气体燃料是可用能源的重要组成部分,被称为继煤炭和石油之后的第三大能源,天然气作为一种气体燃料,其主要成分是甲烷。由于天然气资源丰富、成本低,而且以
压缩天然气和
液化天然气的形式在发动机上应用时,具有对内燃机结构改动小、工作指标变化不大等优势,已经成为一种重要的替代燃料在内燃机领域得到了广泛应用。
应用于
发动机上的替代燃料主要为醇类燃料、二甲基醚、生物燃料及气体燃料等。气体燃料是可用能源的重要组成部分,被称为继煤炭和石油之后的第三大能源,除了
压缩天然气和
液化石油气外,还包括
沼气、煤层气高炉煤气等。天然气作为一种气体燃料,其主要成分是甲烷。由于天然气资源丰富、成本低,而且以压缩天然气和
液化天然气的形式在发动机上应用时,具有对内燃机结构改动小、工作指标变化不大等优势,已经成为一种重要的替代燃料在内燃机领域得到了广泛应用。
发动机供气系统包含一个与化油器类似的部件混合器,气体燃料在进气管或进气阀口以固定比例与空气混合,靠红内负压被吸入混合器混合后进入气红燃烧,其供气方式示意图如图1所示。
图2给出了常见的文丘里管混合器。进气管混合器供气方式的气体发动机优点是:结构较简单,控制方便,价格较低,便于对现有的
化油器式汽油机进行改造。但是由于不能精确的控制燃料供给量,而且无法进行
闭环控制,难于精确地控制发动机的空燃比,因而满足较高的排放标准,不能充分发挥天然气改善发动机排放性能的潜力。因此这种供气方式主要应用在化油器式汽油车改装的“天然气——汽油”
两用燃料汽车上。
即应用单一混合器将气体燃料喷入进气总管并与空气混合,然后通过
进气歧管分配到各个气红中进行燃烧。该类系统可以通过电脑控制来实现气体燃料的喷射,燃料供应的准确、均衡、稳定性较好,而且该种喷气系统结构简单、工作可靠、成本低廉。但燃料在吸入各个气红前要经过各个进气歧管,存在各红混合气空燃比控制精度低、响应慢以及不利于发动机性能提升等不足,技术相对落后,已应用渐少。
即在每个气虹进气歧管或进气道处安装一个气体燃料喷射装置,并通过按照一定的模式分别对各个气红的喷射装置进行专门控制。该种喷射方式由于具有燃料进气行程短的优势,具有良好的响应性,并可以实现对空燃比按周期和按虹进行控制,所以燃料供应准确度、均衡性、稳定性以及排放性都优于单点电喷。但与单点喷射系统相比,此类喷射系统存在结构复杂、成本较高的问题,而且不能充分扫气,甚至有回火可能等问题。
即在发动机各虹进气道前顺序间歇(一般在进气过程中)供入气体燃料,可以有效解决发动机进气道及进气管内回火、扫气阶段气体燃料流失等问题,改善
发动机性能。该类供气方式所需的气体燃料压力较低,但对气体燃料电控喷射装置有较高的要求,而且存在由于电磁铁特性所导致的工作行程较小,不利于大流量的气体燃料喷射,特别在一些
低热值气体燃料的应用需要加大容积流量的场合;同时存在控制特性差、落座速度大等影响装置工作可靠性的问题,并且对产生相互撞击部件的材料、制造工艺等要求较高。其改进方案是在运动部件的一端装配“抗冲击的高硬度止动销”,但另一端(针阀密封锥面)却无法同样处理,但仍难以克服高落座速度冲击带来的工作可靠性及寿命等问题。
将气体燃料在发动机压缩过程中直接喷入红内。缸内气体喷射完全实现了燃料供给的质调节,有利于提高发动机升功率、有效效率等性能。但由于在相对高温高压环境供气,必须首先消耗一定能量将气体燃料压缩到较高压力,同时对气体燃料电控喷射装置要求更高,仅在小功率发动机中有极少量应用。