船用LNG动力发动机部分关键技术
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摘要
为研究国内外液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)动力发动机的技术差异,列表总结国内外LNG发动机的技术现状,并对空燃比、动态特性及点火技术等因素对其动力性、经济性和尾气排放的影响进行分析。结果表明:影响NO_x生成的主要因素有工作循环方式、空燃比、引燃油量和负荷等;提高空燃比可改善发动机的热效率及NO_x排放,但会影响其动力性和THC排放;点火技术影响空燃比,点火能量升高或柴油微引燃可拓宽稀燃界限,且点火或喷油提前角增加,缸内最高压力、温度和NO_x排放增加,THC和CO减小;采用可变截面涡轮增压技术可改善发动机的动态响应、经济性和尾气排放;双燃料模式与纯柴油模式相比,HC和CO排放增加,NO_x和PM排放减少。
The technical features of Liquefied Natural Gas( LNG) fueled engines at home and abroad is summarized in an table and the influences of technical factors is analyzed,such as air-fuel ratio,dynamic characteristics and ignition technology on the power,economy and emissions. The results show that the main factors affecting NO_x are the work cycle,the airfuel ratio,the quantity of pilot fuel,and the load. A larger air-fuel ratio is favorable for thermal efficiency and NO_x emissions,but deteriorates the power and THC emissions. Ignition technology affects the air-fuel ratio. Higher ignition energy or pilot fuel can extend the lean-burn limit and increase advance angle of ignition or pilot fuel injection,leading to higher maximum pressure,temperature and NO_x and lower THC and CO emission. The Variable Geometry Turbocharger( VGT) can improve the dynamic response,economy and emissions of the engine. Compared to the pure diesel mode with the Dual-fuel mode,the emissions of HC and CO are higher and those of NO_x and PM are lower.
The technical features of Liquefied Natural Gas( LNG) fueled engines at home and abroad is summarized in an table and the influences of technical factors is analyzed,such as air-fuel ratio,dynamic characteristics and ignition technology on the power,economy and emissions. The results show that the main factors affecting NO_x are the work cycle,the airfuel ratio,the quantity of pilot fuel,and the load. A larger air-fuel ratio is favorable for thermal efficiency and NO_x emissions,but deteriorates the power and THC emissions. Ignition technology affects the air-fuel ratio. Higher ignition energy or pilot fuel can extend the lean-burn limit and increase advance angle of ignition or pilot fuel injection,leading to higher maximum pressure,temperature and NO_x and lower THC and CO emission. The Variable Geometry Turbocharger( VGT) can improve the dynamic response,economy and emissions of the engine. Compared to the pure diesel mode with the Dual-fuel mode,the emissions of HC and CO are higher and those of NO_x and PM are lower.
引文
[1]马义平,曾向明,魏海军,等.国内外船用LNG动力发动机发展现状[J].中国航海,2016,39(3):20-25.
[2]杨波,盛苏建,周斌.1 000 m3LNG燃料加注船主机选型研究[J].船海工程,2014,43(5):148-150.
[3]闫丽,辛强之,黄猛,等.Z6170ZLC/S-8型双燃料发动机开发[J].柴油机,2014,36(1):1-4.
[4]钱良智.柴油-LNG双燃料船用发动机排放特性试验研究[J].船海工程,2015,44(3):142-145.
[5]雷伟,甘少炜,周国强,等.船用天然气发动机技术现状及发展[J].船海工程,2014,43(6):23-26.
[6]马义平,王忠诚,时继东,等.曼恩和瓦锡兰船用二冲程双燃料发动机之比较[J].船舶,2015,26(5):94-99.
[7]卢瑞军,周志勇,武宪磊.船用天然气发动机关键技术发展及应用[J].内燃机与动力装置,2014,31(3):57-60.
[8]MOHR H,BAUFELD T.面向未来的双燃料发动机技术进展[J].国外铁道机车与动车,2013(6):39-47.
[9]徐兆坤,蒋妙范,吴伟蔚,等.天然气/柴油混合燃料发动机的特性研究[J].天然气工业,2006,26(4):128-130.
[10]陈瑞晶.柴油/LNG双燃料发动机台架试验性能分析[J].福建工程学院学报,2013,11(6):527-533.
[11]赵会军.CNG/柴油混烧性能实验研究[J].农机化研究,2003(3):120-123.
[12]石来华,姜艳.电控柴油引燃天然气双燃料发动机的试验研究[J].客车技术与研究,2015(4):56-59.
[13]何旷.高性能江海型LNG运输船[J].中国船检,2013(5):71-72.
[14]冯立岩,张春焕,李佳星.气体燃料大型船用主机燃烧系统分析[J].铁道机车车辆,2011,31(S1):25-29.
[15]李捷辉,刘大为,毛功平,等.船用柴油/LNG双燃料发动机控制系统设计与推进特性试验研究[J].中国农机化学报,2016,37(4):170-175.
[16]覃军,沈捷,尧命发,等.燃烧系统参数对增压中冷柴油-天然气双燃料发动机排放特性和经济性影响的实验研究[J].内燃机学报,2003,21(4):217-223.
[17]王军,王继卫.CNG/柴油双燃料车用发动机排放特性研究[J].汽车工程,2004,26(1):34-37.
[18]刘凯,席跃进.车用天然气发动机关键技术研究与发展[J].柴油机设计与制造,2008,15(3):337-340.
[19]刘敬平,杨汉乾,王树青,等.改善增压天然气发动机排放特性的途径[J].中南大学学报(自然科学版),2012,43(1):143-150.
[20]翟康,施崇槐,韩志强,等.过量空气系数和点火提前角对CNG发动机NOx排放性能的影响[J].湖北汽车工业学院学报,2014,28(4):13-17.
[21]姜士阳.天然气发动机理论空燃比与稀燃对比研究[J].农机化研究,2010(10):195-198.
[22]刘雄,张惠明,吕筱萍,等.降低双燃料发动机HC和CO排放的研究[J].内燃机学报,2003,21(1):35-39.
[23]杨龑虓,张金柱.变截面涡轮增压器控制系统仿真研究[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版),2005,19(1):44-47.
[24]郭鹏江,王天灵,吴君华,等.可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响[J].内燃机工程,2010,31(2):41-47.
[25]肖茂宇,石磊,邓康耀.增压直喷汽油机增压系统瞬态过程建模计算与优化[J].上海汽车,2010(5):12-17.
[26]刘博,胡志龙,李华雷,等.可调二级增压柴油机旁通阀特性和调节规律的试验[J].内燃机学报,2012,30(1):72-78.
[27]周立迎,徐富水,罗福强.缸内直喷CNG发动机燃烧过程测量分析[J].车用发动机,2014(4):83-88.
[28]胡春明,侯圣智,赵文锋,等.低压缸内直喷CNG发动机燃烧特性的影响因素[J].燃烧科学与技术,2010,16(5):446-450.
[29]王都,盛利,冒晓建,等.点火能量对稀燃增压CNG发动机性能影响的试验研究[J].汽车工程,2009,31(10):915-918.
[30]郭林福,张欣,李国岫.点火能量对电控单燃料CNG发动机性能的影响[J].车用发动机,2005(1):25-28.
[31]王金磊,刘峰,王璐.点火能量对通用小型汽油机排放性能影响的研究[J].小型内燃机与摩托车,2009,38(1):18-20.
[32]宋建桐,张春化,李婕.喷油正时对电控共轨柴油机燃用LNG-柴油双燃料的影响[J].车用发动机,2015(6):85-89.
[33]苏岭,钟辉,汪映,等.供油参数对CNG双燃料发动机低负荷排放的影响[J].车用发动机,2002(5):10-12.
[34]黄猛,王国仰,刘康,等.天然气-柴油双燃料船用发动机燃气喷射系统及推进特性研究[J].中国造船,2015,56(2):87-94.
[35]罗东晓.柴油汽车改用LNG燃料的实用技术及其经济性分析[J].天然气工业,2012(9):92-97.
[36]陈克朋,李格升,潘志翔,等.LNG-柴油双燃料增压船用发动机气门重叠期LNG燃料的泄漏分析[J].内燃机工程,2015,36(4):120-125.
[37]于洪亮,段树林,孙培廷.LNG气化温度对船用天然气/柴油双燃料发动机燃烧排放的影响[J].推进技术,2015,36(9):1369-1375.
[2]杨波,盛苏建,周斌.1 000 m3LNG燃料加注船主机选型研究[J].船海工程,2014,43(5):148-150.
[3]闫丽,辛强之,黄猛,等.Z6170ZLC/S-8型双燃料发动机开发[J].柴油机,2014,36(1):1-4.
[4]钱良智.柴油-LNG双燃料船用发动机排放特性试验研究[J].船海工程,2015,44(3):142-145.
[5]雷伟,甘少炜,周国强,等.船用天然气发动机技术现状及发展[J].船海工程,2014,43(6):23-26.
[6]马义平,王忠诚,时继东,等.曼恩和瓦锡兰船用二冲程双燃料发动机之比较[J].船舶,2015,26(5):94-99.
[7]卢瑞军,周志勇,武宪磊.船用天然气发动机关键技术发展及应用[J].内燃机与动力装置,2014,31(3):57-60.
[8]MOHR H,BAUFELD T.面向未来的双燃料发动机技术进展[J].国外铁道机车与动车,2013(6):39-47.
[9]徐兆坤,蒋妙范,吴伟蔚,等.天然气/柴油混合燃料发动机的特性研究[J].天然气工业,2006,26(4):128-130.
[10]陈瑞晶.柴油/LNG双燃料发动机台架试验性能分析[J].福建工程学院学报,2013,11(6):527-533.
[11]赵会军.CNG/柴油混烧性能实验研究[J].农机化研究,2003(3):120-123.
[12]石来华,姜艳.电控柴油引燃天然气双燃料发动机的试验研究[J].客车技术与研究,2015(4):56-59.
[13]何旷.高性能江海型LNG运输船[J].中国船检,2013(5):71-72.
[14]冯立岩,张春焕,李佳星.气体燃料大型船用主机燃烧系统分析[J].铁道机车车辆,2011,31(S1):25-29.
[15]李捷辉,刘大为,毛功平,等.船用柴油/LNG双燃料发动机控制系统设计与推进特性试验研究[J].中国农机化学报,2016,37(4):170-175.
[16]覃军,沈捷,尧命发,等.燃烧系统参数对增压中冷柴油-天然气双燃料发动机排放特性和经济性影响的实验研究[J].内燃机学报,2003,21(4):217-223.
[17]王军,王继卫.CNG/柴油双燃料车用发动机排放特性研究[J].汽车工程,2004,26(1):34-37.
[18]刘凯,席跃进.车用天然气发动机关键技术研究与发展[J].柴油机设计与制造,2008,15(3):337-340.
[19]刘敬平,杨汉乾,王树青,等.改善增压天然气发动机排放特性的途径[J].中南大学学报(自然科学版),2012,43(1):143-150.
[20]翟康,施崇槐,韩志强,等.过量空气系数和点火提前角对CNG发动机NOx排放性能的影响[J].湖北汽车工业学院学报,2014,28(4):13-17.
[21]姜士阳.天然气发动机理论空燃比与稀燃对比研究[J].农机化研究,2010(10):195-198.
[22]刘雄,张惠明,吕筱萍,等.降低双燃料发动机HC和CO排放的研究[J].内燃机学报,2003,21(1):35-39.
[23]杨龑虓,张金柱.变截面涡轮增压器控制系统仿真研究[J].黑龙江工程学院学报(自然科学版),2005,19(1):44-47.
[24]郭鹏江,王天灵,吴君华,等.可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环叶片位置对柴油机性能的影响[J].内燃机工程,2010,31(2):41-47.
[25]肖茂宇,石磊,邓康耀.增压直喷汽油机增压系统瞬态过程建模计算与优化[J].上海汽车,2010(5):12-17.
[26]刘博,胡志龙,李华雷,等.可调二级增压柴油机旁通阀特性和调节规律的试验[J].内燃机学报,2012,30(1):72-78.
[27]周立迎,徐富水,罗福强.缸内直喷CNG发动机燃烧过程测量分析[J].车用发动机,2014(4):83-88.
[28]胡春明,侯圣智,赵文锋,等.低压缸内直喷CNG发动机燃烧特性的影响因素[J].燃烧科学与技术,2010,16(5):446-450.
[29]王都,盛利,冒晓建,等.点火能量对稀燃增压CNG发动机性能影响的试验研究[J].汽车工程,2009,31(10):915-918.
[30]郭林福,张欣,李国岫.点火能量对电控单燃料CNG发动机性能的影响[J].车用发动机,2005(1):25-28.
[31]王金磊,刘峰,王璐.点火能量对通用小型汽油机排放性能影响的研究[J].小型内燃机与摩托车,2009,38(1):18-20.
[32]宋建桐,张春化,李婕.喷油正时对电控共轨柴油机燃用LNG-柴油双燃料的影响[J].车用发动机,2015(6):85-89.
[33]苏岭,钟辉,汪映,等.供油参数对CNG双燃料发动机低负荷排放的影响[J].车用发动机,2002(5):10-12.
[34]黄猛,王国仰,刘康,等.天然气-柴油双燃料船用发动机燃气喷射系统及推进特性研究[J].中国造船,2015,56(2):87-94.
[35]罗东晓.柴油汽车改用LNG燃料的实用技术及其经济性分析[J].天然气工业,2012(9):92-97.
[36]陈克朋,李格升,潘志翔,等.LNG-柴油双燃料增压船用发动机气门重叠期LNG燃料的泄漏分析[J].内燃机工程,2015,36(4):120-125.
[37]于洪亮,段树林,孙培廷.LNG气化温度对船用天然气/柴油双燃料发动机燃烧排放的影响[J].推进技术,2015,36(9):1369-1375.