CNG在柴油发动机上的应用(一)
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摘要:一、引言  天然气作为目前世界公认的"汽车清洁燃料",受到越来越多国家的重视。我国的天然气资源非常丰富,已探明的储量为1.53万亿M3。因此,发展天然气汽车前景十分广阔。四川因天然气储量大,纯度高,具有发展天然气汽车得天独厚的条件。  CNG--汽油两用燃料发..

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一、引言
  
天然气作为目前世界公认的"汽车清洁燃料",受到越来越多国家的重视。我国的天然气资源非常丰富,已探明的储量为1.53万亿M3。因此,发展天然气汽车前景十分广阔。四川因天然气储量大,纯度高,具有发展天然气汽车得天独厚的条件。
  CNG--汽油两用燃料发动机已改装多年,但因其动力性、加速性较差而受一定的制约,CNG--柴油双燃料发动机虽有很多厂家开发已久,但都未能取得成功。今我公司与加拿大CIC公司合作历时一年之久,终于开发出CNF--柴油双燃料发动机,其动力性、环保性、加速性、经济性均优于纯柴油发动机。
  二、CNG--柴油双燃料发动机工作原理
  
CNG—柴油双燃料发动机具有两种工作状态,两套燃料储存系统。当使用CNG--柴油混合燃烧时,同等工况下柴油供给量减少70%。以压燃少量喷入缸内的柴油作为“引燃燃料”,天然气作为主要燃料,通过高压减压器,低压减压器两级减压,在混合器中与过滤后的空气均匀混合后进入气缸参与燃烧,对外做功。当使用纯柴油燃烧时,通过切换装置关断CNG电磁阀电源,切断天然气进气通路,调整喷油泵总油量至100%位置,从而恢复100%全柴油燃烧。
  1 非增压CNG—柴油双燃料发动机控制原理
  CNG—柴油双燃料发动机当以混合燃烧方式工作时,其天然气的供给量与柴油的供给量总是按一定比例进入气缸,以实现发动机的稳定燃烧。非增压CNG—柴油双燃料发动机是通过同步装置和CNG流量控制阀来实现按比例供给的。高压天然气通过高压减压器和低压减压器两级减压后,压力稳定,流量足够。流量控制阀的开度随油门开度变化而变化。油门开度越大,流量控制阀的开度也越大。当油门位置小或者处于怠速位置时,流量控制阀关闭,天然气不予供给,以维持工况稳定。
  2 增压CNG—柴油双燃料发动机的控制原理
  增压CNG—柴油双燃料发动机是通过低压减压器来控制天然气的供给量的。在低压减压器上除天然气的进、出气接口之外,还有一压力控制接口。该控制信号为一气压信号,由发动机进气管处获得,通过压力调节器调节至适当的气压以控制低压减压器的供气量。在一定范围内,低压减压器控制端压力越高,供气量越大。当发动机负荷增大时,进气管处压力增高,低压减压器控制端压力增高,天然气供气量增大;当发动机处于怠速工况时,控制端压力几乎为0,低压减压器不供气,从而达到控制天然气供气量的目的。
  三、CNG-柴油双燃料发动机的天然气供给系统
  
无论是增压CNC—柴油双燃料发动机,还是非增压CNG--柴油双燃料发动机,天然气供给系统均需储气瓶、充气阀、高压减压器、低压减压器、压力传感器、存量显示仪、混合器、切换装置等器件。但是由于各自的控制原理不同,系统组成也略有差别。

  1 非增压CNG-柴油双燃料发动机天然气供给系统
  
如图一所示,该系统由储气瓶、多用截止阀、高压减压器、低压减压器、流量控制阀、混合器,CNG压力传感器,CNG存量显示仪,油压安全开关,切换装置、同步装置等组成。储气瓶内的高压天然气通过不锈钢管连接到多用截止阀止,该阀一端接CNG压力传感器,一端接高压减压器。CNG通过高压减压器一级减压后送入低压减压器进行二级减压,然后进入流量控制阀,再进入混合器。在混合器中,天然气与过摅后的空气均匀混合后进入气缸参与燃烧,对外作功。
  (1)多用截止阀
  多用截止阀相当于一个手动截止阀和一个三通接头的综合体。此阀一般情况下常开,只有当较长时间不使用CNG或者检修时关闭。它的一侧孔接CNG压力传感器以检测储气瓶(连接钢管)内CNG的压力,获得CNG存量信息。
  (2)高压减压器
  预混合式双燃料发动机工作所需的天然气为低压天然气,要使气瓶内的高压天然气转换为适合发动机工作所需的低压天然气,必须经过多级减压才能实现。高压减压器的功能是将储气瓶输出的高压天然气减压到较为安全的中压,以降低对其后面各机构和管路系统密封性及零部件的强度要求。其减压后的压力约为1.05Mpa。
  (3)低压减压器
  增压CNG-柴油双燃料发动机的低压减压器的作用是保证输出的天然气压力稳定流量足够,发动机所需的天然气压力很低(约3Kpa),而且必须保持稳定,为了达到要求,低压减压器内有两个减压腔,对高压减压器输出的天然气进行两级减压。
  (4)流量控制阀
  流量控制阀的作用是控制天然气的供给量,它的阀轴上紧固一个摇柄,该摇柄通过连杆与油门相连,构成四杆机构,使阀轴的转动与油门手柄的转动之间具有准确的运动关系。以实现油门开度越大,流量控制阀开度越大,天然气供给量越大这一控制过程。当油门处于怠速或者很小油门位置时,流量控制阀关闭,从而实现怠速和小负荷工况下不供气,保证发动机工作稳定。
  (5)混合器
  混合是预混合式以燃料发动机特有的装置,它的作用是将减压后的天然气和过滤后的空气进行均匀混合。为了获得最佳的空气、天然气混合比,不同型号的CNG发动机匹配的混合器各不相同。
  (6)CNG压力传感器和存量显示仪
  CNG压力传感器的作用是将CNG的气压信号转换成0-5V的电压信号提供给存量显示仪。气瓶内天然气压力越高,传感器输出电压越高。传感器的信号输出端与装于驾驶室内的CNG存量显示仪信号输入端相连。通过存量显示仪,驾驶员可以观测到天然气存量。
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