LNG发动机经济性能指标

柴油发动机、汽油发动机通常用燃油消耗率来评价其经济性能。燃油消耗率是指单位时间内有效做功的燃油消耗比值，也就是发动机每发出1kW有效功率在1h内所消耗的燃油质量（以g为单位）。

LNG发动机则用燃气消耗率来表示、评价其经济性能。燃气消耗率是指单位时间内有效做功的燃气消耗比值，也就是发动机每发出1kW有效功率在1h内所消耗的燃气质量（以g为单位）。

1.LNG发动机的经济性评定

LNG发动机的经济性能指标，在发动机试验台架上用g/kW·h来表示，在实际载货汽车行驶中，往往用L/100km或者m³/100km来评价。燃气消耗率通常用G_t表示。

无论是柴油发动机、汽油发动机，还是LNG发动机，其燃油、燃气消耗率单位均为g/kW·h，计算公式都用下式表示：

g_e=1000×G_t/P_e

式中G_t为每小时的燃油消耗量，单位为kg/h；P_e为有效功率，单位为kW。

从上式可看出，有效燃气（油）消耗率越小，表示发动机曲轴输出净功率所消耗的燃气（油）量越少，其经济性越好。

燃气（油）消耗率一般有三种：额定功率燃气（油）消耗率、最大转矩燃气（油）消耗率、外特性最低燃气（油）消耗率。通常发动机铭牌上给出的有效燃气（油）消耗率是指外特性最低燃气（油）消耗率。

上述燃气（油）消耗仅仅是发动机在台架上测试衡量的指标，下面以柴油、LNG的热值来进行比较。

天然气低热值为36.22MJ/m³，0号柴油低热值为38.44MJ/L。如果不考虑燃烧效率，单从热值上来算，1m³天然气相当于0.942L柴油。虽然天然气的热值较高，但天然气与空气形成混合气的热值比柴油的混合气热值低约10.5%，这是功率下降的主要原因。天然气作燃料时，燃料本身的体积在整个进气中占有较大比例，因此导致进入气缸的空气量减少，充气系数下降。天然气主要成分甲烷的火焰传播速度比柴油低12%，使发动机总燃烧期增长，造成气缸内压力和温度上升缓慢，致使发动机动力下降。

根据LNG汽车运行数据统计，同排量发动机在使用天然气作燃料时，最高功率一般要下降10%～15%，1m³天然气进入发动机燃烧后产生的热值相当于0.75～0.8L柴油燃烧的热值。现在普遍水平为0.75L，即1m³天然气与0.75L柴油产生的动力相当（1L柴油相当于1.3m³天然气，1m³天然气相当于0.626kg柴油）。

LNG气体与柴油热值比较见表1-2。从表1-2可看出，LNG气体比柴油热值略低。对两种燃料热值进行比较，有助于行驶里程燃料的换算，这对于载货汽车续驶里程的确定十分重要。

因此，不同气源地LNG气体与柴油热值、重量换算值不一样（不考虑不同发动机的影响）。通常说的1：0.75到1：0.8的前提，是以天然气热值36.22MJ/m3、柴油热值38.44MJ/L为基础。

表1-2 我国主要气源地LNG与柴油的热值及重量换算关系(www.xing528.com)

注：LNG气源地不同，热值和组分也不同。内蒙古、山西、宁夏等地生产的LNG热值普遍较低，与进口LNG及广汇/北海生产的LNG相比，每1m³热值低10%以上，宁夏与上海比较热值最大差20%。即使同一气源地不同时段的LNG热值和组分也有变化，这是因为环境温度的差异所致（环境温度高，单位体积里气体密度小）。

2.LNG发动机的经济性综合评定

除去上述燃气消耗率表示方法外，实际上LNG发动机经济性能指标的优异性，还在于LNG发动机的价格比柴油发动机、汽油发动机低，而且LNG的价格也比柴油、汽油价格低很多（地区不同，价格差异也不相同）。以金华青年JNP4250N LNG载货汽车（牵引汽车）和金华青年JNP4250N柴油载货汽车（牵引汽车）相比较，同一类载货汽车在相同的载质量、行驶同一路线（相同路况）的情况下，仅仅计算燃料经济效益，每100km就可节省燃料费用30%左右，其燃料消耗对比见表1-3。

表1-3 LNG载货汽车、柴油载货汽车100km耗气量试验数据

对于JNP4250N LNG牵引载货汽车、JNP4250柴油牵引载货汽车进行燃气消耗、燃油消耗经济性道路对比试验，试验路线在山东寿光地区进行，行驶路况为上坡、下坡、平坦路面、建筑崎岖工地，除建筑崎岖工地路况较差外，其余均为柏油路面。平均载荷为120-140t，运输货物为建筑所用泥沙、泥土等材料。

JNP4250N LNG牵引载货汽车试验里程643km，消耗燃气308kg，燃气消耗47.9kg/100km，燃气价格5.7元/kg，100km燃气耗费用273元。

JNP4250柴油牵引载货汽车试验里程255km.消耗燃油161L.燃油消耗63.13L/lOOkm，燃油价格6.58元/L，100km燃油耗费用415.39元。

对比上述试验结果：JNP4250N LNG牵引载货汽车比JNP4250柴油牵引载货汽车100km节约燃料费用142.36元，燃料消耗费用节约34.28%。36元，燃料消耗费用节约34.28%。

由于车用发动机的使用特性，很少长期在最高转速、最大功率工况下持续工作，所以车用发动机的标定功率，往往以15min功率来评定，一般发动机的功率，都是指最高转速（标定转速）时的功率。

LNG发动机的动力性能，重载在平坦的公路上行驶时，基本与柴油发动机相当；在重载上坡时，由于柴油发动机燃烧巾产生的爆发力较强，因此，LNG发动机的动力性能略差于柴油发动机。

LNG发动机的动力性能，无论是重载在平坦的公路上行驶，还是在重载上坡时，均优于汽油发动机，这是南于LNG发动机燃烧时的热效率比汽油发动机高。