玉柴天然气发动机电气原理与使用维护（Ⅰ）——玉柴天然气汽车发动机分类篇<br/>

玉柴天然气发动机电气原理与使用维护（Ⅰ）——玉柴天然气汽车发动机分类篇

2011-09-03周行卜

汽车电器 2011年10期

周行卜

（一汽客车（无锡）有限公司技术中心，江苏无锡 214177）

编者按:《玉柴天然气发动机电气原理与使用维护》一文分为分类篇、原理篇、维护篇和应用篇4个专题，介绍广西玉柴机器股份有限公司生产的天然气发动机。分类篇主要介绍玉柴生产的天然气发动机的类型，以及与柴油机的差别，让读者对天然气发动机有一个大概的了解，做到知其然。原理篇则主要介绍天然气发动机及其零部件的工作原理，给出发动机的工作原理图及整机电路原理图，让读者知其所以然。维护篇介绍天然气发动机及其零部件的使用、保养、维护，以及发动机常见故障的判断。应用篇具体介绍LNG液化天然气发动机在CA6860URN80公交客车上的应用，并给出其整车电路图。让读者对天然气发动机这种新能源发动机有一个全面的了解和认识，为用好车、修好车服务。

中国的汽车设计师们应该清楚地认识到:能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。

在电动汽车发展尚存技术缺陷、产业化发展还不成熟、无法实现大规模替代燃油汽车的情况下，天然气汽车能弥补这些不足。大规模推广使用天然气汽车，将有效节约能源，降低有害物质排放量。与电动汽车相比，现阶段天然气汽车更具发展可行性。中国道路运输协会正在制定天然气汽车的推广实施方案，并将开展区域示范。可见，有望获得政策扶持的天然气公路客车将迎来发展良机。为了方便广大读者了解如下几种不同天然气汽车的类型，笔者略作区分和介绍。

压缩天然气（Compressed Natural Gas，简称CNG），是将天然气加压并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组成相同，主要成分为甲烷（CH4），可作为车辆燃料使用，这种以CNG为燃料的车辆叫做NGV （Natural Gas Vehicle）。液化天然气（Liquified Natural Gas，简称LNG），可以用来制作CNG。液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，简称LPG）经常容易与LNG混淆，其实它们有明显区别。LPG的主要组分是丙烷（超过95%），还有少量的丁烷，在适当的压力下以液态储存在储罐容器中，被用作民用燃料和车辆燃料。

本文介绍的玉柴ECI HD系统天然气发动机，有使用CNG压缩天然气和LNG液化天然气的。CNG发动机有4缸CNG增压、6缸CNG增压及6缸CNG自然吸气式发动机；LNG发动机有6缸LNG增压发动机。

1 天然气发动机与原柴油机差别较大

1.1 燃料供给系统

取消了原柴油机燃油喷射系统相关的零部件，增加了高压电磁阀、高压减压器、低压电磁阀、电控调压器、混合器、高压滤清器和低压滤清器等控制天然气喷射量和喷射时间的相关零部件。

1.2 点火系统

柴油机是压燃式发动机，而天然气发动机由于受燃料特性限制（抗爆震性能），采用的是与汽油机一样的点火式燃烧方式。在取消了喷油器后，将原缸盖上的喷油器孔改为了火花塞孔；在取消了油泵后，在原油泵安装位置装上了一个点火传动装置，通过凸轮轴位置传感器获得发动机的点火正时信号；增加了电控模块、点火线圈及火花塞等零件组成的点火系统。

1.3 控制系统

YC6G、6J、4G系列天然气发动机是一种电控发动机，与原机械式柴油机相比，各工况点的空燃比、点火提前角、增压压力都实现了更精确的控制。为满足这些控制要求，增加了相应的天然气温度、天然气压力、发动机冷却水温度、进气空气压力及温度、环境压力、湿度及温度、点火正时以及氧浓度等传感器。

1.4 压缩比

压缩比的选取与燃料的抗爆震性能密切相关。抗爆震性能用燃料的辛烷值来衡量，辛烷值越高抗爆震性能越好。常用的几种燃料按抗爆震性能高低排序依次为:柴油、天然气（甲烷）、丙烷、丁烷（LPG是丙烷和丁烷的混合物）和汽油。根据这种燃料特性，一般天然气发动机压缩比比LPG发动机高，但比柴油机低，而LPG发动机的压缩比又可以比汽油机略高。YC6G、6J、4G系列天然气发动机的压缩比为11。

1.5 空燃比控制

天然气燃烧方式与柴油不同。天然气发动机可通过氧传感器测量尾气中的氧浓度，从而推算出混合气空燃比。发动机控制系统通过氧传感器的反馈信号，不断修正天然气的喷射量，实现全工况闭环控制，精确控制空燃比，使天然气在缸内燃烧最优化。

1.6 增压控制

增压中冷能大大提高发动机的动力性能。玉柴YC6G、6J、4G系列天然气发动机使用先进的高速电磁阀（300 Hz）技术控制增压压力，保证发动机具有良好的扭矩曲线及良好的瞬态性能。

2 玉柴天然气发动机特点及性能技术参数

2.1 YC6G系列单燃料发动机

2.1.1 机型简介

YC6G系列单燃料发动机是玉柴与美国Econtrols公司专为城市公交车和重型载货汽车开发的天然气（CNG／LNG）单燃料发动机。主要零部件与YC6G柴油机通用，继承了YC6G柴油机的所有优点。适配范围为10～12m公交车、重型载货汽车。

YC6G系列发动机的主要技术参数如表1所示。

表1 YC6G系列发动机主要技术参数

2.1.2 机型特点

YC6G系列单燃料发动机的机型特点如下。

1）高可靠全套进口电控供气装置、点火系统和发动机管理系统；铂金电极火花塞，燃烧效率高，寿命长；专用的燃气发动机进排气系统和燃烧系统；采用美国Garrett TBP4型水冷废气涡轮增压器，效率高、寿命长；电控调压进气方式，稀薄燃烧、燃气消耗率低、燃烧柔和、热效率高、排温低；宽域氧传感器精确控制空燃比；闭环控制系统:全工况闭环控制+自学习及诊断功能。

2）低噪声燃烧柔和，超低噪声，振动小，舒适性好；整机平均噪声小于93dB（A）。

3）超低排放带氧化型催化转换装置，满足国Ⅲ、国Ⅳ排放标准，无可见炭烟，无颗粒。

4）便维护人本设计，通用性高，接近性好。

5）性价比高，综合效益好。