环境保护与天然气发动机的应用趋势

丘寿勇

摘 要 随着全球气候变暖，环境保护成为世界各国重点突出的问题。当今世界，汽车使用普及，但是汽车造成的环境污染越来越严重，怎样保护环境成了当今社会头等大事。

关键词 天然气 环境保护 发动机

中图分类号：U464.174 文献标识码：A

由于全球石油资源日趋减少和各国排放法规的日益严格，以及随着天然气资源的不断开发，天然气发动机在许多国家得到了广泛的推广和应用。天然气的突出优点是燃烧非常完全.排出的废气十分清洁，能满足越来越严格的排放法规要求，对净化环境颇为有益，而且天然气资源丰富，价格低廉，因此它是一种大有发展前途的内燃机替代燃料，除了新设计外，还可更经济和更快地将原柴油机改装成天然气发动机，特别是双燃料发动机。

1废气污染的危害

内燃机废气中含有约200种化学物质，其主要排放物对人类危害最大的是HC、NOx和CO，特别是排气颗粒，它是致癌物质。

废气在太阳光紫外线作用下产生化学反应，还能生成“光化学烟雾”，它会损害人的心脏肺，以及诱发红眼病咽喉炎、哮喘等疾病。

废气中的CO2及NO2破坏高空的臭氧层，引起温室效应。这也会引起一系列的灾难。

燃油中未燃烧的SOx和NOx会造成酸雨，从而污染水域、破坏土壤、毁坏森林，造成鱼类大量死亡及建筑物腐蚀损坏。

2降低排放新途径采用天然气发动机

地球环境问题已引起世界各国的共同关注，美国、欧洲、日本都已制定了非常苛刻的内燃机排放法规。

为满足这些排放法规的要求，人们积极开展研究和开发工作，如改进发动机的结构，共轨喷油系统、电子控制、采用各种后处理措施、采用替代动力、替代能源等。

其中，作为一 种替代能源发动机——天然气发动机，已被世人所重视。天然气发动机，既有环保功效，又有合理的资源配置，且价格低廉。有资料显示，世界石油资源日趋减少，全 球现查明的石油储或低只能再开采43年，而天然气的储藏量至少还能开来65年。我国即属天然大国，这为我国大量发展天然气发动机提供了资源条件。

3天然气及其优缺点

天然气是以甲烷（CH4）为主，只含少最乙烷（C2H6）、丙烷（G3H8）和丁烷（G4H10）。其主要优点如下：

（1）H/C值高达4左右，且有较高辛烷值（约为130），所以它不需加抗爆剂。

（2）天然气在常温下为气态，进人发动机，与空气混合均匀，燃烧完全，从而可大大降低CO.HC和NOx的排放，同时也改善了颗粒排放。燃用天然气与汽油相比，CO可降低70%，NOx和非甲烷类可降低80%，CO2可降低30%，HC可降低70%。

（3）发动机燃用天然气时，冷启动性能良好，汽车大修里程可提高20%以上。由于天然气在燃烧后不产生焦油，无积碳，润滑油不会被稀释，所以机油更换时间大大延长，与燃用柴油（汽油）相比；可节约50%以上的维修费用。

（4）天然气是种高燃点的低密度气体，在正常的温度和压力下，比之汽油不易发生燃烧和爆炸，安全性较好。

（5）天然气发动机的热效率较高，特别在直喷式柴油机上用天然气进行双燃料运行时，在高负荷运行时与柴抽机的热效率不相上下。

4天然气作为内燃机燃料的主要缺点：

（1）天然气是一种低密度的气体燃料若采用缸外混合方式，则会减少进入气缸的空气量，其充气效率就比液体燃料降低10%左右。

（2）天然气密度低，不易贮存，需专用的燃料储运和供给系统。燃料天然气必须压人高压气瓶内，或经强冷（-161C）使之变成液态再储存在特制的外部具有高绝热层的气瓶内。

（3）天然气的热值按容积计比柴油和汽油低，据估算，1.7升的液化天然气的热值约相当于1升柴油的热值。因此在同等负荷下行驶同等里程，液化天然气的容积消耗最大约为柴油机的2倍。

5天然气在柴油机上的应用——双燃料发动机

近年来，国内外在柴油机上燃用天然气已得到庇理发展。双燃料发动机只增加供气系统，柴油机结构不必作较大的改变。天然气和空气一起进人气起，由喷油系统喷射少量的柴油引燃天然气混合气体。

当前轿车、公共汽车和重型卡车发动机所用的代用燃料系统中，双燃料柴袖机逐渐成为应用潜力巨大、日益引人注目的选择对象。美国加利福尼亚圣地亚哥的Clean Air Partners公司最近为重型汽车研制了几种柴油机（包括康明斯L10和Navistar公司DT146）用的双燃料转换装置，它使用起来比较容易，因为柴油和燃气电子控制的计算机控制系统使用的是同一种控制逻辑，两个装置在每一个工作循环中的燃料喷向每一气缸时，都使用脉冲宽度调制过的同步逻辑信号，简化了所满的软件信息交流。

应该指出由柴油机改装的天然气发动机功率比原来的柴油机要有所下降，最大功率下降可达8-24%，因此如何提高天然气发动机的充气系数是今后研究的重点。目前主要手段是进气加氧、缸内高压喷射液态天然气以及采用增压和增压中冷技术。

除了重点进行功率恢复的研究外，国内外还正在对天然中发动机进行燃烧特性、关键零部件、既轻又安全的气罐以及稀燃技术方面进行深人研究。

可以预见，随着技术的改进和性能的提高，再加上输气管路和补充设备（如加气站）的进一步網络化完善，天然气发动机的应用将会出现更加广物的前景。

参考文献

[1] 张红光，郑轶，刘凯，王道静，田小飞，白明蕊，韩雪娇.车用天然气发动机启动过程的试验研究[J].内燃机工程，2010（03）.

[2] 张微.太平洋联盟公司新型多机组机车在规定地点亮相[J].国外铁道机车与动车，2015（04）.