新型燃料發(fā)動機(jī)簡介

1、汽車發(fā)動機(jī)構(gòu)造與維修 主編 屈殿銀 尹維貴模塊9新型燃料發(fā)動機(jī)簡介【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.了解發(fā)動機(jī)新型燃料的開發(fā)和使用現(xiàn)狀。2.掌握天然氣(CNG)發(fā)動機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的組成和工作特點(diǎn)。3.掌握液化石油氣(LPG)發(fā)動機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的組成和工作特點(diǎn)。4.掌握蒸發(fā)調(diào)壓器、混合器、電磁閥等部件的結(jié)構(gòu)和工作原理。5.了解改裝內(nèi)容及故障診斷?！颈竟?jié)目標(biāo)】了解目前國內(nèi)外新型燃料發(fā)動機(jī)開發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀9.19.1概述概述【基本理論知識】 目前世界汽車保有量約8億輛，預(yù)計(jì)到2020年全球汽車保有量將達(dá)到12億輛，主要增量來自發(fā)展中國家。國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，2001年全球57%的石油消費(fèi)在交通領(lǐng)域

2、（其中美國達(dá)到67%）。預(yù)計(jì)到2020年交通用油占全球石油總消耗的62%以上。美國能源部預(yù)測，2020年以后，全球石油需求與常規(guī)石油供給之間將出現(xiàn)凈缺口，2050年的供需缺口幾乎相當(dāng)于2000年世界石油總產(chǎn)量的兩倍。與此同時，交通能源消耗也是造成局部環(huán)境污染和全球溫室氣體排放的主要來源之一。為此，全球已達(dá)成共識：交通能源轉(zhuǎn)型勢在必行。9.1概述 綜合國外各種研究預(yù)測和各大國際汽車公司與能源公司的技術(shù)發(fā)展路線圖，結(jié)合我國具體國情和發(fā)展現(xiàn)狀，可初步展望我國汽車能源動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型趨勢：1)2010年左右，隨著石油價(jià)格的上漲和燃油稅的征收以及排放法規(guī)與國際接軌，我國汽車能源動力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型的轉(zhuǎn)折點(diǎn)將會

3、出現(xiàn)。以混合動力和混合燃料為主體的新能源動力系統(tǒng)車輛產(chǎn)業(yè)化高潮將會到來。2)2020年左右，隨著常規(guī)石油供需缺口的出現(xiàn)和CO2政策法規(guī)的實(shí)施以及燃料電池、動力電池等新型能源動力技術(shù)的進(jìn)步，我國汽車能源動力系統(tǒng)技術(shù)轉(zhuǎn)型將取得進(jìn)一步突破，燃料電池轎車產(chǎn)業(yè)化可望興起。3)21世紀(jì)上半葉，基于各種液體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)與混合動力車、基于各種氣體燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的燃?xì)馀c燃料電池車、基于電燃料及其基礎(chǔ)設(shè)施的純電動車將會長期并存。由于最近幾年發(fā)展燃?xì)馄囀俏覈鍧嵠囆袆拥闹匾獌?nèi)容，液化石油氣和壓縮天然氣在降低汽車排放污染方面有一定的潛力，本模塊主要介紹天然氣發(fā)動機(jī)和液化石油氣發(fā)動機(jī)的應(yīng)用。9.1

4、概述 天然氣和液化石油氣作為內(nèi)燃機(jī)燃料有以下優(yōu)勢:1)尾氣排放中不含鉛和苯，硫含量極微。2)抗爆燃性好，辛烷值達(dá)103110，遠(yuǎn)高于汽油，有利于增大燃?xì)鈮嚎s比，提高發(fā)動機(jī)的動力性能。3)燃料以氣態(tài)進(jìn)入氣缸，燃燒較充分，熱效率高，積炭少，這使發(fā)動機(jī)的大修期延長30%40，使?jié)櫥透鼡Q周期延長50，降低了維護(hù)費(fèi)用和運(yùn)行成本。4)采取了多項(xiàng)有效的技術(shù)措施和設(shè)施，使燃?xì)庠谕耆荛]的系統(tǒng)中運(yùn)行，比汽油安全，LPG汽車從投入使用至今未見爆炸記錄。5)比使用汽油便宜，具體經(jīng)濟(jì)指標(biāo)須視當(dāng)?shù)靥烊粴饣騆PG供應(yīng)價(jià)與汽油價(jià)格之差而定。9.1概述【本節(jié)目標(biāo)】1.了解壓縮天然氣(CNG)物化特性。2.記住壓縮天然氣(C

5、NG)發(fā)動機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的組成，理解其工作特點(diǎn)。3.會進(jìn)行簡單的改裝，熟悉改裝步驟。4.了解常見天然氣發(fā)動機(jī)故障現(xiàn)象及排除方法。9.29.2車用天然氣發(fā)動機(jī)車用天然氣發(fā)動機(jī)【基本理論知識】1.天然氣發(fā)動機(jī)的特點(diǎn) 天然氣是指地下多孔地質(zhì)構(gòu)造中發(fā)現(xiàn)的自然形成的烴類氣體和蒸氣的混合氣體。CNG是壓縮天然氣(Compressed Natural Gas)的英文縮寫。作為汽車燃料CNG和汽油比較有以下特點(diǎn)：1)熱效率高。2)經(jīng)濟(jì)性好。3)發(fā)動機(jī)的安全可靠性能得到保證。4)對環(huán)境的污染少。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-1CNG型機(jī)電控制式壓縮天然氣汽車的油、氣、電路系統(tǒng)示意圖1高壓鋼瓶2高壓截止閥3壓力表

6、4高壓電磁閥5減壓閥總成6氣量顯示燈7混合器8空氣濾清器9化油器10壓力傳感器11汽油電磁閥12汽油泵13斷電器14點(diǎn)火線圈15點(diǎn)火時間轉(zhuǎn)換器16油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)17充氣閥2.天然氣發(fā)動機(jī)分類(1)按燃料供給系統(tǒng)分(2)按控制方式分按照控制方式，CNG汽車分機(jī)械控制式和機(jī)電控制式兩大類，后者使用最多。機(jī)電控制式車用壓縮天然氣汽車的油、氣、電路系統(tǒng)及電氣原理如圖9-1和圖9-2所示。(3)按燃料供給方式分9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-2CNG型機(jī)電控制式壓縮天然氣汽車電氣原理圖1點(diǎn)火開關(guān)2氣量顯示燈3燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)4點(diǎn)火線圈5汽油電磁閥6怠速電磁閥7減壓閥8壓力傳感器9高壓電磁閥9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖

7、9-3CNG兩用燃料汽車燃料供給流程圖3.壓縮天然氣(CNG)發(fā)動機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的組成(1)預(yù)混合點(diǎn)燃式CNG/汽油兩用燃料發(fā)動機(jī)預(yù)混合點(diǎn)燃式CNG/汽油兩用燃料發(fā)動機(jī)可以使用CNG，也可通過切換開關(guān)轉(zhuǎn)為使用汽油。圖9-3所示為CNG兩用燃料汽車的燃料供給流程圖。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)CNG/汽油兩用燃料供給系統(tǒng)工作原理如圖9-4所示。CNG供氣回路和汽油供油回路在化油器前是兩套并行的燃料供給系統(tǒng)。圖9-4CNG/汽油兩用燃料供給系統(tǒng)原理圖1充氣閥2氣瓶閥3氣瓶4高壓管路5外套管6混合器7汽油電磁閥8回油單向閥9汽油泵10化油器11供氣三通管12減壓器13減壓器電磁閥14CNG進(jìn)氣口15CN

8、G出氣口16壓力表17散熱器18入水口19恒溫器20怠速調(diào)節(jié)螺釘21蓄電池22點(diǎn)火開關(guān)23點(diǎn)火線圈24熔斷器25油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)26點(diǎn)火提前調(diào)節(jié)器9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-5閉環(huán)控制多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)加裝CNG裝置原理圖1充氣閥2氣瓶閥3氣瓶4高壓管路5外套管6混合器7供氣三通管8噴油器9步進(jìn)電動機(jī)伺服閥10減壓器11天然氣低壓電磁閥12CNG進(jìn)氣口13CNG出氣口14壓力表15散熱器16水管接頭17怠速調(diào)節(jié)螺釘18蓄電池19點(diǎn)火開關(guān)20點(diǎn)火線圈21熔斷器22油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)23ECU電控系統(tǒng)24氧傳感器25噴油器電插座轉(zhuǎn)接頭26噴油器電插座27燃?xì)怆姶砰y圖9-5所示為電噴發(fā)動機(jī)加裝閉環(huán)電控CNG系統(tǒng)

9、工作原理。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)(2)預(yù)混合壓燃式天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)可以使用天然氣為主燃料工作，也可以完全采用柴油為燃料來運(yùn)行。圖9-6所示為預(yù)混合壓燃式雙燃料供氣系統(tǒng)簡圖,圖9-7所示為采用機(jī)械控制方式的雙燃料發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖。 如圖9-7所示，打開儲氣瓶供氣閥5，氣瓶中的高壓天然氣(20MPa)向發(fā)動機(jī)供氣。從圖9-7可知，雙燃料發(fā)動機(jī)的燃料供給系統(tǒng)由四部分組成：天然氣的儲存主要由氣瓶、壓力表、充氣閥等構(gòu)成。天然氣的供給和調(diào)節(jié)主要由加熱器、高壓減壓閥、低壓減壓閥、天然氣過濾器、開關(guān)閥、控制閥和混合器等構(gòu)成。柴油的供給系統(tǒng)主要由油箱、輸油泵、噴油泵、噴油器和管路

10、等構(gòu)成。發(fā)動機(jī)控制主要由控制閥門的傳動裝置、轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)、天然氣供給閉鎖裝置等構(gòu)成。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-6預(yù)混合壓燃式雙燃料供氣系統(tǒng)簡圖9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-7雙燃料發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖1車載氣瓶2氣瓶壓力表3高壓輸氣管路4氣瓶充氣閥5儲氣瓶供氣閥6加熱器7高壓減壓閥8報(bào)警裝置9限壓閥10過濾器和開關(guān)閥11低壓供氣管12供氣量控制閥13混合器14低壓減壓閥15高壓油泵供油量限位器16燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)17發(fā)動機(jī)18高壓油泵9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-8天然氣噴射發(fā)動機(jī)供氣系統(tǒng)(3)電子控制壓縮天然氣(CNG)單燃料發(fā)動機(jī)電噴技術(shù)是氣體燃料發(fā)動機(jī)采用的先進(jìn)燃料供給技術(shù)。目前，電噴技術(shù)的氣體燃

11、料供給形式有兩大類：缸外供氣和缸內(nèi)供氣。圖9-8所示為本田汽車公司開發(fā)的燃?xì)鈬娚湎到y(tǒng)。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-9充氣閥1手動截止閥2防塵塞3排氣螺塞4.天然氣汽車主要部件結(jié)構(gòu)和功能(1)充氣閥充氣閥有插銷式和卡口式兩種，我國標(biāo)準(zhǔn)已統(tǒng)一孔徑為?12mm的插銷式充氣閥，如圖9-9所示。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-10氣瓶口裝置1手動截止閥2安全裝置3進(jìn)氣口4出氣口(2)CNG儲氣瓶 車載氣瓶組由812個高壓氣瓶組成，其瓶數(shù)多少決定于汽車行駛的里程數(shù)、氣瓶的容積和汽車布置的空間。氣瓶通過管道連接并聯(lián)而成。氣瓶口裝置由進(jìn)氣口、出氣口、手動截止閥和安全裝置四部分組成，如圖9-10所示;必要時可用手動

12、截止閥關(guān)閉氣瓶與高壓管線的通道。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-11高壓截止閥1接頭2、5墊圈3、6、10螺母4膜片7心軸8加長軸9手輪11閥門12彈簧13密封墊14閥體15三通接頭16量孔(3)高壓截止閥從氣瓶組到供氣部分的減壓調(diào)節(jié)器之間裝有高壓截止閥。當(dāng)汽車因加氣、修理、入庫停車時，用來截止氣瓶組到減壓調(diào)節(jié)器之間的氣路連接。其結(jié)構(gòu)如圖9-11所示。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-12卡套式高壓接頭a)卡套咬合前b)卡套咬合后1接頭體2卡套3螺母4鋼管(4)高壓管線及高壓接頭高壓管線采用不銹鋼無縫鋼管或其他車用高壓天然氣專用管線。我國目前采用?6或?8的1Cr18Ni9Ti不銹鋼無縫鋼管。高壓接頭采

13、用卡套式管件，由接頭體、卡套和壓緊螺母三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖9-12所示。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-13減壓調(diào)節(jié)器外形1三級壓力調(diào)節(jié)螺釘2怠速加濃調(diào)節(jié)螺釘3減壓器殼體4電磁閥5低壓天然氣出口6循環(huán)水出口7高壓天然氣進(jìn)口8一級減壓腔9二級減壓腔10低壓天然氣出口(備用)11循環(huán)水入口(5)氣壓顯示裝置(6)減壓調(diào)節(jié)器車用天然氣一般是被壓縮到20MPa后儲存到高壓氣瓶中。減壓調(diào)節(jié)器外形如圖9-13所示，其包括一級減壓腔、二級減壓腔、怠速調(diào)節(jié)等。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-14減壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理 結(jié)構(gòu)原理如圖9-14所示：1)減壓器充氣狀態(tài)2)發(fā)動機(jī)起動工況3)怠速和低速小負(fù)荷工況4)大負(fù)荷或加速

14、工況9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-15文丘里混合器(7)混合器目前，在CNG汽車燃料供給系統(tǒng)中有兩種不同原理的混合器：一種是文丘里式，即根據(jù)流體在管道中流動時，截面積越小處其流速越大而靜壓力越小的文丘里原理制成；另一種是混合器安裝在空濾器和化油器之間，一般混合器由殼體和芯子兩部分組成。芯子喉徑最小處均勻分布一圈小孔，殼體上有天然氣進(jìn)氣道，其結(jié)構(gòu)如圖9-15a所示。動力調(diào)節(jié)閥安裝在減壓調(diào)節(jié)器和混合器之間的低壓管路中，其原理如圖9-15b和圖9-15c所示。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-16DDEC柴油/天然氣噴射器結(jié)構(gòu)(8)氣體噴射器氣體噴射器是電控CNG燃料噴射系統(tǒng)中提供燃料的關(guān)鍵部件。DDEC柴

15、油/天然氣噴射器結(jié)構(gòu)如圖9-16所示。噴射器的噴射時刻和持續(xù)時間由電磁閥的電子控制和液壓系統(tǒng)控制相結(jié)合。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)圖9-17天然氣過濾器及開關(guān)閥1天然氣固定螺栓2天然氣殼體3金屬網(wǎng)4毛氈過濾元件5過濾器體6天然氣出口接頭7電磁閥線圈8密封墊圈9閥10天然氣進(jìn)口接頭(9)天然氣過濾器及開關(guān)閥天然氣過濾器及開關(guān)閥的作用是控制低壓系統(tǒng)氣路的接通或斷開和過濾掉減壓后氣體中的雜質(zhì)，如圖9-17所示。(10)電磁閥(11)燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)5.天然氣汽車的改裝 改裝天然氣汽車首先要向當(dāng)?shù)貦C(jī)動車輛管理部門提出申請，經(jīng)認(rèn)可后到指定的改裝部門改裝。改裝完畢應(yīng)為車輛辦理機(jī)動車異動手續(xù)。

16、改裝前，要進(jìn)行車輛性能檢查，要求發(fā)動機(jī)的起動性能良好，加速靈敏，最大功率不得低于發(fā)動機(jī)標(biāo)定功率的85%，否則不宜改裝。改裝步驟及注意事項(xiàng)如下:(1)安裝天然氣儲氣瓶(2)安裝減壓調(diào)節(jié)器總成9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)6.安裝高壓管路系統(tǒng)1)將壓力表、高壓錐扣接頭裝到高壓手動截止閥上，然后將高壓手動截止閥裝到減壓調(diào)節(jié)器進(jìn)氣接頭上。2)將充氣閥安裝在既安全又便于充氣的部位。3)安裝高壓管路及高壓接頭組件。4)安裝汽油電磁閥或晶體管電動燃油泵。5)安裝燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)和氣量顯示器。6)安裝電器線束。7)檢查充氣密封性。7.檢查調(diào)試車輛1)調(diào)試前的檢查調(diào)整。2)車輛調(diào)試。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)表9-1CNG汽車

17、發(fā)動機(jī)燃料供給系統(tǒng)的常見故障現(xiàn)象和排除方法8. CNG汽車發(fā)動機(jī)燃料系統(tǒng)常見故障的診斷和排除 天然氣汽車發(fā)動機(jī)常見故障主要是燃料供給系統(tǒng)的故障，由于CNG汽車改裝過程中安裝的專用燃料裝置型號不相同，因此故障原因也可能不盡相同。表9-1是CNG汽車發(fā)動機(jī)燃料供給系統(tǒng)的常見故障現(xiàn)象和排除方法。9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)表9-1CNG汽車發(fā)動機(jī)燃料供給系統(tǒng)的常見故障現(xiàn)象和排除方法9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)表9-1CNG汽車發(fā)動機(jī)燃料供給系統(tǒng)的常見故障現(xiàn)象和排除方法9.2車用天然氣發(fā)動機(jī)【本節(jié)目標(biāo)】1.了解車用液化石油氣(LPG)的概念及應(yīng)用。2.掌握車用液化石油氣(LPG)發(fā)動機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的組成和工作特

18、點(diǎn)。3.熟悉液化石油氣發(fā)動機(jī)常見故障的診斷與排除。9.39.3車用液化石油氣發(fā)動機(jī)車用液化石油氣發(fā)動機(jī)【基本理論知識】 液化石油氣（Liquefied Petroleum Gas）, 簡稱LPG。 LPG主要是由丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）組成的，有些LPG還含有丙烯（C3H6）和丁烯（C4H8）。LPG一般是從油氣田、煉油廠或乙烯廠石油氣中獲得。在常溫、常壓下液化石油氣呈氣態(tài)，但加壓(16MPa左右)或冷卻后容易液化，因而便于儲存和運(yùn)輸。1)單燃料汽車。2)兩用燃料汽車。3)雙燃料汽車。9.3車用液化石油氣發(fā)動機(jī)1. LPG和汽油兩用燃料發(fā)動機(jī)的燃料供給系統(tǒng)的組成 LPG汽車目前主要

19、有兩種形式：化油器型和電噴型。車用LPG燃料供給系統(tǒng)主要部件有:鋼瓶、蒸發(fā)調(diào)壓器、LPG電磁閥、汽油電磁閥、混合器、循環(huán)水管、轉(zhuǎn)換開關(guān)、高壓管、電路裝置等。 LPG/汽油兩用燃料汽車化油器型系統(tǒng)流程圖如圖9-18所示。圖9-18LPG/汽油兩用燃料汽車化油器型系統(tǒng)流程圖9.3車用液化石油氣發(fā)動機(jī)圖9-19LPG/汽油兩用燃料汽車電噴型系統(tǒng)流程圖 LPG/汽油兩用燃料汽車電噴型系統(tǒng)流程如圖9-19所示，其系統(tǒng)安裝如圖9-20所示。 LPG發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1)動力輸出相比于汽油機(jī)略低。2)經(jīng)濟(jì)性好于汽油機(jī)。3)排放明顯好于汽油機(jī)。9.3車用液化石油氣發(fā)動機(jī)圖9-20電噴汽車LPG燃料供給系統(tǒng)安裝示意圖9.3車用液化石油氣發(fā)動機(jī)圖9-21多功能閥2.液化石油氣發(fā)動機(jī)主要部件簡介(1)液化石油氣鋼瓶(2)多功能閥多功能閥安裝在鋼瓶上。其結(jié)構(gòu)如圖9-21所示，由加注口、進(jìn)液閥、限流閥、限充閥、出液閥、安全閥、放氣閥和氣量顯示器組成。9.3車用液化石油氣發(fā)動機(jī)圖9-22蒸發(fā)調(diào)壓器結(jié)構(gòu)示意1低壓膜片2氣體入口3、8加熱水路4一次減壓彈簧5安全閥彈簧6一級膜片7一級減壓室9電磁閥10怠速調(diào)整螺釘11低速調(diào)整螺釘12氣體出口13低壓閥門14低壓杠桿15二級減壓室16進(jìn)氣閥(