新型气体发动机技术及产品开发
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绿色发展 和谐共赢
广西玉柴机器股份有限公司
Guangxi Yuchai Machinery Co., Ltd.
气体发动机技术及产品开发
工程研究院 2011.3
版权归广西玉柴机器股份有限公司所有
目 录 � 气体机概述 � 气体发动机技术 � 气体发动机产品开发
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目 录 � 气体机概述 � 气体发动机技术 � 气体发动机产品开发
版权归广西玉柴机器股份有限公司所有
玉柴CNG/LNG发动机产品型谱
6 M K 1 0 .3 L 6 M 9 .8 L 6 G 7 .8 L 6 J 6 .5 L 4 G 5 .2 L 6J 低 成 本 4 D 4 .2 L
100
150
200
250 功 率 (P S )
300
350
400
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单一燃料气体发动机
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其它几种分类
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目 录 � 气体机概述 � 气体发动机技术 � 气体发动机产品开发
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玉柴燃气发动机的开发历程
� � �
1998年，启动开发YC6108ZQN型柴油/CNG双燃料发动机，批量供北京； 1999年与荷兰DELTEC公司合作开发YC6112CNG/LPG单燃料发动机； 2003年YC6112LPG单燃料发动机开始批量供应广州市场，至今市场保有量近 6000台； 2004年7月，与美国WOODWARD公司合作开发了YC6G系列CNG发动机； 2005年7月，自主完成了YC6J系列CNG发动机的开发； 2005年11月，与美国ECI公司合作，实现了发动机控制系统技术的更新，与世界一 流的CNG发动机技术保持同步； 2006年2月，完成YC6G及YC6J系列CNG发动机国Ⅲ开发，其中YC6G系列 230PS和260PS两个机型完成国Ⅳ的开发工作； 2006年6月，完成YC4G系列国Ⅲ CNG发动机开发； 2007年12月，完成290/320/340PS YC6M-CNG发动机的开发； 2008年，完成YC6J150/170PS自然吸气机型CNG发动机的开发； 2009年，开始开发YC4D120/140PS CNG发动机。 2009年底，开发YC6MK375N CNG发动机。 2010年，着手开发YC6L208N CNG发动机。
柴油机凸轮相位 6112 6112柴油机凸轮相位
凸轮相位 6112CNG 6112CNG凸轮相位
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增压器的优化匹配
匹配原则：在功率点增压压力受控的情况下匹配尽可能高的低速压比。因为 在控制混合气浓度来控制经济性和排放情况下，更高的低速压比可以获 得更大的低速扭矩。
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燃烧系统的优化匹配（燃烧室形状）
匹配原则：实现更快和更充分的燃烧、缩短火焰传播距离以降低 爆震倾向。
柴油机活塞 6112 6112柴油机活塞
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机活塞 6112LPG 6112LPG机活塞
燃烧系统的优化匹配（凸轮型线及配气相位）
HC 匹配目标：保证较高的充气效率、减少扫气带来的燃料损失及 匹配目标：保证较高的充气效率、减少扫气带来的燃料损失及HC 排放、降低排气温度。
玉柴CNG发动机市场投放区域
09年玉柴销售气体机3000台，CNG发动机已遍布全国23个省 市，主要市场集中在黑龙江、海南、四川、天津、江苏及广东。
版权归广西玉柴机器股份有限公司所有 2009－4－16
玉柴使命：用卓越和领先满足公众的动力需求
谢 谢！
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气体燃料汽车—新能源汽车
� 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用 常规的车用燃料而采用新型车载动力装置），综合车辆的动力 控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技 术、新结构的汽车。 � 新能源汽车包括：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车 、气体燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、先进柴油汽车 等。
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国家排放法规限值 (CNG)
排放 标准 国Ⅲ 国Ⅳ 国Ⅴ EEV 实 施 日 期 2007.1.1 2010.1.1 2012.1.1 CO g/kWh ≤ 5.45 ≤4.0 ≤4.0 ≤3.0 NMHC g/kWh ≤ 0.78 ≤ 0.55 ≤ 0.55 ≤ 0.40 CH4 g/kWh ≤1.6 ≤1.1 ≤1.1 ≤0.65 NOx g/kWh ≤5.0 ≤3.5 ≤2.0 ≤2.0
�
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合理的燃烧开发
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爆震（末端混合气燃烧）
� 爆震就是在汽缸中，当正常的火焰未传播到时，火焰传 播的末端混合气自然的现象。 � 爆震是不正常的燃烧。 � 长时间的爆震会导致发动机损坏（活塞、活塞环、气门 、火花塞）。 � 爆震在低速大负荷下最容易产生。 � 在高速大负荷下产生的爆震最容易对发动机造成严重损 坏。
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气体发动机定义
本文气体机是指LPG、CNG、LNG发动机。 � LPG-Liquefied Petroleum Gas液化石油气，主要成分是丙烷 和丁烷，LPG发动机包括：LPG单燃料发动机、柴油/LPG双燃料 发动机、汽油/LPG两用燃料发动机。 � CNG-Compressed Natural Gas压缩天然气，主要成分是甲烷， CNG发动机包括：CNG单燃料发动机、柴油/CNG双燃料发动机、 汽油/CNG两用燃料发动机。 � LNG-Liquefied Natural Gas液化天然气，主要成分是甲烷， 是天然气的液态形式。
EPR系统LNG气体发动机系统原理
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玉柴CNG发动机技术路线
� 增压中冷稀薄燃烧 � 电控调压器或喷嘴燃料控制 � 稀燃氧传感器闭环控制 � 单缸独立高能点火 � 高响应性能的电控增压压力控制
+电子油门踏板 � 电子节气门 电子节气门+
� 大气环境传感器对大气压力、温度及湿度进行修正
GB17691-2005 ，国Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ为ETC循环法
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稀薄燃烧排放技术路线
� 采用氧化型二元催化转化器
HC,CO - g/kwh
28 24 20 NOx-g/kwh 16 12 8 4
HC 0.4
7
NOx
6 5
HC CO 氧化催化 转换装置 C a ta l y s t
机械开发
气体发动机与汽油机相似，但与柴油机却有很大的不同， 因此以柴油机为基础开发的气体机在以下两个方面需要做机械开 发工作： � 降低机油消耗 由于节气门的使用，在怠速及小负荷工况下，发动机在进气 行程中气缸内有很大的真空度，导致机油窜入气缸。 � 减小气门和气门座圈的磨损 气体机燃烧成分中没有碳粒，因此在气门座圈处没有了碳粒 的润滑，另外由于排气温度高，对气门及座圈的高温耐磨性能要 求更高。
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失 火
� 点火线圈、火花塞故障易引起失火； � 混合气过稀易引起失火；
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EPR系统CNG气体发动机系统原理
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4 3 2 1
0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 λ 1.6 1.7
CO 0.1
0 2
1.8
1.9
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当量燃烧排放技术路线
� 采用氧化还原型三元催化转化器
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气体机和柴油机燃烧机理不同
� 压燃式柴油机是分层燃烧，点燃式气体机是扩散燃烧。
+故障诊断 � 自适应修正 自适应修正+
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玉柴的气体发动机开发技术
� � � � � � � � � 高标准排放技术路线选择； 高性价比电控燃气系统的选型集成； 适合点燃式发动机本体的改进设计； 高效的燃烧系统匹配设计； 低速大扭矩增压器的优化匹配； 高转化效率催化转化器的优化匹配； 发动机台架整机性能电控标定； 发动机整车性能电控标定； 窜机油及气门座圈磨损等设计优化及机械开发。
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爆震
� 点火角度过大或混合气过浓； � 增压压力过大； � 燃料品质差； � 中冷器结垢，中冷温度高； � 点火正时基准不准；
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失
火
� 失火就是混合气未点燃，直接排入排气管； � 失火将导致排气中的HC增加、氧传感器产生错误判断， 使闭环控制更稀，发动机失火进一步恶化，发动机功率 下降； � 失火导致未燃气体在排气管中燃烧，排气管变红，催化 器烧结失效； � 失火容易引起排气管放炮，并引起发动机回火；
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几种气体燃料的特性
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气体发动机分类
主要以使用的燃料类型来划分： � 单燃料发动机 单燃料发动机有LPG、NG单燃料发动机。 � 两用燃料发动机 可切换使用两种燃料，又分为： 汽油/LPG两用燃料发动机 汽油/NG两用燃料发动机 � 双燃料发动机 同时燃料两种燃料，俗称掺烧发动机，又分为： 柴油/LPG双燃料发动机； 柴油/NG双燃料发动机
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气体发动机技术及产品开发
工程研究院 2011.3
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目 录 � 气体机概述 � 气体发动机技术 � 气体发动机产品开发
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玉柴CNG/LNG发动机产品型谱
6 M K 1 0 .3 L 6 M 9 .8 L 6 G 7 .8 L 6 J 6 .5 L 4 G 5 .2 L 6J 低 成 本 4 D 4 .2 L
100
150
200
250 功 率 (P S )
300
350
400
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单一燃料气体发动机
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其它几种分类
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目 录 � 气体机概述 � 气体发动机技术 � 气体发动机产品开发
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玉柴燃气发动机的开发历程
� � �
1998年，启动开发YC6108ZQN型柴油/CNG双燃料发动机，批量供北京； 1999年与荷兰DELTEC公司合作开发YC6112CNG/LPG单燃料发动机； 2003年YC6112LPG单燃料发动机开始批量供应广州市场，至今市场保有量近 6000台； 2004年7月，与美国WOODWARD公司合作开发了YC6G系列CNG发动机； 2005年7月，自主完成了YC6J系列CNG发动机的开发； 2005年11月，与美国ECI公司合作，实现了发动机控制系统技术的更新，与世界一 流的CNG发动机技术保持同步； 2006年2月，完成YC6G及YC6J系列CNG发动机国Ⅲ开发，其中YC6G系列 230PS和260PS两个机型完成国Ⅳ的开发工作； 2006年6月，完成YC4G系列国Ⅲ CNG发动机开发； 2007年12月，完成290/320/340PS YC6M-CNG发动机的开发； 2008年，完成YC6J150/170PS自然吸气机型CNG发动机的开发； 2009年，开始开发YC4D120/140PS CNG发动机。 2009年底，开发YC6MK375N CNG发动机。 2010年，着手开发YC6L208N CNG发动机。
柴油机凸轮相位 6112 6112柴油机凸轮相位
凸轮相位 6112CNG 6112CNG凸轮相位
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增压器的优化匹配
匹配原则：在功率点增压压力受控的情况下匹配尽可能高的低速压比。因为 在控制混合气浓度来控制经济性和排放情况下，更高的低速压比可以获 得更大的低速扭矩。
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燃烧系统的优化匹配（燃烧室形状）
匹配原则：实现更快和更充分的燃烧、缩短火焰传播距离以降低 爆震倾向。
柴油机活塞 6112 6112柴油机活塞
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机活塞 6112LPG 6112LPG机活塞
燃烧系统的优化匹配（凸轮型线及配气相位）
HC 匹配目标：保证较高的充气效率、减少扫气带来的燃料损失及 匹配目标：保证较高的充气效率、减少扫气带来的燃料损失及HC 排放、降低排气温度。
玉柴CNG发动机市场投放区域
09年玉柴销售气体机3000台，CNG发动机已遍布全国23个省 市，主要市场集中在黑龙江、海南、四川、天津、江苏及广东。
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玉柴使命：用卓越和领先满足公众的动力需求
谢 谢！
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气体燃料汽车—新能源汽车
� 新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用 常规的车用燃料而采用新型车载动力装置），综合车辆的动力 控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技 术、新结构的汽车。 � 新能源汽车包括：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车 、气体燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、先进柴油汽车 等。
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� � �
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� � � � � �
国家排放法规限值 (CNG)
排放 标准 国Ⅲ 国Ⅳ 国Ⅴ EEV 实 施 日 期 2007.1.1 2010.1.1 2012.1.1 CO g/kWh ≤ 5.45 ≤4.0 ≤4.0 ≤3.0 NMHC g/kWh ≤ 0.78 ≤ 0.55 ≤ 0.55 ≤ 0.40 CH4 g/kWh ≤1.6 ≤1.1 ≤1.1 ≤0.65 NOx g/kWh ≤5.0 ≤3.5 ≤2.0 ≤2.0
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合理的燃烧开发
版权归广西玉柴机器股份有限公司所有
爆震（末端混合气燃烧）
� 爆震就是在汽缸中，当正常的火焰未传播到时，火焰传 播的末端混合气自然的现象。 � 爆震是不正常的燃烧。 � 长时间的爆震会导致发动机损坏（活塞、活塞环、气门 、火花塞）。 � 爆震在低速大负荷下最容易产生。 � 在高速大负荷下产生的爆震最容易对发动机造成严重损 坏。
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气体发动机定义
本文气体机是指LPG、CNG、LNG发动机。 � LPG-Liquefied Petroleum Gas液化石油气，主要成分是丙烷 和丁烷，LPG发动机包括：LPG单燃料发动机、柴油/LPG双燃料 发动机、汽油/LPG两用燃料发动机。 � CNG-Compressed Natural Gas压缩天然气，主要成分是甲烷， CNG发动机包括：CNG单燃料发动机、柴油/CNG双燃料发动机、 汽油/CNG两用燃料发动机。 � LNG-Liquefied Natural Gas液化天然气，主要成分是甲烷， 是天然气的液态形式。
EPR系统LNG气体发动机系统原理
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玉柴CNG发动机技术路线
� 增压中冷稀薄燃烧 � 电控调压器或喷嘴燃料控制 � 稀燃氧传感器闭环控制 � 单缸独立高能点火 � 高响应性能的电控增压压力控制
+电子油门踏板 � 电子节气门 电子节气门+
� 大气环境传感器对大气压力、温度及湿度进行修正
GB17691-2005 ，国Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ为ETC循环法
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稀薄燃烧排放技术路线
� 采用氧化型二元催化转化器
HC,CO - g/kwh
28 24 20 NOx-g/kwh 16 12 8 4
HC 0.4
7
NOx
6 5
HC CO 氧化催化 转换装置 C a ta l y s t
机械开发
气体发动机与汽油机相似，但与柴油机却有很大的不同， 因此以柴油机为基础开发的气体机在以下两个方面需要做机械开 发工作： � 降低机油消耗 由于节气门的使用，在怠速及小负荷工况下，发动机在进气 行程中气缸内有很大的真空度，导致机油窜入气缸。 � 减小气门和气门座圈的磨损 气体机燃烧成分中没有碳粒，因此在气门座圈处没有了碳粒 的润滑，另外由于排气温度高，对气门及座圈的高温耐磨性能要 求更高。
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失 火
� 点火线圈、火花塞故障易引起失火； � 混合气过稀易引起失火；
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目 录 � 气体机概述 � 气体发动机技术 � 气体发动机产品开发
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EPR系统CNG气体发动机系统原理
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4 3 2 1
0 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 λ 1.6 1.7
CO 0.1
0 2
1.8
1.9
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当量燃烧排放技术路线
� 采用氧化还原型三元催化转化器
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气体机和柴油机燃烧机理不同
� 压燃式柴油机是分层燃烧，点燃式气体机是扩散燃烧。
+故障诊断 � 自适应修正 自适应修正+
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玉柴的气体发动机开发技术
� � � � � � � � � 高标准排放技术路线选择； 高性价比电控燃气系统的选型集成； 适合点燃式发动机本体的改进设计； 高效的燃烧系统匹配设计； 低速大扭矩增压器的优化匹配； 高转化效率催化转化器的优化匹配； 发动机台架整机性能电控标定； 发动机整车性能电控标定； 窜机油及气门座圈磨损等设计优化及机械开发。
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爆震
� 点火角度过大或混合气过浓； � 增压压力过大； � 燃料品质差； � 中冷器结垢，中冷温度高； � 点火正时基准不准；
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失
火
� 失火就是混合气未点燃，直接排入排气管； � 失火将导致排气中的HC增加、氧传感器产生错误判断， 使闭环控制更稀，发动机失火进一步恶化，发动机功率 下降； � 失火导致未燃气体在排气管中燃烧，排气管变红，催化 器烧结失效； � 失火容易引起排气管放炮，并引起发动机回火；
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几种气体燃料的特性
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气体发动机分类
主要以使用的燃料类型来划分： � 单燃料发动机 单燃料发动机有LPG、NG单燃料发动机。 � 两用燃料发动机 可切换使用两种燃料，又分为： 汽油/LPG两用燃料发动机 汽油/NG两用燃料发动机 � 双燃料发动机 同时燃料两种燃料，俗称掺烧发动机，又分为： 柴油/LPG双燃料发动机； 柴油/NG双燃料发动机
