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1、,天然气综合知识,一、 车辆应用基本知识,三、 LPG车辆发展,二、 天然气汽车（CNG、LNG),一、 基本知识,一种液态状况下的无色流体，主要由甲 烷组成，组分可能含有少量的乙烷、丙烷、 氮或通常存在于天然气中的其它组分。 GB/T 19204 2003 liquefied natural gas 简称 LNG,1、液化天然气,液化天然气英文简称LNG（Liquefied Natural Gas)，是由油/气田产生 天然气经过除液、除酸、干燥、分馏、低温冷凝，在常压下冷却到-162oC转 变成液态而形成。,LNG、LPG和天然气的关系和区别,LNG的组成示意图,低温液体 1-标准气压下沸点
2、为-162 ； 2-无色、无味、无毒、无腐蚀性； 3-可以方便地用泵管系统输送；,基本物理特性,甲烷含量高于75%，氮含量低于5%；密度：426470kg/m3之间，视其组分而定；温度：大气压下-157 -162；气态爆炸极限：515%；气液体积比约为620: 1S.P.T；,基本物理特性,与其它燃料的性质对比,着火点 主要成分 爆炸极限 密度（kg/L) 热值（MJ/L） 储存温度,427C8H181.0 7.6%0.72 0.7532.6 34.8常温,350C16H320.5 4.1%0.8535.7 37.6常温,650CH45 15%0.42 0.4722.923.7-160-120
3、 ,汽 油,柴 油,LNG,液化天然气（LNG）的环保性,同燃油汽车相比，应用LNG作为汽车燃料，可综合降低废气污染排放量83%。LNG被认为是地球上最干净的化石能源,LNG的优点：,能量密度大，便于储存和运输； 储运效率高，占地少，相对投资小； 储存压力低，更加安全； 组分纯净、燃烧完全、排放清洁； 机动灵活，不受燃气管网制约；,能量密度高：低温、气液膨胀比大（气液膨胀比600倍左右）、能效高，易于运输和储存.因此，LNG车辆续驶里程长，加液速度快。配备275升气瓶的公交车能连续行驶400公里以上，加液时间不到3分钟。陕汽欧舒特新出的12M豪华巴士配备两个450升气瓶可连续行驶1600公里。
4、东风商用配备三个450升气瓶重卡也可连续行驶1500公里左右。,液化天然气（LNG）的优势,气费省：根据目前全国各地市场LNG资源价格不同，LNG用做汽车燃料成本可降低10-40%。,可靠性：LNG加气站一般低温低压操作，采用安全可靠的设备、材料，采用先进可靠的安全控制技术，技术非常成熟，监控措施完善。,液化天然气（LNG）的安全性,二、 燃气汽车,二、NGV车辆与燃油车的主要差别,1、发动机的主要差别：,柴油发动机的燃料燃烧形式为压燃式，燃料供给形式为缸内混合。而燃气发动机的燃料燃烧形式为点燃式，有高压点火线圈和火花塞，燃料供给形式为进气预混合。,1）、燃料供给系统取消了原柴油机燃油喷射系统
5、相关的零部件，增加了燃料电磁阀、电控调压器、混合器、滤清器等燃料供给相关零部件组合。,2）、点火系统柴油机是压燃式发动机，而气体发动机由于受燃料特性限制（抗爆振性能），采用的是与汽油机一样的点燃方式。,2、排放主要差别：,柴油车的主要排放物为:CO、HC、NOX等，对环境污染严重。而燃气车的主要排放物为：水蒸气和二氧化碳，排放达到国 ，绿色环保。,3、加速性能方面的主要差别：,柴油车的加速性能优于燃气车，主要表现在油门急速踩下后，柴油车的驾驶员会有明显的推背感觉，而燃气车感觉不明显；原因是燃气发动机燃料燃烧比较温和，导致加速时间长。同等马力（功率）发动机动力输出无明显变化。,4、冷却系统的主要
6、差别：,由于天燃气的燃烧热值高于柴油，同功率下燃气发动机产生的热量高于柴油发动机约15 ，所以燃气车型匹配了较大的冷却系统。,5、整车质量和成本的主要差别：,1、 燃气车型的开发，主要是在柴油车的基础上更换发动机及燃料供给系统。2、由于燃气车型燃料存储装置为高压容器或低温深冷设备，集成化程度高，体积庞大。为保证安全性，存储装置的固定支架，必须保证牢固可靠。所以整套供给系统重量会比燃油车有明显增加。,1、CNG车型燃气系统工作原理及部件功能简介,1.1、系统工作原理图：,燃气发动机,燃气瓶组,高压粗滤器,低压滤清器,燃气减压器,燃气控制盒,燃气瓶组,10mm无缝钢管（高压管路）,8mm无缝钢管（
7、高压管路）,编织层软管（低压管路）,2、NGV车型燃气系统工作原理简介,1.2、工作原理简介：,1、燃气由加气枪通过燃气控制盒内的手动充气阀，向车架两侧的燃气瓶同时充气，连接各燃气瓶的管路属于高压管路，全部为无缝钢管连接，燃气瓶内储存的是高压力燃气（ 目前最大充装压力为20MPa ），高压燃气是不能直接供燃气发动机直接使用的。2、燃气瓶内的高压燃气经过高压粗滤器，进行过滤后到达燃气减压装置，燃气减压器具有高压截止作用，减压器上的天然气进口压力不低于1.0 Mpa，该段管路属于高压管路，全部为无缝钢管连接。3、高压燃气通过燃气减压器调压并稳定为低压燃气（ 0.7 0.9 MPa ），低压燃气经过
8、低压精滤器后，进入发动机上的燃气计量阀给发动机供气。该段管路属于低压管路，全部为编织层软管连接。,1.3、系统部件功能介绍：,2、LNG车型燃气系统工作原理及部件功能简介,2.1、系统工作原理图：,燃气发动机,LNG车瓶,燃气截止阀,燃气滤清器,燃气稳压器,集成供气单元,14mm铜管（出液管路）,编织层软管 （供气管路）,钢丝编织层软管 （供气管路）,2.2、工作原理简介：,1、液化天燃气由加气枪通过LNG车用瓶上的加液口，向LNG车用瓶内充装燃料，燃料在LNG车用瓶内以液态存储，液态天燃气是不能直接供燃气发动机直接使用的。 液化天然气通过LNG车用瓶上的“出液阀”到达集成供气单元。2、集成供
9、气单元包括：水浴式汽化器、调压器和缓冲罐。到达集成供气单元的液态天然气，首先通过水浴式汽化器，将其变为气态天然气，再通过调压器，最后到达缓冲罐内，此时的天然气已经变为气态，缓冲罐内压力不小于0.9Mpa。3、缓冲罐内的低压燃气经过燃气管路，到达燃气截止阀，在车辆运行期间截止阀开启，保持燃气的正常供应。经截止阀过来的燃气通过燃气滤清器，到达燃气稳压器。4、燃气通过燃气稳压器调压并最终稳定为0.8 0.9 MPa ，进入发动机上的燃气计量阀给发动机供气。,2.3、系统部件功能介绍：,柴油发动机 vs. 燃气发动机,DIESEL,GAS,柴油发动机 vs. 燃气发动机,4-stroke Diesel
10、 cycle四冲程德塞尔循环 (compression ignition压燃) 进气冲程将新鲜空气吸入气缸 压缩冲程压缩气缸内空气，并使气缸内温度升高超过燃油的燃点温度；燃油在适当时候喷如气缸并立即燃烧 气缸内燃油与空气充分混合燃烧，体积膨胀，推动活塞下行，完成做功冲程 排气冲程将废气排除气缸,柴油发动机 vs. 燃气发动机,4-stroke Otto cycle 四冲程奥托循环 (spark ignition点燃) 进气冲程即将燃料和空气混合，吸入气缸 压缩冲程压缩气缸内混合气体，并提升温度 (低于燃料燃点温度) 接近上止点时，由火花塞点燃混合气体 混合气体膨胀燃烧，推动活塞下行，完成做功冲
11、程 排气冲程将废气排出,柴油发动机 vs. 燃气发动机,Diesel engine demands structural柴油机受结构限制 发动机整体结构必须坚固以承受高气缸压力 燃油喷射系统需具备: 提供很高的喷射压力 精确计量喷油量 在恰当时刻喷入燃油 (点火时间 = 喷射时间),柴油发动机 vs. 燃气发动机,Spark-ignited engine demands thermal点燃式发动机受热力（温度）限制 混合气的压缩温度必须受控以避免爆燃 发动机相关部件必须能够承受很高的排气温度 火花塞点燃系统需具备: 产生足够高的点火电压 在恰当时刻产生电火花 (ignition timing
12、= spark timing),Cylinder Pressure缸内压力比较,Cylinder Pressure 缸压,Diesel柴油机 受发动机结构限制；相同排量的发动机，缸压越高，功率输出也越多 Gas燃气发动机 受制于燃料的燃点温度；气缸内的压缩比不能太高，限制了发动机的功率输出,Operating Temperature,GAS OPERATION RANGE,DIESEL OPERATION RANGE,GAS ENGINE,DIESEL ENGINE,排气温度,负荷,空燃比,相应的燃烧温度,排气温度,Diesel柴油发动机 排气温度相对较低。过量的空气使燃烧更加充分致使排气温度
13、较低 Gas燃气发动机 排气温度高。气缸内的混合气空燃比必须严格控制以保证电火花能够迅速点燃,Turbo Boost 增压压力,GAS ENGINE,DIESEL ENGINE,TURBO SPEED LIMIT 增压器速度限制,WASTEGATE OPENING,气流（负荷）,增压压力 增压器转速,涡轮增压,Diesel 燃油直喷在较宽的范围内均能提供快速的负荷响应； 增压压力受发动机结构和增压器转速 Gas 较长的燃料通道限制了负荷相应速度；废气门结构优化了增压器对“增压过量”的响应速度，但是却限制了增压器效率,Ignition Timing点火正时,TDC,曲轴转角,缸内压力,Ignit
14、ion Timing 点火正时,Diesel柴油发动机 由燃油的喷射时刻决定；压力升高不能超过发动机的结构限制 Gas燃气发动机 由火花塞的点火时刻确定； 点火提前角对控制爆燃起到非常关键的作用,Normal Combustion 正常燃烧过程,Normal Combustion正常燃烧过程,电火花点燃压缩可燃混合气 燃烧从火焰内核向外缘延伸，扩展到整个燃烧室 燃烧气体的火焰前锋不断推进，压缩“未燃气体”并推动活塞下行,Detonation爆震,Detonation爆震燃烧,One or more controlling parameters exceeds necessary limits:
15、一个或多个控制参数超出限制 cylinder pressure/temperature缸内压力/温度 ignition timing点火时间 rate of fuel burning燃烧速率 End gas reaches critical temperature before being ignited by flame front; secondary combustion causes rapid local pressure/ temperature rise在火焰前锋到达之前，未燃气体达到临界着火温度发生自燃，第二点的燃烧导致温度和压力的极剧升高。,Factors Influenci
16、ng Detonation 影响爆震的因素,Compression ratio压缩比 风险：过度压缩会使气缸内温度升高而超过可燃混合气体燃点 控制： 设计 压缩比的选择必须适合期望的燃烧特性,Factors Influencing Detonation 影响爆震的因素,Inlet temperature/pressure进气温度/压力 风险：过高的进气初始温度和压力将会导致压缩混合气的温度超过其燃点温度 控制： 设计- 中冷器控制进气温度；废气门控制增压压力 应用 中冷器散热水箱必须足够大；废气门必须调教适当,Factors Influencing Detonation 影响爆震的因素,Ignition timing点火正时 风险：点火正时提前过多导致过早燃烧，气缸压力升高过快引起爆震 控制措施： 应用 基于燃料特性和发动机负荷，安装时正确调定点火正时,
