国产491汽油机改制成天然气发动机的分析

张勇　杨宏声

摘 要：随着我国燃气汽车技术不断发展，将汽油机改为天然气发动机的需求越来越大。文章对发动机结构设计、天然气和汽油的区别、项目意义等作了分析，供相关人员参考。

关键词：汽油机；技术改造；天然气发动机；性能

1 工作原理

该系统如图1所示，在电动机和天然气发动机之间装有联轴器。当联轴器闭合后，由天然气发动机驱动压缩机进行制冷。

天然气制冷有许多方面的好处：（1）污染物排放量最低。对于单位制冷量，天然气空调所产生的污染物是汽油发动机设备的一半左右。天然气发动机空调的二氧化碳减少60%，尾气中几乎不含有氮氧化合物。（2）而且还可解决天然气在夏季过剩的问题。（3）效率高，天然气发动机总效率可达到80%。

2 发动机结构设计

（1）减压器将高压气体减压到大约高于进气歧管压力100KPa的压力。然后CNG经过低压气体滤清器并进入气轨。燃气再通过气轨分配到喷嘴。根据发动机的负荷，喷嘴在发动机的进气门处喷入所需的燃气量。（2）BJ491天然气发动机是在BJ491EQ3的基础上改制的电控单燃料发动机，所以汽油机的油轨、油嘴等不再需要。这样原来发动机上的油路将空，所以天然气的发动机将原来的油路改为气路，将油嘴去掉，安装燃气喷嘴。从新设计的气轨，通过ECU的控制， 定时、定量的向燃气系统中喷气。（3）原来的喷嘴是通过螺纹固定在进气歧管的下体，现采用过盈配合的方法，将气嘴固定在进气歧管下体。（4）本发动机用于空调机组，所以原发动机的暖风水管将不再需要。另外压缩天然气经过减压器后，需要吸收热量，否则会冷凝结冰，所以需要对天然气进行加热，正好借用暖风管路。（5）原来的发动机是车用机，所以改制后防盗、空调、电子扇等功能都不需要，所以电脑板需要刷新程序，线束也重新设计。（6）BJ491K型机主要用于空调机组，不需要离合器，直接用皮带能硬性连接，这样重新设计止口，但是离合器的安装孔位都留下，这样便于试车后，不用拆下飞轮。

3 开发过程中解决的问题

（1）原发动机的性能参数如下：额定功率/转速：75kW/4500r；最大扭矩/转速：190N。m/2500r/min；怠速转速：800r/min。由于功率范围下降较多，所以节气门转过角度很小的时候，就达到了功率要求，这样对于用户来讲，油门调节的角度范围狭窄，不易于调节。为了节约开发成本和难度，不希望对节气门进行改造，所以在节气门的后面加装一个限流板，对进气流量进行控制，而满足用户便于调节的要求。（2）在发动机断电的情况下，由于断气，燃气管路中出现负压，小批试装的时候，发现橡胶管有吸瘪现象。将橡胶管进行改制，中间层加胶线，硬度进行提高，问题得到解决。

4 项目意义

4.1 节约社会能源，提高经济效益

我国汽车数量以1000万辆/年以上的速度递增，对汽油资源需求量大增，我国每年需要进口大量原油、成品油和LPG。使用燃气汽车可优化汽柴油的格局，既缓解了汽油供应紧张的问题又满足交通事业发展的需要。CNG的经济性取决于天然气的热值和价格。由于政府扶持，天然气价格优势明显。至于热值与其组分有关，不同产地的天然气因其组分不同，热值略有不同，我国国产天然气高位发热量（20℃，101.325KPa）普遍可达37MJ/m3。

以93号汽油为例，其热值为32.74MJ/L，从热值上看，1立方米天然气相当于1.13L汽油。以2014年8月天然气和汽油普遍市场价格计算，1立方米CNG售价3.35元，1L汽油价格7.80元，1.13L为8.81元，两者的价格比为1.0：2.6。假如1辆车每天消耗20.5L汽油，改用CNG后，每天节省90元、一年空调车按运行100天计算，年节约费用9000元，经济效益十分明显。同时天然气燃烧干凈，气缸积炭少，事故少，减少了维修费用。

4.2 提高排放、绿色环保

天然气主要成份是甲烷，作为车用燃料，比起石油或目前普遍推广的LPG更加容易充分燃烧，产生的一氧化碳和碳氢排放量比汽油低50-90%，二氧化碳低20-30%，硫等颗粒物排放几乎为零，是一种十分理想的低污染燃料，对改善城市空气质量更有成效。

4.3 项目较具市场前景

CNG天然气燃料电控发动机可作为城市大巴空调机组，具有较大的市场潜力。按照年产8000台的产量计算，每年可获得1700万的利润。

5 结束语

利用天然气发动机的关键技术和配件，把某些性能优良的中小功率国产汽油机改制成天然气发动机，可以解决国内目前天然气发动机不足。改制的天然气发动机性能稳定，工作可靠。经济效益显著，对合理利用我国宝贵的天然气资源，减少环境污染，降低石油对外依赖程度具有重要意义。

参考文献

[1]MeyerR C.Development of a CNG Engine SAE paper 910881，1991.

[2]赵奎翰，左承基，杜庆建，等.火花点火式天然气发动机燃烧系统的研究[J].内燃机学报，1998，16（1）：1-8.

[3]张笑文.浅谈天然气车用发动机的开发[J].山东内燃机，2003.