某型国六天然气发动机燃气系统优化分析

2022-06-13周胜余段继翔王启峰李风芹

内燃机与配件 2022年7期

关键词：燃气管滤清器燃气

0 引言

天然气发动机与柴油机结构上相比主要差异是燃油系统，进气系统和点火系统。若将柴油机改造为天然气发动机，点火系统采用各缸顺序点火，天然气的供给采用单点集中喷射预混合方案

。天然气发动机的燃气系统对应柴油发动机的燃油系统，其作用主要是在发动机工作过程时，为各缸燃烧室提供气体燃料，并确保所供燃气的压力、温度及数量满足不同工况的需求

。国六天然气发动机为了满足排放法规和市场需求采用当量路线并提升了功率，同时给发动机带来了高气耗。提升了功率也就意味着燃气系统的工况负荷将比国五时期更加苛刻，所以需要对燃气系统进行合理的优化提升来满足全新国六气体机的需求。

将此次实验所得的数据纳入统计学软件SPSS21.O对进行分析，计量资料用（±s）表示，用t检验。率计数资料用%表示，用χ2检验，若两组数据差异显著（P＜O.05），则有统计学意义。

燃气系统主要包括燃气管、稳压器、燃气滤清器、燃气喷射阀四个零部件。燃气管路主要作用是将各个燃气零部件串联起来为发动机供给燃气；稳压器是将压力过高且波动的燃气降压并稳定到符合发动机压力要求的零部件；燃气滤清器主要是过滤掉燃气中的杂质，从而起到保护下游精密燃气零部件的作用；燃气喷射阀根据发动机电控单元标定数值将相应的燃气喷射到发动机中，喷射阀是整个燃气系统的核心零部件。本文主要针对以上四个燃气零部件进行优化分析，通过燃气系统四个零部件的优化来满足国六天然气发动机开发需求。

1 燃气管路优化设计

1.1 燃气接头优化设计

首先，将密封螺纹有3/4-16UNF更改为7/8-14UNF，这样螺纹处相应的外径会变大。其次由于密封螺纹处的外径变大为接头内孔直径扩大提供了条件，为了增大单位流通截面积把燃气接头内径有10.8mm扩大到12.3mm 。(见图1)

1.2 燃气管优化设计

伴随着燃气接头的尺寸变化燃气管也对管径做了优化设计，优化设计的目标同样是增大单位流通面积。经过验证最终把燃气管内径由8mm增大到10mm 。

根据最新的燃气管路优化设计方案进行管路压阻仿真。结果显示在入口压力同为10bar和经过零部件相同的情况下，未优化的3/4管路整体压阻为2.69bar，优化后的7/8管路整体压阻2.26bar(见图2)。随着管路内径的增大，管路对燃气的压降降低

。所以燃气管路经过优化设计后减小了燃气管路对燃气压力的影响。

1.3 燃气管路优化压阻仿真

PEI的病因主要包括慢性胰腺炎、急性胰腺炎、胃切除术后、肠切除术后、胰腺切除术后、囊性纤维化、胰腺癌、乳糜泻和糖尿病等(表1)。

除了以上两个优点外点连续流喷射阀具有全流量范围内均能实现精确的燃气控制，其燃气喷射流量误差相对喷嘴喷射阀误差较小(见图8)，从而提升整个发动机的性能响应性。

2 稳压器性能提升

2.1 提高稳压器出口压力

前期稳压器的选配大部分是根据喷射阀的入口需求进行的，所以大部分稳压器出口的压力与喷射阀入口的压力是一样的。但是由于中间管路和零部件会产生相应的压阻，最终导致燃气到达喷射阀入口时的压力比预期的要小很多，在发动机高负荷或急加速的情况下会导致燃气流量供给不足导致发动机动力不足。

比较两组患者的治疗疗效,疗效评价标准如下:临床症状完全消失,影像学检查未见肠梗阻为显效;临床症状明显缓解,影像学检查未见肠梗阻,但略有痛感为有效;均不符合上述描述或症状加重为无效,有效率=(显效+有效)/50*100%。统计两组患者的并发症情况和恢复时间。

为此根据整个燃气管路上产生的压阻适当提升稳压器出口压力，在稳压器出口压力提升后同等工况下可以为发动机提供更加充足的燃气流量(见图3)。

2.2 减小稳压器出气口压力波动范围

由于天然气发动机在国五时代大多采用稀燃路线且相对国六的功率要小一些，所以国五时发动机对稳压器的匹配并没有太严苛的要求，一般控制稳压器出口压力波动范围为±1bar。在排放升级到国六后气体机大多采用当量路线同时提升功率，对燃气流量和压力的稳定性有更高的要求。

稳压器出口的压力波动直接影响整个燃气系统的压力波动，如果稳压器出口的压力波动范围过大会造成出厂的各个发动机之间出现性能一致性较差。为了满足国六气体机的开发需求和提升发动机性能一致性将稳压器出气口压力波动范围调整为±0.5bar，通过发动机外特性工况测试对比稳压器优化后出口压力波动幅度明显降低(见图5)。

3 燃气滤清器优化设计

国六气体机对燃气流量需求和气耗有较高的需求，连续流喷射阀相比PWM喷射阀在这方面具有一定优势。连续流喷射阀有更大的燃气流通面积使得其会给发动机提供更多燃气，并对燃气中的杂质具有更好兼容性使得其可靠性更高，后期使用维护保养成本较低。由于连续流喷射阀对入口燃气压力要求低，可以在气瓶压力低时将更多的燃气提供给发动机，这样充分利用气瓶里的燃气间接降低了整车的气耗。

新燃气滤清器滤芯结构采用深层折叠设计(见图6)，过滤面积大，压降小；采用高精度滤材提升过滤效率，该滤材具有疏油、疏水性能，防止液体附着，降低系统压力损失和能耗；增大滤清器的容积，可以使滤清器有更大的容纳油污的能力(相关参数对比见表1)。

4 喷射阀性能提升

由于国五时对燃气流量要求不是很大，所以大部分选择了PWM喷射阀。由于喷嘴喷射阀入口压力限制正常情况下,天然气车辆的气瓶输出燃气压力能达到9barA左右,但是在LNG气罐加气后的一段时间里燃气压力可能会降至6barA,该压力低于喷嘴正常工作压力这将导致车辆动力一定程度的下降需要重新加气，从而导致气瓶里剩余的气无法使用造成一定的浪费。由于PWM喷射阀对气质清洁度要求高，需要定期对其PWM喷嘴进行清洗维护保养，所以PWM喷射阀后期使用维护保养成本较高。

天然气发动机喷射阀根据不同的喷射特性分为PWM喷射阀和连续流喷射阀两种主流喷射阀(见图7)。PWM喷射阀价格低，但对气质清洁度要求高，中低流量喷射阀适用于轻中型发动机，使用PWM型喷嘴要特别注意燃气供给压力与喷嘴流量关系。连续流喷射阀对气质清洁度要求不高，适用于重型单点发动机、低压燃气供给系统

。

针对国六气体机的开发需求新开发了燃气滤清器。新的燃气滤清器主要开发目标是增强颗粒过滤效率，减小气体流过时的压降，增大容尘量和储液容积。如新燃气滤清器完成以上目标开发后将增强整个滤清器的过滤效率，减小整体结构的压降，延长滤芯的寿命和燃气滤清器维修保养周期。从而降低终端发动机使用客户的使用维护成本。

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