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CNG汽車減壓調(diào)節(jié)器技術(shù)改造

    作為汽油的替代燃料，天然氣已經(jīng)越來(lái)越多地使用在量產(chǎn)車型上，國(guó)內(nèi)許多公交車和出租車都已經(jīng)開始使用天然氣。CNG汽車是以壓縮天然氣為燃料，因其排放量低、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益較好，由國(guó)家科技部等13個(gè)部委作為清潔汽車推廣。隨著CNG汽車數(shù)量的增加，白城市大地天然氣有限公司發(fā)現(xiàn)改裝后的部分CNG汽車會(huì)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、耗氣量過(guò)大、動(dòng)力不足等問(wèn)題。本文對(duì)CNG汽車產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因及技術(shù)改造措施進(jìn)行探討。

    CNG汽車采用定型汽車改裝，改裝部分由天然氣儲(chǔ)氣系統(tǒng)、天然氣供氣系統(tǒng)、燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、氣量顯示系統(tǒng)等4個(gè)系統(tǒng)組成。其中，天然氣供氣系統(tǒng)尤為重要，它由減壓調(diào)節(jié)器、天然氣低壓管道、功率閥(空燃比控制閥)、混合器等組成。減壓調(diào)節(jié)器具有減壓、調(diào)壓、加熱和調(diào)節(jié)供氣量等功能，是CNG汽車的關(guān)鍵部件，它由一、二、三級(jí)減壓閥、天然氣電磁閥(高壓或低壓電磁閥)、啟動(dòng)電磁閥、怠速供氣調(diào)節(jié)裝置、加熱裝置等組成三級(jí)組合式結(jié)構(gòu)。一、二級(jí)減壓閥具有減壓和調(diào)壓的作用，三級(jí)減壓閥具有減壓和根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)真空度變化調(diào)節(jié)供氣量的作用。天然氣低壓管道是連接減壓調(diào)節(jié)器出口與混合器進(jìn)口的專用膠管；功率閥安裝在天然氣低壓管道上，是手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整空燃比的部件；混合器安裝在化油器或節(jié)氣門體(電噴車)的上游，其作用是將空氣與天然氣混合，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒要求。

    CNG汽車以壓縮天然氣為燃料時(shí)，儲(chǔ)氣瓶中的壓縮天然氣通過(guò)高壓管道進(jìn)入減壓調(diào)節(jié)器，經(jīng)減壓調(diào)節(jié)器減壓、調(diào)壓后，通過(guò)低壓管道進(jìn)入混合器，再與空氣混合后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中燃燒。來(lái)自儲(chǔ)氣瓶的壓縮天然氣經(jīng)三級(jí)組合式減壓調(diào)節(jié)器減壓、調(diào)壓后，若成為正壓供氣，則該系統(tǒng)為正壓供氣系統(tǒng)；若成為負(fù)壓供氣，則該系統(tǒng)為負(fù)壓供氣系統(tǒng)。減壓調(diào)節(jié)器可根據(jù)混合器喉管處天然氣真空度的變化提供所需要的天然氣量，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的正常工作。為提高CNG汽車的操作性能，駕駛室安裝油、氣燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于控制汽油與天然氣的切換。在使用燃?xì)鈺r(shí)，燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)具有發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后3 s自動(dòng)斷開天然氣電磁閥電源、關(guān)閉氣路的功能，避免天然氣泄漏，保證CNG汽車的使用安全。燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)上設(shè)有二極管或數(shù)碼管，用于顯示儲(chǔ)氣瓶中的天然氣壓力。

    ①一般情況下怠速不穩(wěn)的原因有以下幾個(gè)方面：a．發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓太低；b．發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工況偏差太大；c．氣門間隙太小；d．混合氣過(guò)濃或過(guò)稀；e．節(jié)氣門開度太大；f．油氣混燒。

    ②一般情況下耗氣量過(guò)大的原因有以下幾個(gè)方面：a．電池電壓低，點(diǎn)火系統(tǒng)有故障使點(diǎn)火能量不足；b．汽車滑行性能差，傳動(dòng)系統(tǒng)磨損嚴(yán)重或調(diào)整不當(dāng)，行駛阻力大；c．加氣站氣質(zhì)、加氣方法等因素；d．混合器的天然氣最大流量調(diào)整不當(dāng)，使混合氣偏濃； e．點(diǎn)火提前角、功率閥、火花塞間隙、氣門間隙及怠速等調(diào)整不當(dāng)；f．高低壓天然氣管道及部件有漏氣現(xiàn)象；g．三級(jí)減壓調(diào)節(jié)器輸出壓力太高；h．發(fā)動(dòng)機(jī)水溫<80℃，減壓調(diào)節(jié)器加熱效果不好；路況差，行駛速度慢，啟動(dòng)次數(shù)多。

    ③一般情況下動(dòng)力不足的原因有以下幾個(gè)方面：a．混合氣過(guò)濃；b．混合氣過(guò)稀；c．點(diǎn)火系統(tǒng)工作不正常；d．發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓太低。

根據(jù)以上原因，請(qǐng)CNG汽車生產(chǎn)廠家進(jìn)行維修、調(diào)試，但仍然達(dá)不到理想效果。在此情況下，白城市大地天然氣有限公司組織技術(shù)人員對(duì)CNG改裝汽車的4個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行研究、測(cè)試，發(fā)現(xiàn)造成怠速不穩(wěn)、耗氣量過(guò)大、動(dòng)力不足的重要原因是減壓調(diào)節(jié)器壓力過(guò)高、流量增大。吉林省白城市出租車以天津夏利汽車和比亞迪汽車為主，以60 km／h的速度等速行駛1 h測(cè)量，兩種車使用90號(hào)汽油的耗油量為5.O L／h，90號(hào)汽油密度(液相)為780 kg／m。，低熱值為43.90 MJ／kg；以天然氣為燃料時(shí)，實(shí)測(cè)耗氣量為5.6 m³／h，天然氣密度(氣相，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))為0.715k∥m’，低熱值為50.05 MJ／kg。每小時(shí)消耗熱量的

計(jì)算公式為：

   式中0——每小時(shí)消耗熱量，MJ／h

    P——密度，k/m³

    q——每小時(shí)需消耗燃料的體積，m³／h

    Q。——燃料的低熱值，MJ／kg

由式(1)得，以90號(hào)汽油為燃料時(shí)，每小時(shí)消耗熱量171.2 MJ／h；以天然氣為燃料時(shí)，每小時(shí)需消耗熱量200.4 MJ／h。數(shù)據(jù)表明，以天然氣為燃料時(shí)，所消耗熱量明顯大于以90號(hào)汽油為燃料時(shí)消耗的熱量，主要是天然氣流量過(guò)大造成的，而天然氣流量過(guò)大的原因是減壓調(diào)節(jié)器壓力過(guò)高。由CNG汽車生產(chǎn)廠家提供的減壓調(diào)節(jié)器出廠原始參數(shù)為：一級(jí)壓力：0.26～O.32 MPa，二級(jí)壓力：0.10～0.15MPa，一級(jí)閥芯調(diào)整間隙：0.4 mm。

    CNG汽車減壓調(diào)節(jié)器的三級(jí)減壓閥出口壓力是一定的，維持在±300 Pa，故只需調(diào)節(jié)減壓閥的一級(jí)閥芯調(diào)整問(wèn)隙、一、二級(jí)彈簧長(zhǎng)度和二級(jí)閥芯厚來(lái)調(diào)節(jié)壓力，減少天然氣流量，試驗(yàn)調(diào)試結(jié)果見表1。

 

經(jīng)調(diào)試后，試驗(yàn)1中的汽車動(dòng)力性沒(méi)有變化，耗氣量有小幅度降低，穩(wěn)定性良好；試驗(yàn)2、3中的汽車動(dòng)力性不但沒(méi)有降低還有了明顯提高，并且耗氣量顯著降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性優(yōu)良；試驗(yàn)4中，由于減壓調(diào)節(jié)器的壓力過(guò)低，達(dá)不到汽車高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的進(jìn)氣量，并且出現(xiàn)了高速滑行熄火、怠速不穩(wěn)、急加速不良的故障。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),研制出符合白城市氣候、道路、車型等特點(diǎn)的CNG汽車減壓調(diào)節(jié)器的技術(shù)改造方案：一級(jí)閥芯調(diào)整間隙為O.12～O.15 mm，一級(jí)彈簧

長(zhǎng)度為30-31mm，二級(jí)彈簧長(zhǎng)度為30 mm，二級(jí)閥芯厚度為2 mm，一級(jí)壓力為0.18～0.20 MPa，二級(jí)壓力為O.06～0.08 MPa。改造后，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)耗氣量為4.5 m³／h，由式(1)得，每小時(shí)消耗熱量161.0MJ／h，與以90號(hào)汽油為燃料時(shí)每小時(shí)消耗熱量171.2 MJ／h接近。經(jīng)過(guò)對(duì)尾氣進(jìn)行檢驗(yàn)后，混合氣中空氣的量與天然氣的量之比在理論空燃比附近，從而獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性也明顯提高。

    通過(guò)白城市大地天然氣有限公司對(duì)CNG汽專減壓調(diào)節(jié)器的技術(shù)改造，改造后的CNG汽車每1 m³天然氣可行駛17—24 km，與改造前行駛13～18 km相比，已有了大幅度提高。CNG汽車運(yùn)行效果擎好，故障率低，從而吸引了大量改裝用戶，大大增加了改裝的數(shù)量，年銷售氣量也有明顯增加。本項(xiàng)技術(shù)改造工作只針對(duì)白城市的氣候、道路等情況，采集的車型也有限，因此技術(shù)改造存在一定程度上的不足和局限性。為此，下一步計(jì)劃根據(jù)其他地區(qū)的氣候條件、道路、狀況不同車型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并綜合其他相關(guān)領(lǐng)域開展進(jìn)一步技術(shù)改造工作。