①混合气热值低 　　　 　　　天然气的低热值为49.54MJ/kg，比汽油的(44.52MJ/kg)高，但混合气的热值却较低。 　　　燃料在气缸内燃烧所产生热量的多少归根结底还是取决于混合气的热值，尤其是单位体积混合气的热值，而天然气的单位体积混合气热值比汽油约低12％。 　　　实际上，不论汽油或天然气都不是在理论混合气下工作。大负荷时汽油与空气混合气的过量空气系数约为0.8～0.9，而天然气－空气混合气，目前的天然气供气系统加浓系统不完善，尚不能完全满 　足大负荷加浓的要求，抽测表明提供的过量空气系数略大于1(实测为1.1)，从而导致相应工况下燃用天然气时的混合气热值进一步减小。 　　　理论上，内燃机发出动力的多少与混合气的热值成正比。 　　　　*φa为过量空气系数：　 　　　定义：燃烧1Kg燃油实际供给的空气质量与完全燃烧1Kg燃油的理论空气质量之比。 　　　φa ＝1的可燃混合气称为理论混合气； φa 1的可燃混合气称为浓混合气； φa 1的可燃混合气称为稀混合气。 　　　试验证明：当燃用φa＝1.05~1.15的可燃混合气时，完全燃烧，燃油消耗率最低，故称这种混合气为经济混合气，其混合比为经济混合比；当φa＝0.85~0.95时，混合气燃烧速度最快，热损失最小，这时，发动机的有效功率最大，故称这种混合气为功率混合气，其混合比为功率混合比。 ②充气效率和空气量小 　　　这里有一个对充气效率的理解问题。充气效率定义中的“充量”包括不包括气态燃料?如果不包括气态燃料亦即充气效率定义中的“充量”只考虑空气，则燃用天然气和液化石油气时充气效率存在大幅度下降，反之下降幅度就不大。 　　　汽油在进气过程中受高温机件和高温气体的加热要发生汽化，与此同时吸收汽化潜热，使进气温度下降。而气体燃料天然气则在相同工况下进气温度可能较高，从而使充气效率较低。 　　　将汽油车改为两用燃料汽车时，对于真空进气型，需加装一个引入气体燃料的混合器，亦即在进气线路中增加了一个阻力，多多少少会使进气压力降低并使充气效率下降。 　　　这些因素使燃用天然气时的充气效率较原机减小1％～6％。但若设计良好，充气效率可保持与原机相当。 　　　应当指出，通过充气效率的变化可以分析从流体力学角度导致的空气量减少，而实际进入气缸空 　气量的减少不仅仅由于充气效率下降，更由于天然气作为气体燃料还要占据可观的容积，从而使空气量进一步下降。 　　　下表为以CA6102发动机为基础改装的NG/汽油两用燃料发动机满负荷时，不同转速下进入的空气容积和进入的天然气容积的实测数据。 　　　下图为以CA6102发动机为基础改装的NG/汽油两用燃料发动机满负荷时，不同转速下进入的空气容积和进入的天然气容积的实测曲线。 　　　 实测知，在外特性上天然气的容积占