气体供给燃料系统

1、1第九节第九节 气体供给燃料系统气体供给燃料系统 内燃机使用气体燃料的方法内燃机使用气体燃料的方法缸外混合供气系统的基本要求与结构方案缸外混合供气系统的基本要求与结构方案预混点燃式气体燃料供给系统简介预混点燃式气体燃料供给系统简介混合器与减压器混合器与减压器电控喷射式气体燃料供给系统电控喷射式气体燃料供给系统柴油引燃双燃料发动机的燃料供给系统柴油引燃双燃料发动机的燃料供给系统气体燃料供给系统与内燃机的匹配气体燃料供给系统与内燃机的匹配主要学习内容主要学习内容2二、具体使用方法二、具体使用方法缸外混合、火花点火缸外混合、火花点火压缩天然气压缩天然气(CNG)(CNG)液化石油气液化石油气(LPG

2、)(LPG)一、常用气体燃料一、常用气体燃料缸外混合缸外混合 、柴油引燃、柴油引燃缸内喷射、火花点火缸内喷射、火花点火缸内喷射、柴油引燃缸内喷射、柴油引燃缸外缸内喷射、压缩自燃缸外缸内喷射、压缩自燃3一、对供气系统的基本要求一、对供气系统的基本要求 对点燃式气体燃料发动机，当负荷变化时，只允对点燃式气体燃料发动机，当负荷变化时，只允许过量空气系数许过量空气系数a a在较小范围内变化。对柴油引在较小范围内变化。对柴油引燃的气体燃料燃的气体燃料- -柴油双燃料发动机，柴油双燃料发动机，a a一般为一般为1.41.41.91.9。 在进行供气系统设计时，要考虑到不同的供气系在进行供气系统设计时，要考

3、虑到不同的供气系统、不同的气体燃料，对配气相位、点火提前角、统、不同的气体燃料，对配气相位、点火提前角、点火能量、火花塞结构及位置等均有不同的要求点火能量、火花塞结构及位置等均有不同的要求等因素的影响。等因素的影响。 供气系统应使气体燃料与空气的混合尽可能均匀，供气系统应使气体燃料与空气的混合尽可能均匀，燃料量调节可靠，具有防爆安全性。燃料量调节可靠，具有防爆安全性。 供气系统应满足结构简单、价格便宜、操作维护供气系统应满足结构简单、价格便宜、操作维护方便等要求。方便等要求。 4二、缸外混合供气系统的结构分类二、缸外混合供气系统的结构分类 文杜里管（文杜里管（VenturiVenturi）式气

4、体燃料供给系统）式气体燃料供给系统发动机的起动、怠速、加速及功率控制等功能均在减发动机的起动、怠速、加速及功率控制等功能均在减压器上实现，这种装置的混合器为文杜里管，结构简单，压器上实现，这种装置的混合器为文杜里管，结构简单，但减压器结构复杂。但减压器结构复杂。 比例调节器式气体燃料供给系统比例调节器式气体燃料供给系统采用膜片式混合器来调节空燃比，这种装置的混合器采用膜片式混合器来调节空燃比，这种装置的混合器体积较大，但减压器结构简单。体积较大，但减压器结构简单。 电控喷射式气体燃料供给系统电控喷射式气体燃料供给系统由计算机及各种传感器对发动机各工况的数据进行采由计算机及各种传感器对发动机各工

5、况的数据进行采集、处理、实现对气体燃料控制阀的自动调节，该系统集、处理、实现对气体燃料控制阀的自动调节，该系统控制精度高，各种工况适应性好。控制精度高，各种工况适应性好。5a)气体燃料在进气总管与空气混合气体燃料在进气总管与空气混合 b)气体燃料在进气歧管与空气混合气体燃料在进气歧管与空气混合 缸外混合的两种供气位置缸外混合的两种供气位置形成的混合气形成的混合气均匀，控制系均匀，控制系统简单，但安统简单，但安全性较差。全性较差。6此系统是在保此系统是在保留原车化油器留原车化油器供油系统的情供油系统的情况下，增加一况下，增加一套套CNGCNG的储存、的储存、供给与转换装供给与转换装置而构成的。置

6、而构成的。一、天然气和汽油两用燃料供给系统一、天然气和汽油两用燃料供给系统7储罐液面上本是蒸储罐液面上本是蒸气层，为什么不直气层，为什么不直接从蒸气层抽取气接从蒸气层抽取气态态LPGLPG而要将液态而要将液态LPGLPG送到蒸发减压器送到蒸发减压器中去气化呢？中去气化呢？ 二、液化石油气和汽油两用燃料供给系统二、液化石油气和汽油两用燃料供给系统与与CNGCNG系统大同小异，主要区别在于气体燃料的存储与系统大同小异，主要区别在于气体燃料的存储与减压方式上。减压方式上。液化石油气存贮在专门的储罐中，充液口在储罐上方，液化石油气存贮在专门的储罐中，充液口在储罐上方，出液口在储罐下方。充液时储罐不充满

7、（最多到其容积出液口在储罐下方。充液时储罐不充满（最多到其容积的的80%80%），液面上是），液面上是LPGLPG蒸气，靠饱和蒸气压将液化石蒸气，靠饱和蒸气压将液化石油气压出。油气压出。8一、一、 混合器及其特性混合器及其特性 简单混合器特性简单混合器特性2()/aa aadaG CApp2()/gg ggdgGCApp设混合器前空气压力为设混合器前空气压力为p pa a，天，天然气压力为然气压力为p pg g，空气与天然气，空气与天然气汇合处的压力为汇合处的压力为p pd d，近似按不，近似按不可压缩流体的伯努利方程，可可压缩流体的伯努利方程，可写出空气和天然气的体积流量写出空气和天然气的体

8、积流量公式为：公式为：简单混合器的原理简图简单混合器的原理简图9gaaaadgggagdGC AppGC App ,dadagagppppppgddagpppp当发动机工况改变时，上式中方括号内的数值变化不大，可当发动机工况改变时，上式中方括号内的数值变化不大，可近似地视为常数近似地视为常数C C，则有：，则有：式中，式中，G Ga a，G Gg g空气流量和天然气流量，空气流量和天然气流量，mm3 3/s /s；C Ca aA Aa a，C Cg gA Ag g空气和天然气的有效流通面积（空气和天然气的有效流通面积（A A为通路面积为通路面积，mm2 2，C C为流量系数）；为流量系数）；a

9、 a，g g空气和天然气的密度，空气和天然气的密度，kg/mkg/m3 3。这样，混合气的空燃比即为：这样，混合气的空燃比即为：/()ddagCppp和和10/()ddagCppp gappdp0,()ddappp0dp当当时，时，会随会随的增大而变大，并且如图的增大而变大，并且如图7-90b7-90b所示，在所示，在时，只能吸进天然气，时，只能吸进天然气，随着，随着的增大，的增大，先快后慢地变大，最终也趋近一个常数先快后慢地变大，最终也趋近一个常数C C； 并且如图并且如图7-90a7-90a所示，在所示，在gappdp()dagdgpppp dp 的增大（即随的增大（即随G Ga a、G

10、Gg g的增大）而变小，的增大）而变小，时，吸不出天然气，时，吸不出天然气，随着，随着的增大，的增大，先快后慢地变小，最终趋于一个常数先快后慢地变小，最终趋于一个常数C C；时，时，会随会随当当1112 比例调节式混合器比例调节式混合器 下图所示的比例式混合器，就是为了克服简单混合器的不足，兼有防下图所示的比例式混合器，就是为了克服简单混合器的不足，兼有防止怠速过稀与实现高负荷加浓作用的一种综合改进方案，这种混合器由止怠速过稀与实现高负荷加浓作用的一种综合改进方案，这种混合器由于毋需另外配置怠速供气与高负荷加浓装置，而且简化了减压器的结构，于毋需另外配置怠速供气与高负荷加浓装置，而且简化了减压

11、器的结构，应用比较广泛。应用比较广泛。比例调节式混合器原理简图比例调节式混合器原理简图 天然气流通面积和空天然气流通面积和空气流通面积随着固定气流通面积随着固定于膜片上的滑阀位置于膜片上的滑阀位置的改变而改变的改变而改变 膜片上方空间通过膜片上方空间通过滑阀中的几个小孔滑阀中的几个小孔与天然气和空气的与天然气和空气的交汇处相通交汇处相通 当节气门开度加大当节气门开度加大时，膜片就上移，时，膜片就上移，使空气和天然气的使空气和天然气的流通面积都变大流通面积都变大停车时膜片上下方停车时膜片上下方都是大气压力，弹都是大气压力，弹簧使滑阀下移，将簧使滑阀下移，将天然气通路封闭，天然气通路封闭，因此允许

12、因此允许pg有不大有不大的正压力的正压力13二、减压器的工作原理二、减压器的工作原理基本功能：减压和稳压基本功能：减压和稳压工作原理：工作原理：发动机停车时，橡胶膜发动机停车时，橡胶膜片下方减压室中的气体片下方减压室中的气体压力等于大气压，弹簧压力等于大气压，弹簧力对杠杆的作用力矩大力对杠杆的作用力矩大于减压器前气体压力通于减压器前气体压力通过阀门对杠杆的作用力过阀门对杠杆的作用力矩，阀门关闭并且对阀矩，阀门关闭并且对阀口保持一定的密闭力口保持一定的密闭力 发动机工作时，发动机工作时，p p22p p0 0，膜片，膜片两边压力差所产生的使膜片向两边压力差所产生的使膜片向下的力对杠杆的作用方向与

13、下的力对杠杆的作用方向与p p1 1对杠杆的作用力方向一致，当对杠杆的作用力方向一致，当p p2 2小到一定程度之后，二者对小到一定程度之后，二者对杠杆的合力矩就能克服弹簧力杠杆的合力矩就能克服弹簧力的作用力矩而使杠杆向顺时针的作用力矩而使杠杆向顺时针方向转动并开启阀门，使天然方向转动并开启阀门，使天然气通过减压器而流向混合器，气通过减压器而流向混合器，压力也就从压力也就从p p1 1降低到降低到p p2 2。14气体燃料供给气体燃料供给系统也分为机系统也分为机械控制与电子械控制与电子控制式两类控制式两类 15 特点特点 气体燃料作通过混合器同空气混合进入气缸，形成比较气体燃料作通过混合器同空

14、气混合进入气缸，形成比较均匀的混合气，在压缩行程活塞接近上止点时，被喷入均匀的混合气，在压缩行程活塞接近上止点时，被喷入缸内并被压燃的柴油点燃。这里，引燃柴油被压燃着火，缸内并被压燃的柴油点燃。这里，引燃柴油被压燃着火，与在柴油机中的情形类似与在柴油机中的情形类似 ； 空气和气体燃料系在缸外预先混合，其混合气的着火与空气和气体燃料系在缸外预先混合，其混合气的着火与燃烧，与火花点燃式发动机相似。燃烧，与火花点燃式发动机相似。 优点优点 既可用柴油引燃气体燃料工作，也可用既可用柴油引燃气体燃料工作，也可用100%100%的柴油燃的柴油燃料工作，扩大了发动机在燃料种类选择上的空间。料工作，扩大了发动

15、机在燃料种类选择上的空间。 缺点缺点 燃柴油的雾化不好，大负荷时受到爆燃限制，等。燃柴油的雾化不好，大负荷时受到爆燃限制，等。 16 系统组成系统组成括天然气（或液化石油气）预混合供给系统括天然气（或液化石油气）预混合供给系统柴油供给系统柴油供给系统工作状态切换及控制系统工作状态切换及控制系统 调控方式调控方式机械控制式机械控制式机电结合控制方式机电结合控制方式全电控方式全电控方式国内应用最多国内应用最多国外业已批国外业已批量应用量应用尚处于研尚处于研发阶段发阶段1718 在汽油机上燃用气体燃料时要注意在汽油机上燃用气体燃料时要注意：燃用燃用CNGCNG时，汽油机功率将下降时，汽油机功率将下降20%20%25%25%；燃用；燃用LPGLPG时，汽油机功率将下降时，汽油机功率将下降5%5%10%10%。气体燃料的辛烷值高，因此发动机的压缩比可适当提高，气体燃料的辛烷值高，因此发动机的压缩比可适当提高，提高压缩比可使燃用气体燃料时的功率下降得到部分恢提高压缩比可使燃用气体燃料时的功率下降得到部分恢复。复。由于气体燃料的着火温度高、火焰传播速度低、滞燃期由于气体燃料的着火温度高、火焰传播速度低、滞燃期长，因此要加大点火提前角，提高点火能