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天然气发动机技术研究与应用

天然气发动机技术研究与应用. 上海柴油机股份有限公司 2007 年 9 月. 纲要. 天然气汽车发展步入快车道 天然气发动机关键技术 上柴天然气发动机 工作展望. 经济快速发展呼唤燃气公交. 能源安全：天然气资源开发及进口 环境污染：车辆对大气污染贡献率 60 ％ 城市化： 35 ％ /2005 ， 40 ％ /2010 私家车激增：城市交通拥堵日趋严重 “十一五”规划：天然气符合节能环保要求. 天然气公交车迅猛发展的机遇来临. 技术手段. ■ 增压中冷 ■ 高压喷射 □ 4 气门 (OPT) □ 电控 (OPT). 技术手段.

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  1. 天然气发动机技术研究与应用 上海柴油机股份有限公司 2007年9月

  2. 纲要 • 天然气汽车发展步入快车道 • 天然气发动机关键技术 • 上柴天然气发动机 • 工作展望 2

  3. 经济快速发展呼唤燃气公交 • 能源安全：天然气资源开发及进口 • 环境污染：车辆对大气污染贡献率60％ • 城市化：35％/2005，40％/2010 • 私家车激增：城市交通拥堵日趋严重 • “十一五”规划：天然气符合节能环保要求 天然气公交车迅猛发展的机遇来临 3

  4. 技术手段 ■ 增压中冷 ■ 高压喷射 □ 4 气门(OPT) □ 电控(OPT) 技术手段 ■ 4 气门 ■ 电控高压喷射 □ 冷EGR □ 后处理 排放法规促进天然气发动机发展 排放法规 PM 0.36/0.9 NOx 8.0/11.0 EU1 1992 / CHN2000 PM CHINA [g/KWh] 0.25 EU 0.2 0.15 EU2 1996 / CHN 2003 EU3 2000 / CHN 2007 0.1 FUTURE ■ 常规 □ 可选 0.05 EU5 2008 EU4 2005 NOx 1 2 3 4 5 6 7 8 [g/KWh] 4

  5. 天然气发动机的比较优势 低排放柴油机的技术措施： • 超低含硫量的柴油 • 颗粒捕捉器 • NOx吸附器 • 冷的废气再循环（EGR） • 尿素喷射 • 电控高压燃油喷射系统 成本增加 可靠性降低 天然气发动机： • 天然气化学结构简单、H/C比高，燃烧清洁 • 稀薄燃烧＋二元后处理＋H2 • 当量燃烧＋三元后处理 低排放 低成本 5

  6. 上柴天然气发动机通过国IV排放认证 2007年 2月8日， SC8DT250Q4通过国IV排放认证 6

  7. 纲要 • 天然气汽车发展进入快车道 • 天然气发动机关键技术 • 上柴天然气发动机 • 展望 7

  8. 天然气发动机关键技术 • 燃烧方式：稀薄燃烧、当量燃烧 • 燃料供给方式：单点喷射、多点喷射 • 增压方式：电控排气放气、变截面涡轮 • 后处理方式：二元氧化催化、三元催化 稀燃更适用于柴油机改制的天然气发动机，考虑热负荷的限制 当量燃烧更易于实现超低排放 8

  9. 中冷器 空滤器 单点喷射燃气系统 高压气体截止阀 热交换器 调温器 燃气计量阀 减压器 GAS 气罐 PTP 混合器 位置信号 反馈信号 电子节气门 点火 控制 压缩空气 MAP OH1.2 电控系统 油门位置传感器 增压器 MAT 发动机 排气管 ECT 大气压力 传感器 油压开关 排气放气 控制阀 凸轮轴位置信号 增压压力信号 氧传感器 MFV控制信号 RS232 PC 或ISO K通讯协议以及CAN 或J1708通讯协议 个人电脑 + - 8 to 32 V 电源 9

  10. 多点喷射燃气系统 10

  11. 单点喷射与多点喷射的比较 11

  12. 纲要 • 天然气汽车进入快车道 • 天然气发动机关键技术 • 上柴天然气发动机 • 发展概况 • 产品优势 • 展望 12

  13. 上柴引领国内燃气发动机技术发展 EURO Ⅳ 柴油/CNG双燃料发动机 EURO Ⅲ EUROⅡ 206kW/2200rpm 混合器式单燃料发动机 单点喷射发动机 EUROⅡ 184kW/2200rpm 单点喷射单燃料发动机 EUROⅠ 158kW/2200rpm 152kW/2200rpm 2005年 1997年 1999年 2001年 2003年 13

  14. 上柴天然气发动机发展历程 上海市专利新产品，创造多个国内第一： • 第一个通过国家鉴定 • 第一个通过国IV排放认证 • 第一个批量用于大型公交车 • 第一个批量用于重型商用车 • 第一个批量出口 • 世界客车联盟2005年度最佳发动机 14

  15. 上柴天然气发动机产品 • 三种排量－－5.3L、8.3L、8.8L • 功率覆盖－－118kW~206kW • 用途－－8~12m客车、中重型卡车、混和动力、船用和发电机组 15

  16. 上柴天然气发动机技术特点 • 燃烧方式：稀薄燃烧、高能电子点火 • 燃料供给方式：单点喷射 • 增压方式：电控排气放气 • 后处理方式：二元氧化催化 • 基础结构件：与柴油机通用 16

  17. 车用天然气发动机产品型谱 17

  18. 上柴CNG天然气发动机 Electronic Throttle 电子节气门 UEGO Sensor 氧传感器 Ignition Coil 点火线圈 Gas mixer 燃气混合器 Ignition Control Module 点火控制模块 Fuel Metering Valve 燃料计量阀 Chassis mounted ECU 电控单元 18

  19. 上柴LNG发动机 Ignition Coil 点火线圈 Electronic Throttle 电子节气门 UEGO Sensor 氧传感器 Gas mixer 燃气混合器 Chassis mounted ECU 电控单元 19

  20. LNG发动机电控系统 诊断电脑 废气门控制阀 环境传感器 高压截止阀 （用于CNGV） 增压压力传感器 电控单元 进气压力/温度传感器 1 电子减压器 水温传感器 低压截止阀 氧传感器 节气门位置传感器 电子节气门 燃气温度传感器 燃气压力传感器 BAT+ 电子油门踏板 20

  21. 纲要 • 天然气汽车进入快车道 • 天然气发动机关键技术 • 上柴天然气发动机 • 发展概况 • 产品优势 • 展望 21

  22. 优化的性能匹配与标定 • 增压器优化匹配 • 点火系统的优化 • 燃空比的优化标定 • 催化器匹配标定 • 燃气品质标定 • 整车标定 22

  23. 严格的可靠性考核 • 通过1000h全速全负荷台架耐久考核 • 通过500h热冲击台架考核试验 • 配申沃客车完成15,000公里道路可靠考核 • 配福田欧V客车完成25,000公里道路可靠考核 23

  24. 优良的性价比 百公里气耗比康明斯低5～10％；停驶率最低；性价比最高 引自上海市科委课题研究报告 24

  25. 充分的用户使用验证 • 2003.11～，乌鲁木齐公交，累计运行250,000公里 • 2004.11～，上海大众公交，累计运行160,000公里 • 2006.3～，银川公交，累计运行8,000公里 • 2005.8～，西安卡车用户，累计运行20,000公里 • 2006.8～，泰国卡车用户，累计运行10,000公里 可靠耐用； 经济效益显著 25

  26. 广泛的配套应用 整车配套方面 国内同类产品中市场占有率最高 • 5.3L • 江淮客车 • 重庆宇通 • 美的客车 • 中通客车 • 厦门金旅 • 福田欧V客车 • 8.8L • 陕汽重卡 • 红岩重卡 • 北方奔驰 • 8.3L • 上海申沃 • 一汽客底 • 丹东黄海 • 南京金陵 • 厦门金旅 • 福田欧V客车 • 欧舒特 • 成都客车 26

  27. 上柴天然气发动机配套 整车配套举例 红岩重卡 申龙客车 欧V客车 泰国重卡 黄海客车 泰国货车 陕汽重卡 27

  28. 成都公交 上海公交 新疆乌鲁木齐公交 石家庄公交 银川公交 上柴天然气发动机应用 整车用户举例 成都公交 28

  29. 纲要 • 天然气汽车发展进入快车道 • 天然气发动机关键技术 • 上柴天然气发动机 • 展望 29

  30. 工作展望 • LNG发动机推广应用 • 重载天然气发动机研制 • 车载诊断系统（OBD）开发 • 大功率燃气发动机研制 30

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