天然气供气系统结构与工作原理.docx

天然气供气系统结构与工作原理天然气供气系统的性能、同发动机优化匹配情况，对天然气发动机性能有至关重要的影响。如表 4-1 所示，在解放 CA6102 型汽油机上，采用不同的供气系统装置，提高压缩比，充分证明压缩比的提高可部分补偿发动机的标定功率损失，而且采用性能优良的供气装置可使标定功率损失大幅度降低。原机压缩比为 6.75 时，采用 1#供气装置的标定功率损失达 24.2%，压缩比提高到 7.6 时标定功率损失降为 18.1%。而采用 2#供气装置，压缩比为 7.6 时，同原机型相比，标定功率损失可降低到 10%左右。试验中采用的天然气中 CH4含量均在 95%左右。采用7.6 压缩比和 2#供气装置时，同时采用了改进型进气道，加大了进气充量。若作为 CNG 和汽油两用燃料发动机，应采用 90#汽油。天然气供气系统包括高压电磁阀、减压阀和混合器等，其中最关键组件就是减压阀和混合器，下面分别介绍。一、减压阀一、减压阀天然气减压阀是 GNG 汽车供气系统中的重要组成部分，目前国内使用的进口减压阀有三级也有四级，其玉作原理基本上是一致的。汽车在运行中所需天然气的量值是一个复杂的数据，对减压系统的技术要求非常高，生产工艺的难度也比较大。整套减压系统进口价格较高。图 4-5 是减压阀的结构原理图。从高压钢瓶中释放出的 CNG 流经高压管，再经过接头 1进入减压阀。CNG 经过过滤器 2 滤除气体中的杂质，进入阀腔 4，气体作用在橡胶膜片 5 上产生与弹簧 6 的相互作用力。当腔 4 气压达到一定值时，作用于杠杆的合力矩迫使，阀门 3 关闭，CNG 不再进入腔 4。这一过程，完成了高压天然气到低压天然气的第一级压降。腔 4 中的气体经孔 7 进入腔 8，此时电磁阀 14 处在断电的常闭状态，气体经标定孔9 和孔 10 进入腔 11，腔 8 与腔 11 由膜片 12 分开，由于膜片 12 两面所承受的气压相同，在这种情况下弹簧 16 封闭了通向腔 18 的通道 17，使腔 8、腔 4、腔 11 中的气体保持静态，其压强等于 0.25MPa。当汽车开始发动时，电磁阀14 通电，封闭孔 13 打开，腔 8 中的气体经标定孔 9 流入孔13；阀门 15 是控制由孔 13 进入腔 18 的气流。在弹簧 21的作用下调整旋钮 22 可以控制进入腔 18 的气压，通常将其控制在 00.178MPa。无论何时只要腔 18 产生文氏真空，经孔 13 和阀 15 进入腔 18 的气体超过了标定孔 9 的供气能力，腔 11 就会产生压降，腔 8 因为有从腔 4 的不断补充仍然保持在 0.25MPa。这样腔 8 与腔 11 的压力差迫使弹簧 16打开通道 17，大量的气体流入腔 18 满足汽车发动机需要。减压阀的大幅度压降导致温度的下降，为防止结冰影响密封件的寿命必须采用加温装置。将减压阀与发动机的冷却系统接通。热水由接头 A 流入，经腔 B 由接头 C 流出，在接头 c 里安装有一个特殊的恒温器。由于热水不断循环就使减压阀的工作温度始终保持在 50左右。二、混合器二、混合器天然气的混合器同汽油机的化油器作用类似，因此由简入繁，从最简单的单一功能到发动机各种工况要求而愈发复杂。在定量配气时，空气和天然气处于同一聚集状态，其流量规律是相近似的，可以比气液更容易混合成所需比例。因此，混合器最简单流程如图 4-6 所示。但是，实际的减压阀不能提供这样的理想条件。减压阀出口气压变化很大，这是由于混合器的流量特征以及气体总能量的下降所致。气体总能量下降在其流量小时对压力影响很大。也就是说，在压差较小情况下，气体的准确定量是不可能的。由此得出的结论是：供给怠速系统和主供气系统的燃料应分别送到混合器扩散管(图 4-7)。这两个系统的供气比例可按两种方法确定：直接在减压阀出口处使用限制量孔或混合器中的燃料气喷孔。图 4-7 结构的优点是流程简单并能节约天然气。其缺点是在主定量配气单元之后管路分叉，因此可能在系统之间产生无法控制的气体串流。这种串流会歪曲气体的定量配比，并降低发动机在某些运转状态下混合器的工作稳定性。实际上，在限制量孔之后管路中的真空状况，决定于通过怠速系统的气流量和主供气系统出口处的真空状况。在最低空转转速(即怠速)时主供气系统出口处真空度小，因此空气很容易从混合器空气道进入主供气系统。在这种情况下，天然气干道的压力接近大气压。由于减压阀所调压力低于大气压，发动机实际上是不可能工作的。所以，这种最简单的流程只有在减压阀所调压力大于大气压时才能工作。但是，在这种情况下，由怠速系统的调节机构帮助，精确控制供气量是不可能的，因为剩余气体很容易经过主供气系统进入混合器的空气道。基于这个原因，就必须用调整减压阀的方法来调节最低空转转速时的供气量，这就不能保证供气的高度精