LNG汽车天然气发动机结构及工作原理
天然气发动机基本结构及工作原理
• 曲轴的止推由两个半圆型止推轴承来实现，它们分别在主轴承轴鞍的
• 主轴瓦表面由巴氏合金薄层附带一个铜锡合金垫圈组成，如果20%以
飞轮
飞轮是由一块铸铁大圆盘和钢制齿圈 组成，作用是将在作功行程中由曲轴输入 的能量的一部分贮存起来，用以在其他行 程中克服阻力，带动曲柄连杆机构越过上、 下止点，使曲轴的旋转角速度和输出扭矩 尽可能均匀，提高发动机运转的稳定性， 并使发动机有可能克服短时间的超载荷。 在飞轮上通常刻有第一缸点火正时标记， 以便校准点火时间。
活塞组
活塞组的作用是与缸头和缸套共同组成所需 形状的燃烧室；保证气缸内部空间的密闭性，承 受气缸内气体的压力，并将此压力通过活塞销和 连杆传给曲轴，变活塞往复运动为曲轴旋转运动。 活塞直接与高温、高压燃气接触，而且又作高速 往复运动，因此要求活塞的材料应具有良好的导 热性和较小的膨胀系数，且在具有足够强度的同 时尽可能减轻质量，同时要求活塞还应具有良好 的耐磨性。活塞组是发动机中工作条件最严酷的 组件，发动机的活塞通常是由特殊的合金材料铸 造而成。
曲轴
曲轴由优质合金钢制成。曲轴的前端 用于驱动辅助设备，并安装有一个扭转减 振器；曲轴的后部有一个整体锻造的法兰， 法兰上连接有飞轮。曲轴上装有甩油环和 迷宫密封用来防止润滑油沿轴向泄漏。曲 轴上还装有齿轮，用于驱动正时齿轴
• 曲轴内设有油道，润滑油可通过油道到达主轴瓦轴颈，再通过曲轴油
2、配气机构
配气机构是按照发动机各气缸的工作顺序和 配气相位完成换气过程的控制机构。配气机构应 尽量保证发动机各气缸的换气充分，使发动机具 有良好的动力性能；特别在高速运转时应尽量减 少振动和噪音。配气机构可从不同角度来分类。 按气门的布置分为气门顶置和气门侧置式；按凸 轮轴的布置位置分为下置式、中置式和上置式； 按曲轴和凸轮轴的传动方式分为齿轮传动式、链 条传动式和齿带传动式；按每气缸气门数目分， 有二气门式和四气门式等
lng发动机工作原理
lng发动机工作原理
长乘发动机（简称"LNG发动机"）是一种基于液化天然气燃料的内燃机。
它采用了与传统汽油或柴油发动机类似的工作原理，但具有许多不同之处。
LNG发动机的工作原理是通过将液化天然气燃料引入燃烧室中，与空气混合并点火燃烧。
液化天然气（LNG）是将天然气冷却至极低温度（约-162°C）而得到的液态形式。
在燃烧过程中，液化天然气被加热，转变为气态，然后与进入燃烧室的空气一起发生燃烧。
与传统的汽油或柴油发动机相比，LNG发动机具有以下几个显著优势。
首先，由于液化天然气具有高储量能密度，使得车辆可以携带更多的燃料，从而延长了行驶里程。
其次，LNG 是一种相对清洁的燃料，其燃烧排放的二氧化碳（CO2）和氮氧化物（NOx）等污染物较低，有助于改善环境质量。
此外，LNG发动机还具有噪音低、震动小等特点，提升了车辆的驾乘舒适性。
LNG发动机的工作原理关键在于能够将液化天然气燃料快速转化为气态燃料，并与空气混合后进行燃烧。
为了实现这一过程，发动机通常配备了一套液化天然气供应系统，包括燃料储罐、输送管道和喷射喷嘴等。
总之，LNG发动机利用液化天然气作为燃料，通过与空气混合并点火燃烧，实现了车辆的动力输出。
它具有环保、高效、
能源储备丰富等优点，在汽车、船舶和工程机械等领域有着广泛应用前景。
潍柴天然气发动机培训资料之三结构及工作原理.pptx
安全性: 燃气需要电磁阀控制燃气的开断
混合器
气瓶
切断阀
滤清器
稳压器
热交换器
节温器
FMV燃料计量阀
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天然气发动机结构特点（燃气供给系统示意图）
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天然气发动机燃气供给系统（滤清器）
✓最大工作压力：35bar
✓流量：85m3/h@100psig
✓工作温度：-40℃～107℃ ✓压降：6.9kPa ✓0.3μm～ 0.6μm过滤效率 ≥95%。 ✓放水口朝下 ✓注意箭头所指的气流方向 ✓每3000km放一次水
热交换器的作用： 天然气从液态变为气态 导致燃气温度大幅降低，通过发动机的 冷却液给天然气进一步加热，可防止进 入燃料计量阀前的燃气结晶，以免影响 燃料计量阀性能。
结构：换热器采用叉流结构以避免因燃气 过冷和冷却液过热时导致的热冲击。
性能：在冷却水温高于0度的发动机所有工 况，热交换器能保证燃气始终高于-40 ℃。冷却水温高于82C时燃气温度高于 0度。
冷却水接口
采用加大流量水冷增压 器 1、水流量加大； 2、通过冷却水冷却机油 降低增压器温度
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天然气发动机结构特点（燃气供给系统）
燃气供给系统的作用:
压力管理: 气罐压力混合器前极低压力
温度控制: 极低温度的燃气将冻结管路和部件，系统件 有效加热并控制燃气温度在合理范围内
传感器: 提供稀燃燃烧需要的燃气温度信息，精确控制 喷嘴喷射量.
3、最高爆发压力为10Mpa，对曲轴及轴瓦的磨损更低。
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天然气发动机结构特点（专用活塞环）
优点： 1、刮油量大 2、耐磨性能好 3、传热性能好
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lng燃气发动机工作原理
lng燃气发动机工作原理
LNG（液化天然气）燃气发动机是一种利用液化天然气作为
燃料的发动机。
它的工作原理可以简单描述如下：
1. 压缩：液化天然气储存在气态气瓶或储罐中，当需要使用时，液化天然气首先通过泵系统被抽取出来，并通过管道输送至发动机。
在输送过程中，液化天然气被压缩到较高的压力，通常为100-300 bar。
2. 储气罐：在发动机附近的储气罐中，被压缩的液化天然气进一步储存，以备发动机的使用。
储气罐既可以是高压储罐，也可以是低温储罐。
3. 进气：储气罐中的液化天然气经过减压阀降低压力，然后通过进气阀进入气缸内。
4. 点火：与其他内燃机相似，燃气发动机需要点火来引燃混合气体。
点火系统发送火花给燃气发动机，引燃入气的液化天然气。
5. 燃烧：点火后，混合气体在气缸内燃烧。
由于液化天然气是高能量燃料，燃烧过程十分高效，可以提供更高的功率输出。
燃烧产生的高温高压气体推动活塞向下运动。
6. 排气：排气因其高压将其推出，通过排气阀将燃烧产物排出气缸，以完成一次工作循环。
需要注意的是，LNG燃气发动机相较于传统的汽油或柴油发动机具有更高的热值，更为清洁环保，且减少了温室气体排放和颗粒物排放，是未来可持续能源发展的重要方向。
天然气发动机结构及工作原理
潍柴天然气发动机之发动机结构及工作原理1 / 51天然气的成分主要成分是甲烷，易于完全燃烧，比空气轻，泄露后迅速飘散大气中，安全性好。
作为车载能源，主要有以下两种贮存形态：1、CNG-Compressed natural gas 压缩天然气:气瓶内充满气时一般为20Mpa,2、LNG-Liquefied natural gas 液化天然气：在常压下、温度为-162度的天然气变为液态。
2 / 51燃料种类常态下密度kgm 沸点℃天然气(CH4) LPG580柴油(C16H34为代表) 汽油(C8H18为代表)-3 0.75~0.8(气态) 830170～35014.3：142.50 720～750 30～190 14.8：1 43.90-161.5 17.2：1 49.81 130 -100理论空燃比(kg/kg)低热值 MJ(kg) -1 45.9辛烷值(RON) 十六烷值100~110 23～3040～601.58～8.225080～9927 0燃烧极限(体积) % 自然温度(常压下)T ℃闪点℃5～156501.5~9.54501.3～7.6390～42060-43 -187其中：辛烷值:指与汽油抗爆性相同的标准燃料所含异辛烷的体积分数.低热值:指1立方米燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量.3 / 51天然气的安全性：1）天然气在压缩（液化）、储运、减压、燃烧过程中,都是在严格密封的状态进行，不易泄漏；2）天然气比空气轻（密度为空气密度的55％），如有泄漏，在高压下很快散失，不易着火；3）天然气的着火点为650～750℃，比汽油高约260℃，4）爆炸极限5～15%，比汽油的1～6%高2.5～4.7倍，与汽油相比不易发生燃烧和爆炸。
4 / 51第一代天然气发动机使用非增压预混合技术。
技术特点:1、文丘里式混合器进气总管混合；2、机械式节气门控制；3、空燃比闭环控制；4、理论空燃比燃烧。
LNG汽车的工作原理、特点以及与其它燃料汽车的对比分析
LNG汽车的工作原理、特点及与其它燃料汽车的对比一、工作原理关于LNG城市客车的工作原理，首先是储存液化天然气的专用气瓶，正常的工作压力为小于，工作温度为-162℃。
以下为LNG客车的工作原理简图：回水态工作原理示意图首先在车辆启动前，先将主安全阀门打开，液化气瓶内的液体通过气瓶自身的压力，将液体释放到汽化器中。
正常情况下使用气瓶时最小工作压力不能低于0.65Mpa，否则会出现发动机供气不足、动力性下降，并且导致催化转化器烧结等现象。
由于汽化器是通过发动机冷热水来对低温液体进行加热，所以经过汽化器的液态天然气被汽化成气态天然气。
汽化器安装时应注意安装在靠近发动机进气管和振动较小的位置，不能直接安装在发动机上，同时要注意汽化器安装的位置不能高于发动机散热器的顶部，否则会导致加热水不能流经汽化器，汽化器结冰冻裂。
当气体通过调压器时，该系统采用电控调压方式来控制天然气量，安装时应保证电控调压器天然气出口离混合器进气口距离应控制在500mm以内，最后天然气与空气在混合器中混合，从而提供给发动机燃料。
燃烧后的气体经过催化转化器排到大气中，由于有污染的气体在催化转化器中参与化学反应，最终排到大气中的只是碳氢化合物。
二、LNG汽车的系统匹配1．LNG钢瓶的匹配，因LNG为在-162℃低温储存，故要求钢瓶要有良好的保温性能，因此需要钢瓶为双层真空结构，为了保证钢瓶真空层长期处于真空状态，且具有更好的保温性能，要求在钢瓶内胆上缠绕保温材料，并增加吸附装置，吸附真空层中残留的空气。
2．因汽车用钢瓶储存LNG液体的压力约在0.65Mpa左右，而LNG钢瓶的最大承受压力约为2.86Mpa。
当钢瓶内的LNG燃料长期不用时，会出现气化的现象，为保证钢瓶的安全性，必须设置安全阀。
3．发动机外的供气系统与发动机之间的匹配问题，将直接影响到发动机的性能及使用的可靠性。
发动机要求的燃料供气压力为0.65Mpa，且要求能稳定的供气，供气温度在20℃-50℃。
天然气发动机工作原理
天然气发动机工作原理
天然气发动机是一种利用天然气作为燃料的内燃机，它与传统的汽油发动机相比，具有环保、经济、效率高等优点。
那么，天然气发动机是如何工作的呢？接下来，我们将详细介绍天然气发动机的工作原理。
首先，天然气进入发动机后，经过压缩。
在天然气发动机中，气体需要被压缩到很高的压力才能达到燃烧所需的条件。
这一过程通常是由发动机中的压缩机来完成的。
压缩机将气体压缩后送入气缸内，为燃烧创造条件。
接着，天然气与空气混合后，进入气缸进行燃烧。
在气缸内，天然气与空气混合后，通过高压火花塞点火，燃烧产生高温高压的燃气。
这些燃气的高温高压状态使得活塞向下运动，驱动曲轴转动，从而产生动力。
随后，燃气通过排气门排出。
在燃烧完毕后，燃气通过排气门排出气缸，进入排气系统。
排气系统通过排气管将废气排出，同时排气门关闭，为下一个工作循环做准备。
最后，曲轴转动带动传动系统工作。
曲轴是天然气发动机中的一个重要组成部分，它将活塞的上下运动转化为旋转运动，从而驱动发电机或者汽车的动力系统工作。
总的来说，天然气发动机的工作原理是通过压缩、燃烧和排气等环节完成燃料的能量转化，最终驱动发电机或者汽车等设备工作。
相比传统的汽油发动机，天然气发动机具有更清洁、更经济的特点，是未来发展的趋势。
天燃气发动机工作原理
天燃气发动机工作原理
天然气发动机是一种使用天然气作为燃料的内燃机。
它的工作原理可以分为四个主要步骤：进气、压缩、燃烧和排气。
1. 进气：在进气冲程中，活塞朝下移动，气门打开，进气门会打开，使混合气通过进气道进入气缸。
2. 压缩：在压缩冲程中，气门关闭，活塞朝上移动，将混合气体压缩成较小的体积。
这个过程会使混合气体的压力和温度都升高。
3. 燃烧：在燃烧冲程中，活塞接近顶点时，高压天然气被喷射到气缸中，同时火花塞产生火花引燃混合气体。
燃烧时，天然气和空气混合产生火焰，推动活塞向下运动。
4. 排气：在排气冲程中，活塞朝上移动，气门打开，排气门打开，废气通过排气道排出气缸。
这四个步骤会不断重复，带动活塞的运动，从而驱动发动机的工作。
天然气发动机相对于传统汽油发动机来说，它的燃烧过程中产生的废气中有更少的碳氧化物和氮氧化物排放，因此更环保。
此外，天然气发动机还具有压缩比高、燃烧效率高、噪音低等优点。
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6、采用防喘振技术，发动机大负荷急松脚踏板时，ECU根据减速信号，激活燃料切断功能，
在切断燃料供给的同时，电子节气门保持一定的开度，消除了因节气门关闭而引起增压器喘 震的可能性。 7、增压器带废气控制阀，采用电控放气。
8、具有超速保护功能。
9、电钥匙打开后，如果没有转速信号，燃气管路的电磁阀会自动关闭。 10、具有故障自我诊断功能。
燃气控制系统
减压器
CNG发动机专用部件，将压缩天然气压 力由存储状态调节至8 bar左右。 天然气从高压变低压的需要吸收大量的 热量，有一水腔，与发动机水路相连，利 用发动机的冷却液加热。 平衡管接头，与发动机进气管连接，可 以动态调节出口压力，提高燃气供气系统 的反应速度。 电磁阀，燃气管路上的安全开关，控制 天然气的通断。
天然气发动机技术特点
潍柴天然气发动机主要采用美国伍德沃德公司 OH2.0系统，主要技术特点如下： 1、采用电子脚踏板，改善了发动机的驾驶性能。 2、燃气喷射、点火角度、空燃比、发动机负荷全部采用电控单元 ECU控制。ECU根据电子脚 踏板输出的电压信号，确定电子节气门的开度，再根据发动机负荷、发动机转速、进气压力 、燃气压力和温度等参数计算燃气喷射量，确定点火角度。 3、发动机稳定运行时采用闭环控制，使实际空燃比和理论空燃比一致。 4、燃气进气方式为电控单点喷射，供气及时、停气干脆。 5、具有加速加浓功能。
130
5～15
23～30
1.58～ 8.2
80～99
1.3～ 7.6 390～ 420
650
250
天然气的特性
作为车载能源，主要有以下两种贮存形态： 1)CNG:压缩天然气 气瓶内充满气时一般为20Mpa（即200bar)。 存储压力很高。 天然气因生产区域不同，成分可能不同，若 差别较大，需根据CNG气质成分表调整ECU数据。
蒸气密度/ （kg/m3）
沸点℃
0.750.8
-162
如有泄漏，很快散失，不易着火；
3）天然气的着火温度为650℃，比汽油高 约260℃。 4）天然气燃烧范围比较窄，在5％～15％ 之间，天然气的燃烧下限明显高于其他燃 料： 柴油：1.58％， 汽油：1.3％。
理论空燃 17.2： 比(kg/kg) 1 辛烷值 (RON) 燃烧极限( 体积) % 自然温度( 常压下)T ℃
节温器
作用：保持出口燃气在0-40 ℃ 左右， 当燃气出口温度> 60 ℃ 时会导致燃气流 量的减少。 性能：燃气温度超过40℃，30秒钟内关 闭,燃气温度低于10℃，30秒钟内开启。 注意事项：节温器的开启与关闭受燃气 温度控制，冷却液进口处有“IN”标记， 出口处有“OUT”标记，不能接反。 工作压力： 燃气：10bar 冷却液：3.5bar
燃气控制系统
燃料计量阀（FMV） 混合器
作用： 根据发动机运行工况，电控单元ECU调整 燃料计量阀喷嘴脉宽占空比，控制燃气喷射量，保 证发动机在设定的空燃比下运行。 结构： 喷嘴：FMV 配臵8 /10/12个喷嘴，根据需要配 臵不同的机型。分成2 组平行布臵，每个喷嘴一个 驱动器，在正常喷射模式下，喷嘴依次轮流喷射， 在某些变工况下，喷嘴同时喷射以加快系统反应速 度。喷嘴工作电压16V-32V，峰值电流是4A，维持 电流是1A；注意喷嘴线束一定要插紧。 燃气压力传感器NGP ：测量 燃气压力，反馈给 ECU 燃气温度传感器NGT ：测量燃气温度，反馈给 ECU。 维护保养： 使用一段时间后，需要清洗，清洗时使用专门 的清洗设备，并且应用诊断软件中专门的清洗功能。 按《潍柴燃气发动机喷嘴清洗规范》操作。
ECU电控单元
ECU 电控单元是计算机管理中心，它以信号（数 据）采集为输入，经过计算处理、分析判断、决定 对策，然后发出控制指令、指挥执行器工作作为输 出，同时给传感器提供稳压电源或参考电压。
电源和接地 ECU输出两个5 V 电源给传感器供电， 两电源相互独立。 注意：如果5v电源 短路，会导致许多 系统错误。 ECU输出一专门接 地给传感器。
目 录
一、天然气的特性
二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统
◆平衡管接头需固定，防止漏气，否则可导致
动力不足。WP5NG/WP6NG/WP7NG 系列发动机不 需安装平衡管； ◆出气口方向不能向上，底部不能向上，防止 燃气中的油污倒流。 ◆保证加热良好。特别在寒冷季节，发动机刚 启动时水温较低，此时应怠速运行一段时间后 才能加速运行，防止发动机大负荷工作需要的 燃料流量大，需要吸收的热量多，供热不及时 导致减压器结霜或结冰。
天然气的特性
安全性
天然气、柴油、汽油比较
1）天然气在压缩（液化）、储运、减压、 燃烧过程中, 在严格密封的状态进行，不 易泄漏； 2）天然气密度在426-470kg/m3之间，比 空气轻，易挥发，不易聚集，安全性能好。
燃料种类
天然气
柴油 3.4 170～350 14.3：1
汽油 ≥4 30～190 14.8：1
作用： 将天然气和中冷后的空气充分 混合，使燃烧更充分、柔和。有 效降低NOx排放和排气温度。 结构：
采用喉管和十字叉结构，天然气
从小孔中进入混合器。 维护保养： 喉管和十字叉小孔定期拆卸清洗
或用化油器清洗剂冲洗。
进气控制系统
氧传感器
作用：测量排气成分中氧分子浓度，将信号传递给ECU， ECU依此判断混合气实际 空燃比相对于设定值稀或浓，控制喷气量增或减，从而修正空燃比，使实际空燃 比与设定空燃比相符。是稀薄燃烧闭环控制传感器。 注意事项： 安装在排气管上，离增压器出口3～5倍排气管直径的地方。氧传感器不能安装 在排气管弯管处。 安装在排气制动（若有）后方。 氧传感器线束端外包隔热罩，氧传感器线束及接插件尽量远离排气管，防止烧 结。 氧传感器螺座高度小于10mm，优先考虑竖直安装，允许与竖直方向角度偏差不 超过30°，以防止排气管中的冷凝水氧传感器头部凝聚，造成传感器失效 。
2）LNG:
液化天然气
在常压下、温度为-162度的天然气变为液态。 通常条件下，1个体积的LNG将产生600个体积的 气体。因此，LNG适用于长途运输和储贮。 LNG接触到皮肤时，可造成与烧伤类似的灼伤。 从LNG中漏出的气体也非常冷，并且能导致灼伤。
LNG储存特性 隔热保冷:保持真空; 分层:长时间停放时,隔几天启 动车辆。
燃气控制系统
燃气滤清器
作用： 过滤燃气中的杂质，可过滤燃气中0.3μm ～ 0.6μm的微粒，过滤效率≥95%。 ◆技术参数： 使用温度：-40～107℃ 最大使用压力：35bar ◆安装： 放水口朝下，按箭头所指的气流方向安装 ，切记不能装反。 保养 按《潍柴燃气发动机燃气滤清器滤芯更换 规范》要求保养： 例行检查时排污。 在一级保养时检查更换滤芯。 注意：燃气滤清器排污需在系统压力释放 后进行。
LNG发动机工作原理图
进入诊断页面后，点击Connect。
选择对应的COM端口号。（端口号查 询方法见上页）
点击Connect。
CNG发动机工作原理图
目 录
一、天然气的特性
二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统
四、进气控制系统 五、尾气处理系统 六、点火控制系统 七、水循环系统
燃气控制系统
高纯度的天然气是无色、无味、无毒、无腐蚀性、易燃、易爆的气体。为防 止泄露时易于觉察，在天然气中添加了加臭剂。
燃烧速度：是火焰在可燃气体混合物中的传递速度。燃烧速度也称为点燃速度或 火焰传播速度。天然气的燃烧速度比较低，其最高燃烧速度只有 0.3m/s。因此天 然气燃烧后排温高，需对排气系统部件进行强化。
3、抗爆性能好
燃烧 特点
爆震是一种不正常的燃烧。长时间爆 震会导致发动机系统损坏 ，动力性、经 济性将急剧恶化，爆震主要因素包括： 机油消耗过大，或过多积炭； 燃料过浓或品质差 ； 进气温度过高； 增压压力过高； 点火定时不准。
4、燃料喷射闭环控制。 氧传感器对排气进行测量反馈给ECU， 控制燃料供给，保持目标空燃比。
点火方式
压缩比
17
相位转速信号 采集
燃料空气混合 排温 国IV后处理装 置 电控系统
信号发生器（相位传感器）
混合器、节气门 高 增压器、排气管、进排气门座等优化 催化转化器 目前为美国伍德沃德系统
油泵及飞轮
无 低 SCR后处理系统 国Ⅲ以上发动机采用BOSCH
天然气发动机的燃烧特点
1、空燃比精确控制，空气进气量决定燃 气量 进气调节能力决定发动机性能； 增压低，系统中不能通过增加燃料来提 升动力，否则 •爆震； •排放恶化； •经济性变差 2、采用稀燃技术。 天然气理论空燃比:16-17，混合气中的天 然气浓度小于理论空燃比。 稀燃优点： 经济性好，排放性能好，热负荷小 稀燃注意事项： •需高能长时间点火和小的火花塞间隙； •失火极限<混合气浓度<爆震极限 •高的空气湿度易导致失火
减压器出水管
平衡管接头 减压器出气口 减压器泄压口
减压器进水管
高压电磁阀
减压器进气口
燃气控制系统
热交换器
作用：利用发动机的冷却液给天然气进 一步加热，防止进入燃料计量阀前的燃气 结晶。 结构：热交换器采用叉流结构以避免因 燃气过冷和冷却液过热时导致的热冲击。 •性能：在冷却水温度高于0度的时，热交 换器能保证燃气温度始终高于-40 ℃。冷 却水温高于82C时燃气温度高于0 ℃ 。 相关参数： •天然气入口温度：-115℃-120℃ •天然气出口温度：-40℃-120℃ •可承受压力： 天然气：90bar 冷却液：4bar
喷射燃 料计算
气罐压力混合 器前极低压力
压力 管理 燃气供给系 统作用
温度 控制
有效给燃气加热并控制 燃气温度在合理范围内
提供给ECU燃气温 度和压力信息
传感器 测量
安全 管理
清洁