综述天然气发动机.doc

燃气发动机综述
摘要：随着石油资源的不断消耗，能源局势逐渐发生改变，内燃机的燃料广泛化。近几年以来，美国页岩气革命的兴起，深层钻探技术的逐渐完善，石化天然气在内燃机中逐步大规模应用。本文通过对比LPG,CNG,LNG三种天然气发动机的市场应用状况，三种天然气发动机的特点，分别从进气，燃烧，润滑，排放,EGR几方面和传统的液体石化燃料发动机作比较，得出了天然气发动机燃烧循环变动大，储存技术要求高，润滑油液硫酸盐灰分控制严格等特点。在当前的能源局势下将得到快速发展，特别是LNG发动机具有良好的排放和资源丰富等优良特点，其应用前景广泛。
关键词：能源局势，天然气发动机，LNG中图分类号：U464.11
前言
从世界先进的工业化国家来看，内燃机工业已进个高科技、高投入、高产出时代。尤其以美国，德国，英国等代表的国家利用先进的技术和丰富的设计经验，开发出众多与世界需求相适应的先进动力技术。自从进入能源危机以后，动力燃料来源日益多元化[1]。石油，天然气，沼气，生物柴油，醇类燃料等相继进入动力燃料市场。各国先后根据自己的国情，制定了相应的能源政策。当前虽然纯电动汽车在国家政策的扶持下，快速发展，但由于昂贵的电池技术[2]，较低的续航里程等影响大规模市场化。当然部分汽车电动化，有利于促进科技的发展，新能源技术的进步，迎合人们对清洁环境的期望。到2020末期纯电动汽车也只能占5%的市场份额。内燃机动力系统在未来30-50年仍是汽车的主要动力。新能源动力“远水难解近渴”传统汽车发动机谋求环保上位。
在当前的技术和能源形势下，仍然需要在传统的内燃机中不断寻求技术改进，需要提高热效率，降低污染物排放。随着石油的可开采量逐渐减少，人类利用能源的代价逐渐加大，寻求相应的能源，减缓石油的消耗，刻不容缓。从开采储存密度大的液体石油向储存密度小深层煤层气、致密气、页岩气等天然气，深海可燃冰进发。在此新形势下，燃气工业进入加速发展阶段[3][4]。以美国页岩气为代表的一些国家的页岩气革命兴起，改变了国家的能源结构，从石油进口国变为出口国。天然气的大量供应也使得相应的动力技术也发生相应改变。中国页岩气储量丰富，特别是在四川盆地，重庆，贵州，内蒙古鄂尔多斯等地储量丰富，加之中俄，中缅，沿海地区的天然气管道的逐步建设，为汽车应用天气提供基础保障。据统计，2013中国天然气汽车达到157.7万辆。国内的部分城市的天然气加工厂和加气站逐步建立，这为我国进一步开展使用天然气奠定了基础。
天然气发动机与传统发动机在燃烧，润滑，进气，燃油供给系统存在诸多不同点。气体燃料燃烧循环变动量较大，对空燃比敏感，加之采用稀薄燃烧，对ECU的要求进一步提高。随着技术的成熟，重型车大量采用缸内喷射方式，避免进气道喷射降低充量系数导致动力性和排放恶化的结果。
1天然气工业形势以及市场情况
1.1天然气资源应用形式
LPG、CNG和LNG等清洁燃料作为汽车能源具有良好的经济性和较低的排放污物，不仅减轻大气污染，还可以形成多元化的能源结构，减缓石油的消耗，被认为是车用发动机较为理想的代用燃料。天然气汽车释放的二氧化碳要比汽油少1/3以上、HC下降90%、NOx下降40%、CO下降80%[5]。因此，在未来一段时期内，天然气发动机将有较大的市场空间和发展潜力。计估计2015年国内天然气使用量在2310×108m3，如图1所示使用量快速增长。CNG,LNG储运技术和加气站的大量建设为天然气进入市场好基础。得益于天然气工业的发展，四川天然气应用走在全国前列。出租车燃气化率达到98%，银川，濮阳等城市天然气管道沿线城市的出租车燃气化率将近100%。到目前为止巴基斯坦天然气车辆占52%以上。据预测，到2020年天然气汽车用量将达到4000亿m³。为了减轻大气污染，北京现已成为世界上最大的单一燃料天然气发动机汽车应用城市。全世界天然气汽车保有量将超过730万辆。
世界超过70%的天然气资源位于中东，东欧，前苏联地区。2012年我国天然气消费1328亿立方米，占总量的4.8%。国际消费33100亿立方米。美国，俄罗斯，伊朗、卡塔尔、加拿大、挪威、中国、沙特阿拉伯、阿尔及利亚和印度尼西亚这10个天然气产量排名前十位的国家。

图11980-3013年我国天然气产量和增长率
1.2天然气发动机发展情况
美国的康明斯公司、卡特彼勒、瓦克夏、底特律公司、法国瓦西兰公司、德国道依茨、MAN公司，奥地利延巴赫公司，瑞士苏尔寿公司等世界著名的发动机制造公司均研究和生产燃气发动机，技术水平也已达到相当完善的程度。国内发动机公司也纷纷开发了燃气发动机技术，目前包括上柴，潍柴，玉柴在内的18家企业都开发了自己的燃气发动机技术，并得到实际工业应用，相关发动机型号近百种。
2011年6月20日，财政部，交通运输部联合发布《交通运输