LNG发动机的动力特性

LNG载货汽车采用直列、水冷、四冲程发动机，并加装水冷式涡轮增压器。LNG发动机外形如图1-4所示。与柴油发动机相比，在重载上坡时柴油发动机的爆发能力强于LNG发动机，柴油发动机做功时产生的热效率高，因此，LNG发动机的动力性稍差于柴油发动机；在平坦路面上行驶时，LNG发动机动力性与柴油发动机差异不大。LNG发动机动力性优于汽油发动机。

LNG发动机配装载货汽车时，往往动力性表现比柴油载货汽车稍差，其主要原因如下：

1)由于天然气的主要成分甲烷的火焰传播速度比柴油低，使LNG发动机总燃烧期增长，造成气缸内压力和温度上升缓慢，导致LNG发动机的爆发压力稍差。

2)以天然气作为燃料，燃料本身的体积在整个进气中占有较大的比例，导致进入气缸的进气量减少，充气系数下降，与柴油发动机相比空燃比相应减小。

3)天然气与空气形成的混合气热值比柴油与空气形成的混合气热值低10.5%。

具体表现在：LNG载货汽车与柴油载货汽车相比，在同一档位、同一载质量情况下，爬长坡时其动力略显不足，必须降一档上坡。但在平坦路面上行驶时，其动力与柴油载货汽车基本相当。

图1-4 LNG发动机外形

1.发动机的动力性指标

1)有效功率：指发动机通过曲轴或飞轮对外输出的功率，通常用尸。表示，单位为kW。有效功率等于有效转矩和曲轴转速的乘积。发动机的有效功率可在专用的试验台上用测功器测定，测m有效转矩和曲轴转速，然后用下面公式计算m有效功率：

P_e=M_en/9545.45式中，Mp为有效转矩，单位为N.m;n为曲轴转速，单位为r/mln。

发动机的有效功率往往是指发动机产品铭牌上标明的功率，称为额定功率，此时相应的曲轴转速也称为发动机的额定转速，或者称为发动机的最高转速。

2)发动机的有效转矩M_eLNG发动机、柴油发动机、汽油发动机表示方式均相同。发动机通过飞轮输出传递给变速器再传给汽车驱动桥的转矩，称为发动机的有效转矩。由于发动机在运行中，在不同的转速下会产生不同的转矩，所以衡量发动机的转矩时，往往以发动机的最大转矩来表征发动机输出动力的优劣，而发动机的最大转矩转速区域，往往是在汽车的经济车速区域内。(www.xing528.com)

M_e=P_e×9545.45/n式中，P_e为有效功率，单位为kW；n为曲轴转速，单位为r/min。

LNG发动机的输出转矩与发动机燃烧时的工作压力、LNG供气系统的工作压力、混合气的混合质量密切相关。若LNG供气系统的压力较小，则会造成天然气供气不足，发动机燃烧时不能产生相应的有效转矩。

LNG发动机混合气质量不好，也会造成发动机燃烧不充分，从而影响发动机有效转矩的大小，而混合气质量的好坏，又与发动机供气系统压力有直接的关系。发动机供气压力较小，使进入混合器的气态LNG密度不够，与经空气滤清器过滤后的洁净空气混合后，形成的空燃比不能达到LNG发动机燃烧做功所需要的密度，造成LNG发动机输出有效转矩偏小。

保持LNG供气系统足够的压力，是保证LNG发动机达到额定有效转矩的重要条件之一。

发动机通常在部分负荷下工作，汽车行驶中常用的最大转矩，就是发动机在部分负荷状态下工作时发出的有效转矩。

2.发动机的负荷特性

1）发动机的速度特性：发动机的速度特性是指发动机的性能指标N_e、M_e、g_e随发动机转速n变化的规律。其常用曲线表示，因此称为速度特性曲线。速度特性可以在发动机试验台上测得，在节气门开度保持不变时，用测功器对发动机曲轴施加一定数值的阻力矩。当发动机运转稳定时，即阻力矩和发动机发出的有效转矩相等时，可用转速表测出此时的稳定转速，同时在测功器上测出该转速下的有效转矩M_e，计算出有效功率P_e。另外还可测出消耗一定天然气所经历的时间，换算成每小时耗气量，然后计算出有效燃气消耗率g_e。改变测功器的阻力矩数值，重复上述过程，又可以得出一组n、M_e、P_e、g_e，这样重复若干次，就可以得到一系列的n、M_e、P_e、g_e，然后根据这些数据，以转速n为横坐标，以性能指标M_e、P_e、g_e为纵坐标做出三条曲线，即为相对应于该节气门开度的速度特性曲线。

2）发动机的外特性：节气门全开时的速度特性叫发动机的外特性，节气门不全开在其他任意位置所得到的速度特性称为部分特性。发动机的外特性代表了发动机所具有的最高动力性能。

发动机的动力指标经常用速度特性、万有特性或外特性来表示，图1-5所示是LNG载货汽车所用WP10NG336E40天然气发动机的外特性曲线，其中曲线左边纵坐标表示发动机的有效转矩，单位为N·m，曲线右边纵坐标表示发动机的有效功率和燃气消耗，单位分别为kW和g/kW·h，曲线下边坐标表示发动机的转速，单位为r/min。

图1-5 WP10NG336E40天然气发动机外特性曲线