影响天然气发动机动力性的因素及改善方法
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2020-02-14
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影响天然气发动机动力性的因素及改善方法
李胜超，刘克铭，王李大，于立新
辽宁工程技术大学机械工程学院车辆工程系，辽宁阜新（123000）
Email: lngdlsc@163.com
摘 要：本文针对当前大部分天然气发动机的动力性较低的问题，分析了影响其动力性不足
的因素，并通过与汽油机相比较得出了充气量较低是导致天然气发动机动力性低下的制约因
素；最后提出了提高天然气发动机动力性的措施，又重点论证了通过增加氧气浓度的方法提
高发动机动力性，而且也取得良好效果。
关键词：天然气发动机；充气量；动力性；富氧空气
1 绪言
石油短缺和生态恶化是 21 世纪人类急需解决的主要问题，能源的短缺将直接影响各国
经济的持续发展，而环境污染则直接威胁着人类的健康和生存。天然气是当今世界能源的重
要组成部分，它与煤炭、石油并列为世界能源的三大支柱。据研究资料显示，世界已探明的
石油储量，按汽车现在消耗的速度，还能支撑 40-70 年。而已探明的天然气储量，预计可以
开采 200 年
]1[
。从这个意义上讲，天然气汽车是 21 世纪汽车工业发展的一个重要方向。因
此，在未来石油资源枯竭时可以用天然气取代燃油，并且发动机的结构也不会有很大变化，
这样提高天然气发动机动力性的研究也是必要的。
2 影响天然气发动机动力性不足的因素
虽然天然气发动机在目前应用上有环保、经济性好、相对汽油比较安全等优点，但其存
在的最大问题就是动力性不足，从而导致加速性差，运动不平稳。下面从几方面分析影响天
然气发动机动力性不足的原因。
2.1 吸入空气量
在分析天然气发动机实际吸入空气量的前，我们先了解一个概念——充气效率
]2[
，即
指每一个进气行程所吸入的空气质量与标准状态下（1 个大气压、20℃、密度为 1.187
2
/kg m ）占有气缸活塞行程容积的干燥空气质量的比值。充气效率是评价内燃机换气过程
完善程度的重要参数，要求内燃机进气系统具有良好的流体力学性质。设计良好的进气系统
对空气、天然气或其他气体的阻力都会很小。对进气系统的评价与通过的流体的化学成分无
关。如果充气效率中的“充量”只包括空气，那么不管设计多么合理的进气管系统，由于在进
气过程中空气的一部分体积被天然气所占据，其充气效率总是很低，那么充气效率与进气系
统基本性能之间将出现不一致。因此，充气效率中的“充量”应当包含空气和同进人气缸的气
态燃料。
下面以 CA6102 汽油机为例
]3[
分别以汽油和天然气为燃料时满负荷空气量的实测质量
数据对比（如表 1），来分析实际进入汽缸的空气量的差别。
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