環(huán)境保護與天然氣發(fā)動機的應(yīng)用趨勢

丘壽勇

摘 要 隨著全球氣候變暖，環(huán)境保護成為世界各國重點突出的問題。當今世界，汽車使用普及，但是汽車造成的環(huán)境污染越來越嚴重，怎樣保護環(huán)境成了當今社會頭等大事。

關(guān)鍵詞 天然氣 環(huán)境保護 發(fā)動機

中圖分類號：U464.174 文獻標識碼：A

由于全球石油資源日趨減少和各國排放法規(guī)的日益嚴格，以及隨著天然氣資源的不斷開發(fā)，天然氣發(fā)動機在許多國家得到了廣泛的推廣和應(yīng)用。天然氣的突出優(yōu)點是燃燒非常完全.排出的廢氣十分清潔，能滿足越來越嚴格的排放法規(guī)要求，對凈化環(huán)境頗為有益，而且天然氣資源豐富，價格低廉，因此它是一種大有發(fā)展前途的內(nèi)燃機替代燃料，除了新設(shè)計外，還可更經(jīng)濟和更快地將原柴油機改裝成天然氣發(fā)動機，特別是雙燃料發(fā)動機。

1廢氣污染的危害

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

廢氣在太陽光紫外線作用下產(chǎn)生化學反應(yīng)，還能生成“光化學煙霧”，它會損害人的心臟肺，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)。這也會引起一系列的災(zāi)難。

燃油中未燃燒的SOx和NOx會造成酸雨，從而污染水域、破壞土壤、毀壞森林，造成魚類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)動機

地球環(huán)境問題已引起世界各國的共同關(guān)注，美國、歐洲、日本都已制定了非常苛刻的內(nèi)燃機排放法規(guī)。

為滿足這些排放法規(guī)的要求，人們積極開展研究和開發(fā)工作，如改進發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，共軌噴油系統(tǒng)、電子控制、采用各種后處理措施、采用替代動力、替代能源等。

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

3天然氣及其優(yōu)缺點

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)點如下：

（1）H/C值高達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)，進人發(fā)動機，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和非甲烷類可降低80%，CO2可降低30%，HC可降低70%。

（3）發(fā)動機燃用天然氣時，冷啟動性能良好，汽車大修里程可提高20%以上。由于天然氣在燃燒后不產(chǎn)生焦油，無積碳，潤滑油不會被稀釋，所以機油更換時間大大延長，與燃用柴油（汽油）相比；可節(jié)約50%以上的維修費用。

（4）天然氣是種高燃點的低密度氣體，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)動機的熱效率較高，特別在直噴式柴油機上用天然氣進行雙燃料運行時，在高負荷運行時與柴抽機的熱效率不相上下。

4天然氣作為內(nèi)燃機燃料的主要缺點：

（1）天然氣是一種低密度的氣體燃料若采用缸外混合方式，則會減少進入氣缸的空氣量，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，需專用的燃料儲運和供給系統(tǒng)。燃料天然氣必須壓人高壓氣瓶內(nèi)，或經(jīng)強冷（-161C）使之變成液態(tài)再儲存在特制的外部具有高絕熱層的氣瓶內(nèi)。

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

5天然氣在柴油機上的應(yīng)用——雙燃料發(fā)動機

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

當前轎車、公共汽車和重型卡車發(fā)動機所用的代用燃料系統(tǒng)中，雙燃料柴袖機逐漸成為應(yīng)用潛力巨大、日益引人注目的選擇對象。美國加利福尼亞圣地亞哥的Clean Air Partners公司最近為重型汽車研制了幾種柴油機（包括康明斯L10和Navistar公司DT146）用的雙燃料轉(zhuǎn)換裝置，它使用起來比較容易，因為柴油和燃氣電子控制的計算機控制系統(tǒng)使用的是同一種控制邏輯，兩個裝置在每一個工作循環(huán)中的燃料噴向每一氣缸時，都使用脈沖寬度調(diào)制過的同步邏輯信號，簡化了所滿的軟件信息交流。

應(yīng)該指出由柴油機改裝的天然氣發(fā)動機功率比原來的柴油機要有所下降，最大功率下降可達8-24%，因此如何提高天然氣發(fā)動機的充氣系數(shù)是今后研究的重點。目前主要手段是進氣加氧、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)。

除了重點進行功率恢復的研究外，國內(nèi)外還正在對天然中發(fā)動機進行燃燒特性、關(guān)鍵零部件、既輕又安全的氣罐以及稀燃技術(shù)方面進行深人研究。

可以預見，隨著技術(shù)的改進和性能的提高，再加上輸氣管路和補充設(shè)備（如加氣站）的進一步網(wǎng)絡(luò)化完善，天然氣發(fā)動機的應(yīng)用將會出現(xiàn)更加廣物的前景。

參考文獻

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