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1、汽车发动机构造与维修,主编 屈殿银 尹维贵,模块9新型燃料发动机简介,【学习目标】1.了解发动机新型燃料的开发和使用现状。2.掌握天然气(CNG)发动机的燃料供给系统的组成和工作特点。3.掌握液化石油气(LPG)发动机的燃料供给系统的组成和工作特点。4.掌握蒸发调压器、混合器、电磁阀等部件的结构和工作原理。5.了解改装内容及故障诊断。,【本节目标】了解目前国内外新型燃料发动机开发和应用现状,9.1概述,【基本理论知识】目前世界汽车保有量约8亿辆，预计到2020年全球汽车保有量将达到12亿辆，主要增量来自发展中国家。国际能源机构（IEA）的统计数据表明，2001年全球57%的石油消费在交通领域（
2、其中美国达到67%）。预计到2020年交通用油占全球石油总消耗的62%以上。美国能源部预测，2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年的供需缺口几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。与此同时，交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的主要来源之一。为此，全球已达成共识：交通能源转型势在必行。,9.1概述,综合国外各种研究预测和各大国际汽车公司与能源公司的技术发展路线图，结合我国具体国情和发展现状，可初步展望我国汽车能源动力系统的转型趋势：1)2010年左右，随着石油价格的上涨和燃油税的征收以及排放法规与国际接轨，我国汽车能源动力系统技术转型的转折点将会
3、出现。以混合动力和混合燃料为主体的新能源动力系统车辆产业化高潮将会到来。2)2020年左右，随着常规石油供需缺口的出现和CO2政策法规的实施以及燃料电池、动力电池等新型能源动力技术的进步，我国汽车能源动力系统技术转型将取得进一步突破，燃料电池轿车产业化可望兴起。3)21世纪上半叶，基于各种液体燃料及其基础设施的先进内燃机与混合动力车、基于各种气体燃料及其基础设施的燃气与燃料电池车、基于电燃料及其基础设施的纯电动车将会长期并存。由于最近几年发展燃气汽车是我国清洁汽车行动的重要内容，液化石油气和压缩天然气在降低汽车排放污染方面有一定的潜力，本模块主要介绍天然气发动机和液化石油气发动机的应用。,9.
4、1概述,天然气和液化石油气作为内燃机燃料有以下优势:1)尾气排放中不含铅和苯，硫含量极微。2)抗爆燃性好，辛烷值达103110，远高于汽油，有利于增大燃气压缩比，提高发动机的动力性能。3)燃料以气态进入气缸，燃烧较充分，热效率高，积炭少，这使发动机的大修期延长30%40，使润滑油更换周期延长50，降低了维护费用和运行成本。4)采取了多项有效的技术措施和设施，使燃气在完全密闭的系统中运行，比汽油安全，LPG汽车从投入使用至今未见爆炸记录。5)比使用汽油便宜，具体经济指标须视当地天然气或LPG供应价与汽油价格之差而定。,9.1概述,【本节目标】1.了解压缩天然气(CNG)物化特性。2.记住压缩天然
5、气(CNG)发动机的燃料供给系统的组成，理解其工作特点。3.会进行简单的改装，熟悉改装步骤。4.了解常见天然气发动机故障现象及排除方法。,9.2车用天然气发动机,【基本理论知识】1.天然气发动机的特点 天然气是指地下多孔地质构造中发现的自然形成的烃类气体和蒸气的混合气体。CNG是压缩天然气(Compressed Natural Gas)的英文缩写。作为汽车燃料CNG和汽油比较有以下特点：1)热效率高。2)经济性好。3)发动机的安全可靠性能得到保证。4)对环境的污染少。,9.2车用天然气发动机,图9-1CNG型机电控制式压缩天然气汽车的油、气、电路系统示意图1高压钢瓶2高压截止阀3压力表4高压电
6、磁阀5减压阀总成6气量显示灯7混合器8空气滤清器9化油器10压力传感器11汽油电磁阀12汽油泵13断电器14点火线圈15点火时间转换器16油气转换开关17充气阀,2.天然气发动机分类(1)按燃料供给系统分(2)按控制方式分按照控制方式，CNG汽车分机械控制式和机电控制式两大类，后者使用最多。机电控制式车用压缩天然气汽车的油、气、电路系统及电气原理如图9-1和图9-2所示。(3)按燃料供给方式分,9.2车用天然气发动机,图9-2CNG型机电控制式压缩天然气汽车电气原理图1点火开关2气量显示灯3燃料转换开关4点火线圈5汽油电磁阀6怠速电磁阀7减压阀8压力传感器9高压电磁阀,9.2车用天然气发动机,
7、图9-3CNG两用燃料汽车燃料供给流程图,3.压缩天然气(CNG)发动机的燃料供给系统的组成(1)预混合点燃式CNG/汽油两用燃料发动机预混合点燃式CNG/汽油两用燃料发动机可以使用CNG，也可通过切换开关转为使用汽油。图9-3所示为CNG两用燃料汽车的燃料供给流程图。,9.2车用天然气发动机,CNG/汽油两用燃料供给系统工作原理如图9-4所示。CNG供气回路和汽油供油回路在化油器前是两套并行的燃料供给系统。,图9-4CNG/汽油两用燃料供给系统原理图1充气阀2气瓶阀3气瓶4高压管路5外套管6混合器7汽油电磁阀8回油单向阀9汽油泵10化油器11供气三通管12减压器13减压器电磁阀14CNG进气
8、口15CNG出气口16压力表17散热器18入水口19恒温器20怠速调节螺钉21蓄电池22点火开关23点火线圈24熔断器25油气转换开关26点火提前调节器,9.2车用天然气发动机,图9-5闭环控制多点燃油喷射系统加装CNG装置原理图1充气阀2气瓶阀3气瓶4高压管路5外套管6混合器7供气三通管8喷油器9步进电动机伺服阀10减压器11天然气低压电磁阀12CNG进气口13CNG出气口14压力表15散热器16水管接头17怠速调节螺钉18蓄电池19点火开关20点火线圈21熔断器22油气转换开关23ECU电控系统24氧传感器25喷油器电插座转接头26喷油器电插座27燃气电磁阀,图9-5所示为电喷发动机加装闭
9、环电控CNG系统工作原理。,9.2车用天然气发动机,(2)预混合压燃式天然气/柴油双燃料发动机天然气/柴油双燃料发动机可以使用天然气为主燃料工作，也可以完全采用柴油为燃料来运行。图9-6所示为预混合压燃式双燃料供气系统简图,图9-7所示为采用机械控制方式的双燃料发动机结构原理图。如图9-7所示，打开储气瓶供气阀5，气瓶中的高压天然气(20MPa)向发动机供气。从图9-7可知，双燃料发动机的燃料供给系统由四部分组成：天然气的储存主要由气瓶、压力表、充气阀等构成。天然气的供给和调节主要由加热器、高压减压阀、低压减压阀、天然气过滤器、开关阀、控制阀和混合器等构成。柴油的供给系统主要由油箱、输油泵、喷
10、油泵、喷油器和管路等构成。发动机控制主要由控制阀门的传动装置、转换开关系统、天然气供给闭锁装置等构成。,9.2车用天然气发动机,图9-6预混合压燃式双燃料供气系统简图,9.2车用天然气发动机,图9-7双燃料发动机结构原理图1车载气瓶2气瓶压力表3高压输气管路4气瓶充气阀5储气瓶供气阀6加热器7高压减压阀8报警装置9限压阀10过滤器和开关阀11低压供气管12供气量控制阀13混合器14低压减压阀15高压油泵供油量限位器16燃料转换开关17发动机18高压油泵,9.2车用天然气发动机,图9-8天然气喷射发动机供气系统,(3)电子控制压缩天然气(CNG)单燃料发动机电喷技术是气体燃料发动机采用的先进燃料
11、供给技术。目前，电喷技术的气体燃料供给形式有两大类：缸外供气和缸内供气。图9-8所示为本田汽车公司开发的燃气喷射系统。,9.2车用天然气发动机,图9-9充气阀1手动截止阀2防尘塞3排气螺塞,4.天然气汽车主要部件结构和功能(1)充气阀充气阀有插销式和卡口式两种，我国标准已统一孔径为12mm的插销式充气阀，如图9-9所示。,9.2车用天然气发动机,图9-10气瓶口装置1手动截止阀2安全装置3进气口4出气口,(2)CNG储气瓶 车载气瓶组由812个高压气瓶组成，其瓶数多少决定于汽车行驶的里程数、气瓶的容积和汽车布置的空间。气瓶通过管道连接并联而成。气瓶口装置由进气口、出气口、手动截止阀和安全装置四
12、部分组成，如图9-10所示;必要时可用手动截止阀关闭气瓶与高压管线的通道。,9.2车用天然气发动机,图9-11高压截止阀1接头2、5垫圈3、6、10螺母4膜片7心轴8加长轴9手轮11阀门12弹簧13密封垫14阀体15三通接头16量孔,(3)高压截止阀从气瓶组到供气部分的减压调节器之间装有高压截止阀。当汽车因加气、修理、入库停车时，用来截止气瓶组到减压调节器之间的气路连接。其结构如图9-11所示。,9.2车用天然气发动机,图9-12卡套式高压接头a)卡套咬合前b)卡套咬合后1接头体2卡套3螺母4钢管,(4)高压管线及高压接头高压管线采用不锈钢无缝钢管或其他车用高压天然气专用管线。我国目前采用6或
13、8的1Cr18Ni9Ti不锈钢无缝钢管。高压接头采用卡套式管件，由接头体、卡套和压紧螺母三部分组成，其结构如图9-12所示。,9.2车用天然气发动机,图9-13减压调节器外形1三级压力调节螺钉2怠速加浓调节螺钉3减压器壳体4电磁阀5低压天然气出口6循环水出口7高压天然气进口8一级减压腔9二级减压腔10低压天然气出口(备用)11循环水入口,(5)气压显示装置(6)减压调节器车用天然气一般是被压缩到20MPa后储存到高压气瓶中。减压调节器外形如图9-13所示，其包括一级减压腔、二级减压腔、怠速调节等。,9.2车用天然气发动机,图9-14减压调节器结构原理,结构原理如图9-14所示：1)减压器充气状
14、态2)发动机起动工况3)怠速和低速小负荷工况4)大负荷或加速工况,9.2车用天然气发动机,图9-15文丘里混合器,(7)混合器目前，在CNG汽车燃料供给系统中有两种不同原理的混合器：一种是文丘里式，即根据流体在管道中流动时，截面积越小处其流速越大而静压力越小的文丘里原理制成；另一种是混合器安装在空滤器和化油器之间，一般混合器由壳体和芯子两部分组成。芯子喉径最小处均匀分布一圈小孔，壳体上有天然气进气道，其结构如图9-15a所示。动力调节阀安装在减压调节器和混合器之间的低压管路中，其原理如图9-15b和图9-15c所示。,9.2车用天然气发动机,图9-16DDEC柴油/天然气喷射器结构,(8)气体
15、喷射器气体喷射器是电控CNG燃料喷射系统中提供燃料的关键部件。DDEC柴油/天然气喷射器结构如图9-16所示。喷射器的喷射时刻和持续时间由电磁阀的电子控制和液压系统控制相结合。,9.2车用天然气发动机,图9-17天然气过滤器及开关阀1天然气固定螺栓2天然气壳体3金属网4毛毡过滤元件5过滤器体6天然气出口接头7电磁阀线圈8密封垫圈9阀10天然气进口接头,(9)天然气过滤器及开关阀天然气过滤器及开关阀的作用是控制低压系统气路的接通或断开和过滤掉减压后气体中的杂质，如图9-17所示。(10)电磁阀(11)燃料转换开关,9.2车用天然气发动机,5.天然气汽车的改装 改装天然气汽车首先要向当地机动车辆管
16、理部门提出申请，经认可后到指定的改装部门改装。改装完毕应为车辆办理机动车异动手续。改装前，要进行车辆性能检查，要求发动机的起动性能良好，加速灵敏，最大功率不得低于发动机标定功率的85%，否则不宜改装。改装步骤及注意事项如下:(1)安装天然气储气瓶(2)安装减压调节器总成,9.2车用天然气发动机,6.安装高压管路系统1)将压力表、高压锥扣接头装到高压手动截止阀上，然后将高压手动截止阀装到减压调节器进气接头上。2)将充气阀安装在既安全又便于充气的部位。3)安装高压管路及高压接头组件。4)安装汽油电磁阀或晶体管电动燃油泵。5)安装燃料转换开关和气量显示器。6)安装电器线束。7)检查充气密封性。7.检
17、查调试车辆1)调试前的检查调整。2)车辆调试。,9.2车用天然气发动机,表9-1CNG汽车发动机燃料供给系统的常见故障现象和排除方法,8.CNG汽车发动机燃料系统常见故障的诊断和排除 天然气汽车发动机常见故障主要是燃料供给系统的故障，由于CNG汽车改装过程中安装的专用燃料装置型号不相同，因此故障原因也可能不尽相同。表9-1是CNG汽车发动机燃料供给系统的常见故障现象和排除方法。,9.2车用天然气发动机,表9-1CNG汽车发动机燃料供给系统的常见故障现象和排除方法,9.2车用天然气发动机,表9-1CNG汽车发动机燃料供给系统的常见故障现象和排除方法,9.2车用天然气发动机,【本节目标】1.了解车
18、用液化石油气(LPG)的概念及应用。2.掌握车用液化石油气(LPG)发动机的燃料供给系统的组成和工作特点。3.熟悉液化石油气发动机常见故障的诊断与排除。,9.3车用液化石油气发动机,【基本理论知识】液化石油气（Liquefied Petroleum Gas）,简称LPG。LPG主要是由丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）组成的，有些LPG还含有丙烯（C3H6）和丁烯（C4H8）。LPG一般是从油气田、炼油厂或乙烯厂石油气中获得。在常温、常压下液化石油气呈气态，但加压(16MPa左右)或冷却后容易液化，因而便于储存和运输。1)单燃料汽车。2)两用燃料汽车。3)双燃料汽车。,9.3车用液化石油气发
19、动机,1.LPG和汽油两用燃料发动机的燃料供给系统的组成 LPG汽车目前主要有两种形式：化油器型和电喷型。车用LPG燃料供给系统主要部件有:钢瓶、蒸发调压器、LPG电磁阀、汽油电磁阀、混合器、循环水管、转换开关、高压管、电路装置等。LPG/汽油两用燃料汽车化油器型系统流程图如图9-18所示。,图9-18LPG/汽油两用燃料汽车化油器型系统流程图,9.3车用液化石油气发动机,图9-19LPG/汽油两用燃料汽车电喷型系统流程图,LPG/汽油两用燃料汽车电喷型系统流程如图9-19所示，其系统安装如图9-20所示。LPG发动机的特点主要表现在以下几个方面:1)动力输出相比于汽油机略低。2)经济性好于汽
20、油机。3)排放明显好于汽油机。,9.3车用液化石油气发动机,图9-20电喷汽车LPG燃料供给系统安装示意图,9.3车用液化石油气发动机,图9-21多功能阀,2.液化石油气发动机主要部件简介(1)液化石油气钢瓶(2)多功能阀多功能阀安装在钢瓶上。其结构如图9-21所示，由加注口、进液阀、限流阀、限充阀、出液阀、安全阀、放气阀和气量显示器组成。,9.3车用液化石油气发动机,图9-22蒸发调压器结构示意1低压膜片2气体入口3、8加热水路4一次减压弹簧5安全阀弹簧6一级膜片7一级减压室9电磁阀10怠速调整螺钉11低速调整螺钉12气体出口13低压阀门14低压杠杆15二级减压室16进气阀,(3)蒸发调压器
21、蒸发调压器的作用是把LPG从液态变为气态，使LPG的压力降低到接近大气压，并根据发动机不同的工况向发动机提供一定数量的燃气。如图9-22所示，LPG蒸发调压器由燃料管路(2和12)、加热水道管路(3和8)、一级减压室和二级减压室组成。,9.3车用液化石油气发动机,图9-23车用LPG的比例调节混合器的工作原理,(4)混合器混合器在化油器车型上安装于化油器上方，在电喷车型上安装于节气门前空滤器接口处。混合器的作用是将LPG和空气混合，根据发动机不同的工况向发动机供给浓度适合的可燃混合气。车用LPG的比例调节混合器的工作原理如图9-23所示。,9.3车用液化石油气发动机,图9-24LPG电磁阀结构
22、,(5)转换开关(6)LPG电磁阀LPG电磁阀的功能是发动机在使用LPG燃料时，电磁阀开启，保证LPG的供应，并过滤LPG中杂质。在使用汽油工作和在发动机熄火时LPG电磁阀自动切断LPG的供给。LPG电磁阀结构如图9-24所示。(7)汽油电磁阀,9.3车用液化石油气发动机,3.LPG汽车发动机燃料系统常见故障的诊断和排除 在我国，随着排放法规的严格和汽柴油成本的提高，也开始广泛使用双燃料车，这些车辆大多用现有的汽油车或柴油车改装而成，除了使用压缩天然气(CNG)或液化气(LPG)外，有时还要使用汽油或柴油作为燃料。现将LPG/汽油双燃料系统的使用维护与故障排除介绍如下。(1)日常维护(2)行驶过程中异常情况的处理(3)LPG/汽油双燃料汽车常见故障及排除(4)检修双燃料汽车的注意事项,9.3车用液化石油气发动机,
