氣體發(fā)動機

進氣管混合器供氣方式

發(fā)動機供氣系統(tǒng)包含一個與化油器類似的部件混合器，氣體燃料在進氣管或進氣閥口以固定比例與空氣混合，靠紅內(nèi)負壓被吸入混合器混合后進入氣紅燃燒，其供氣方式示意圖如圖1所示。

圖2給出了常見的文丘里管混合器。進氣管混合器供氣方式的氣體發(fā)動機優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)較簡單，控制方便，價格較低，便于對現(xiàn)有的化油器式汽油機進行改造。但是由于不能精確的控制燃料供給量，而且無法進行閉環(huán)控制，難于精確地控制發(fā)動機的空燃比，因而滿足較高的排放標準，不能充分發(fā)揮天然氣改善發(fā)動機排放性能的潛力。因此這種供氣方式主要應(yīng)用在化油器式汽油車改裝的“天然氣——汽油”兩用燃料汽車上。

電控單點連續(xù)供氣方式

即應(yīng)用單一混合器將氣體燃料噴入進氣總管并與空氣混合，然后通過進氣歧管分配到各個氣紅中進行燃燒。該類系統(tǒng)可以通過電腦控制來實現(xiàn)氣體燃料的噴射，燃料供應(yīng)的準確、均衡、穩(wěn)定性較好，而且該種噴氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低廉。但燃料在吸入各個氣紅前要經(jīng)過各個進氣歧管，存在各紅混合氣空燃比控制精度低、響應(yīng)慢以及不利于發(fā)動機性能提升等不足，技術(shù)相對落后，已應(yīng)用漸少。

電控多點連續(xù)供氣方式

即在每個氣虹進氣歧管或進氣道處安裝一個氣體燃料噴射裝置，并通過按照一定的模式分別對各個氣紅的噴射裝置進行專門控制。該種噴射方式由于具有燃料進氣行程短的優(yōu)勢，具有良好的響應(yīng)性，并可以實現(xiàn)對空燃比按周期和按虹進行控制，所以燃料供應(yīng)準確度、均衡性、穩(wěn)定性以及排放性都優(yōu)于單點電噴。但與單點噴射系統(tǒng)相比，此類噴射系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高的問題，而且不能充分掃氣，甚至有回火可能等問題。

電控多點順序間歇供氣方式

即在發(fā)動機各虹進氣道前順序間歇（一般在進氣過程中）供入氣體燃料，可以有效解決發(fā)動機進氣道及進氣管內(nèi)回火、掃氣階段氣體燃料流失等問題，改善發(fā)動機性能。該類供氣方式所需的氣體燃料壓力較低，但對氣體燃料電控噴射裝置有較高的要求，而且存在由于電磁鐵特性所導致的工作行程較小，不利于大流量的氣體燃料噴射，特別在一些低熱值氣體燃料的應(yīng)用需要加大容積流量的場合；同時存在控制特性差、落座速度大等影響裝置工作可靠性的問題，并且對產(chǎn)生相互撞擊部件的材料、制造工藝等要求較高。其改進方案是在運動部件的一端裝配“抗沖擊的高硬度止動銷”，但另一端（針閥密封錐面）卻無法同樣處理，但仍難以克服高落座速度沖擊帶來的工作可靠性及壽命等問題。

缸內(nèi)供氣方式

將氣體燃料在發(fā)動機壓縮過程中直接噴入紅內(nèi)。缸內(nèi)氣體噴射完全實現(xiàn)了燃料供給的質(zhì)調(diào)節(jié)，有利于提高發(fā)動機升功率、有效效率等性能。但由于在相對高溫高壓環(huán)境供氣，必須首先消耗一定能量將氣體燃料壓縮到較高壓力，同時對氣體燃料電控噴射裝置要求更高，僅在小功率發(fā)動機中有極少量應(yīng)用。

應(yīng)用于發(fā)動機上的替代燃料主要為醇類燃料、二甲基醚、生物燃料及氣體燃料等。氣體燃料是可用能源的重要組成部分，被稱為繼煤炭和石油之后的第三大能源，除了壓縮天然氣和液化石油氣外，還包括沼氣、煤層氣高爐煤氣等。天然氣作為一種氣體燃料，其主要成分是甲烷。由于天然氣資源豐富、成本低，而且以壓縮天然氣和液化天然氣的形式在發(fā)動機上應(yīng)用時，具有對內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)改動小、工作指標變化不大等優(yōu)勢，已經(jīng)成為一種重要的替代燃料在內(nèi)燃機領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

熱聲發(fā)動機是利用熱聲效應(yīng)，實現(xiàn)熱能到聲能轉(zhuǎn)化從而實現(xiàn)聲功輸出的聲波發(fā)生器。系統(tǒng)中除振蕩氣體外，沒有任何運動部件。根據(jù)聲場特性不同，熱聲發(fā)動機主要分為駐波型、行波型及駐波行波混合型三種型式。由于駐波聲場中速度波和壓力波相位差為90°，駐波場中理論上沒有功的輸出;另一方面，在駐波熱聲發(fā)動機板疊中氣體同固體間換熱較差，氣體進行的是介于等溫和絕熱的不可逆熱力學循環(huán)，所以駐波熱聲發(fā)動機效率低。行波型熱聲發(fā)動機利用的是行波聲場，聲場中速度波動和壓力波動相位相同，并且發(fā)動機回熱器中氣體通道的水力半徑遠小于氣體熱滲透深度，所以理論上氣體在回熱器中進行的是等溫熱傳遞，因此行波熱聲發(fā)動機在理論上可以達到比駐波熱聲發(fā)動機更高的熱力學效率，從而有著光明的應(yīng)用前景。

1979年Ceperley首先提出了行波型熱聲發(fā)動機的概念，他發(fā)現(xiàn)行波在通過回熱器時經(jīng)歷了同理想斯特林循環(huán)類似的熱力學過程，即壓力與速度同相位。由于損失太大， Ceperley在實驗中沒有得到放大的聲功，但他在行波熱聲發(fā)動機方面卻做出了開創(chuàng)性貢獻。日本的Yazaki做了環(huán)形管路行波熱聲發(fā)動機實驗，在一定條件下得到放大的聲功，從而證明在行波環(huán)路中可以實現(xiàn)自維持振蕩，但是Yazaki的行波熱聲發(fā)動機效率很低。由于回熱器中固體介質(zhì)同氣體介質(zhì)之間相互熱傳遞時總會不可避免地存在熱滯后，理想情況下的行波斯特林熱聲發(fā)動機無法實現(xiàn)， Ceperley和Yazaki都提出，在行波聲場中適當引入駐波成份會提高行波熱聲發(fā)動機的效率，但他們沒能通過實驗證實。美國Los Alamos國家實驗室制作了一臺行波型熱聲發(fā)動機，通過在行波環(huán)路引出一駐波直路，成功地在聲場中引入了駐波成分，并在實驗中取得42%的相對卡諾效率和30%的熱力學效率，這一結(jié)果可以同內(nèi)燃機(25%～ 40%)相媲美，目前他們正努力把這一成果應(yīng)用于天然氣液化 。