環(huán)境保護(hù)與天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用趨勢(shì)

丘壽勇

摘 要 隨著全球氣候變暖，環(huán)境保護(hù)成為世界各國(guó)重點(diǎn)突出的問(wèn)題。當(dāng)今世界，汽車(chē)使用普及，但是汽車(chē)造成的環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，怎樣保護(hù)環(huán)境成了當(dāng)今社會(huì)頭等大事。

關(guān)鍵詞 天然氣 環(huán)境保護(hù) 發(fā)動(dòng)機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

由于全球石油資源日趨減少和各國(guó)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，以及隨著天然氣資源的不斷開(kāi)發(fā)，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在許多國(guó)家得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。天然氣的突出優(yōu)點(diǎn)是燃燒非常完全.排出的廢氣十分清潔，能滿足越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，對(duì)凈化環(huán)境頗為有益，而且天然氣資源豐富，價(jià)格低廉，因此它是一種大有發(fā)展前途的內(nèi)燃機(jī)替代燃料，除了新設(shè)計(jì)外，還可更經(jīng)濟(jì)和更快地將原柴油機(jī)改裝成天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

1廢氣污染的危害

內(nèi)燃機(jī)廢氣中含有約200種化學(xué)物質(zhì)，其主要排放物對(duì)人類(lèi)危害最大的是HC、NOx和CO，特別是排氣顆粒，它是致癌物質(zhì)。

廢氣在太陽(yáng)光紫外線作用下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，還能生成“光化學(xué)煙霧”，它會(huì)損害人的心臟肺，以及誘發(fā)紅眼病咽喉炎、哮喘等疾病。

廢氣中的CO2及NO2破壞高空的臭氧層，引起溫室效應(yīng)。這也會(huì)引起一系列的災(zāi)難。

燃油中未燃燒的SOx和NOx會(huì)造成酸雨，從而污染水域、破壞土壤、毀壞森林，造成魚(yú)類(lèi)大量死亡及建筑物腐蝕損壞。

2降低排放新途徑采用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)

地球環(huán)境問(wèn)題已引起世界各國(guó)的共同關(guān)注，美國(guó)、歐洲、日本都已制定了非?？量痰膬?nèi)燃機(jī)排放法規(guī)。

為滿足這些排放法規(guī)的要求，人們積極開(kāi)展研究和開(kāi)發(fā)工作，如改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，共軌噴油系統(tǒng)、電子控制、采用各種后處理措施、采用替代動(dòng)力、替代能源等。

其中，作為一 種替代能源發(fā)動(dòng)機(jī)——天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，已被世人所重視。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，既有環(huán)保功效，又有合理的資源配置，且價(jià)格低廉。有資料顯示，世界石油資源日趨減少，全 球現(xiàn)查明的石油儲(chǔ)或低只能再開(kāi)采43年，而天然氣的儲(chǔ)藏量至少還能開(kāi)來(lái)65年。我國(guó)即屬天然大國(guó)，這為我國(guó)大量發(fā)展天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)提供了資源條件。

3天然氣及其優(yōu)缺點(diǎn)

天然氣是以甲烷（CH4）為主，只含少最乙烷（C2H6）、丙烷（G3H8）和丁烷（G4H10）。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）H/C值高達(dá)4左右，且有較高辛烷值（約為130），所以它不需加抗爆劑。

（2）天然氣在常溫下為氣態(tài)，進(jìn)人發(fā)動(dòng)機(jī)，與空氣混合均勻，燃燒完全，從而可大大降低CO.HC和NOx的排放，同時(shí)也改善了顆粒排放。燃用天然氣與汽油相比，CO可降低70%，NOx和非甲烷類(lèi)可降低80%，CO2可降低30%，HC可降低70%。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)燃用天然氣時(shí)，冷啟動(dòng)性能良好，汽車(chē)大修里程可提高20%以上。由于天然氣在燃燒后不產(chǎn)生焦油，無(wú)積碳，潤(rùn)滑油不會(huì)被稀釋?zhuān)詸C(jī)油更換時(shí)間大大延長(zhǎng)，與燃用柴油（汽油）相比；可節(jié)約50%以上的維修費(fèi)用。

（4）天然氣是種高燃點(diǎn)的低密度氣體，在正常的溫度和壓力下，比之汽油不易發(fā)生燃燒和爆炸，安全性較好。

（5）天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率較高，特別在直噴式柴油機(jī)上用天然氣進(jìn)行雙燃料運(yùn)行時(shí)，在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)與柴抽機(jī)的熱效率不相上下。

4天然氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料的主要缺點(diǎn)：

（1）天然氣是一種低密度的氣體燃料若采用缸外混合方式，則會(huì)減少進(jìn)入氣缸的空氣量，其充氣效率就比液體燃料降低10%左右。

（2）天然氣密度低，不易貯存，需專(zhuān)用的燃料儲(chǔ)運(yùn)和供給系統(tǒng)。燃料天然氣必須壓人高壓氣瓶?jī)?nèi)，或經(jīng)強(qiáng)冷（-161C）使之變成液態(tài)再儲(chǔ)存在特制的外部具有高絕熱層的氣瓶?jī)?nèi)。

（3）天然氣的熱值按容積計(jì)比柴油和汽油低，據(jù)估算，1.7升的液化天然氣的熱值約相當(dāng)于1升柴油的熱值。因此在同等負(fù)荷下行駛同等里程，液化天然氣的容積消耗最大約為柴油機(jī)的2倍。

5天然氣在柴油機(jī)上的應(yīng)用——雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在柴油機(jī)上燃用天然氣已得到庇理發(fā)展。雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)只增加供氣系統(tǒng)，柴油機(jī)結(jié)構(gòu)不必作較大的改變。天然氣和空氣一起進(jìn)人氣起，由噴油系統(tǒng)噴射少量的柴油引燃天然氣混合氣體。

當(dāng)前轎車(chē)、公共汽車(chē)和重型卡車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所用的代用燃料系統(tǒng)中，雙燃料柴袖機(jī)逐漸成為應(yīng)用潛力巨大、日益引人注目的選擇對(duì)象。美國(guó)加利福尼亞圣地亞哥的Clean Air Partners公司最近為重型汽車(chē)研制了幾種柴油機(jī)（包括康明斯L10和Navistar公司DT146）用的雙燃料轉(zhuǎn)換裝置，它使用起來(lái)比較容易，因?yàn)椴裼秃腿細(xì)怆娮涌刂频挠?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用的是同一種控制邏輯，兩個(gè)裝置在每一個(gè)工作循環(huán)中的燃料噴向每一氣缸時(shí)，都使用脈沖寬度調(diào)制過(guò)的同步邏輯信號(hào)，簡(jiǎn)化了所滿的軟件信息交流。

應(yīng)該指出由柴油機(jī)改裝的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)功率比原來(lái)的柴油機(jī)要有所下降，最大功率下降可達(dá)8-24%，因此如何提高天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)是今后研究的重點(diǎn)。目前主要手段是進(jìn)氣加氧、缸內(nèi)高壓噴射液態(tài)天然氣以及采用增壓和增壓中冷技術(shù)。

除了重點(diǎn)進(jìn)行功率恢復(fù)的研究外，國(guó)內(nèi)外還正在對(duì)天然中發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行燃燒特性、關(guān)鍵零部件、既輕又安全的氣罐以及稀燃技術(shù)方面進(jìn)行深人研究。

可以預(yù)見(jiàn)，隨著技術(shù)的改進(jìn)和性能的提高，再加上輸氣管路和補(bǔ)充設(shè)備（如加氣站）的進(jìn)一步網(wǎng)絡(luò)化完善，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)更加廣物的前景。

參考文獻(xiàn)

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