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天然氣供氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

　　評論：　更新日期：2013年04月11日

? 天然氣供氣系統(tǒng)的性能、同發(fā)動機優(yōu)化匹配情況，對天然氣發(fā)動機性能有至關(guān)重要的影響。如表4-1所示，在解放CA6102型汽油機上，采用不同的供氣系統(tǒng)裝置，提高壓縮比，充分證明壓縮比的提高可部分補償發(fā)動機的標(biāo)定功率損失，而且采用性能優(yōu)良的供氣裝置可使標(biāo)定功率損失大幅度降低。原機壓縮比為6.75時，采用1#供氣裝置的標(biāo)定功率損失達24.2%，壓縮比提高到7.6時標(biāo)定功率損失降為18.1%。而采用2#供氣裝置，壓縮比為7.6時，同原機型相比，標(biāo)定功率損失可降低到10%左右。

試驗中采用的天然氣中CH₄含量均在95%左右。采用7.6壓縮比和2^#供氣裝置時，同時采用了改進型進氣道，加大了進氣充量。若作為CNG和汽油兩用燃料發(fā)動機，應(yīng)采用90^#汽油。

天然氣供氣系統(tǒng)包括高壓電磁閥、減壓閥和混合器等，其中最關(guān)鍵組件就是減壓閥和混合器，下面分別介紹。

一、減壓閥

??? 天然氣減壓閥是GNG汽車供氣系統(tǒng)中的重要組成部分，目前國內(nèi)使用的進口減壓閥有三級也有四級，其玉作原理基本上是一致的。

汽車在運行中所需天然氣的量值是一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)，對減壓系統(tǒng)的技術(shù)要求非常高，生產(chǎn)工藝的難度也比較大。整套減壓系統(tǒng)進口價格較高。圖4-5是減壓閥的結(jié)構(gòu)原理圖。

??? 從高壓鋼瓶中釋放出的CNG流經(jīng)高壓管，再經(jīng)過接頭1進入減壓閥。CNG經(jīng)過過濾器2濾除氣體中的雜質(zhì)，進入閥腔4，氣體作用在橡膠膜片5上產(chǎn)生與彈簧6的相互作用力。當(dāng)腔4氣壓達到一定值時，作用于杠桿的合力矩迫使，閥門3關(guān)閉，CNG不再進入腔4。這一過程，完成了高壓天然氣到低壓天然氣的第一級壓降。腔4中的氣體經(jīng)孔7進入腔8，此時電磁閥14處在斷電的常閉狀態(tài)，氣體經(jīng)標(biāo)定孔9和孔10進入腔11，腔8與腔11由膜片12分開，由于膜片12兩面所承受的氣壓相同，在這種情況下彈簧16封閉了通向腔18的通道17，使腔8、腔4、腔11中的氣體保持靜態(tài)，其壓強等于0.25MPa。當(dāng)汽車開始發(fā)動時，電磁閥14通電，封閉孔13打開，腔8中的氣體經(jīng)標(biāo)定孔9流入孔13；閥門15是控制由孔13進入腔18的氣流。在彈簧21的作用下調(diào)整旋鈕22可以控制進入腔18的氣壓，通常將其控制在0～0.178MPa。

??? 無論何時只要腔18產(chǎn)生文氏真空，經(jīng)孔13和閥15進入腔18的氣體超過了標(biāo)定孔9的供氣能力，腔11就會產(chǎn)生壓降，腔8因為有從腔4的不斷補充仍然保持在0.25MPa。這樣腔8與腔11的壓力差迫使彈簧16打開通道17，大量的氣體流入腔18滿足汽車發(fā)動機需要。

??? 減壓閥的大幅度壓降導(dǎo)致溫度的下降，為防止結(jié)冰影響密封件的壽命必須采用加溫裝置。將減壓閥與發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)接通。熱水由接頭A流入，經(jīng)腔B由接頭C流出，在接頭c里安裝有一個特殊的恒溫器。由于熱水不斷循環(huán)就使減壓閥的工作溫度始終保持在50℃左右。

二、混合器

??? 天然氣的混合器同汽油機的化油器作用類似，因此由簡入繁，從最簡單的單一功能到發(fā)動機各種工況要求而愈發(fā)復(fù)雜。

在定量配氣時，空氣和天然氣處于同一聚集狀態(tài)，其流量規(guī)律是相近似的，可以比氣液更容易混合成所需比例。因此，混合器最簡單流程如圖4-6所示。但是，實際的減壓閥不能提供這樣的理想條件。減壓閥出口氣壓變化很大，這是由于混合器的流量特征以及氣體總能量的下降所致。氣體總能量下降在其流量小時對壓力影響很大。也就是說，在壓差較小情況下，氣體的準(zhǔn)確定量是不可能的。由此得出的結(jié)論是：供給怠速系統(tǒng)和主供氣系統(tǒng)的燃料應(yīng)分別送到混合器擴散管(圖4-7)。這兩個系統(tǒng)的供氣比例可按兩種方法確定：直接在減壓閥出口處使用限制量孔或混合器中的燃料氣噴孔。

圖4-7結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是流程簡單并能節(jié)約天然氣。其缺點是在主定量配氣單元之后管路分叉，因此可能在系統(tǒng)之間產(chǎn)生無法控制的氣體串流。這種串流會歪曲氣體的定量配比，并降低發(fā)動機在某些運轉(zhuǎn)狀態(tài)下混合器的工作穩(wěn)定性。實際上，在限制量孔之后管路中的真空狀況，決定于通過怠速系統(tǒng)的氣流量和主供氣系統(tǒng)出口處的真空狀況。在最低空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(即怠速)時主供氣系統(tǒng)出口處真空度小，因此空氣很容易從混合器空氣道進入主供氣系統(tǒng)。在這種情況下，天然氣干道的壓力接近大氣壓。由于減壓閥所調(diào)壓力低于大氣壓，發(fā)動機實際上是不可能工作的。所以，這種最簡單的流程只有在減壓閥所調(diào)壓力大于大氣壓時才能工作。但是，在這種情況下，由怠速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機構(gòu)幫助，精確控制供氣量是不可能的，因為剩余氣體很容易經(jīng)過主供氣系統(tǒng)進入混合器的空氣道。基于這個原因，就必須用調(diào)整減壓閥的方法來調(diào)節(jié)最低空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時的供氣量，這就不能保證供氣的高度精確性和穩(wěn)定性。此外，在打開節(jié)氣閥增加負荷的初期時，天然氣干道中的真空度將迅速上升，這將導(dǎo)致混合氣變稀和發(fā)動機工作“間歇”。

? ??消除上述缺點的較合理方法是在混合器中采用一種專門的單向閥(圖4-8)，可以在天然氣干道中壓力低于該系統(tǒng)出口孔處壓力時，防止空氣通過主供氣系統(tǒng)進入怠速系統(tǒng)，同時也可在空氣道真空度不夠情況下防止天然氣不受控制地進入混合器空氣道。但是，這個流程需要采用足夠密封的高靈敏度的(即具有不大鎖閉力)單向閥。然而，單向閥在打開時刻前會阻礙天然氣通過主供氣系統(tǒng)，從而會使混合氣變稀，并在節(jié)氣閥打開時刻使發(fā)動機工作“間歇”。為彌補“間歇”必須節(jié)氣引進轉(zhuǎn)移孔。