汽车修理技师手册：一汽油/CNG两用燃料发动机

将汽油机改装为汽油/CNG两用燃料发动机之后，当燃用天然气时，发动机的功率和转矩都会明显下降。有研究表明，适当提高改装机的压缩比不仅可以减小功率损失，还能改善发动机的燃料经济性。

1.CNG供给系统的组成及原理

目前，汽油/CNG两用燃料发动机的CNG供给系统有多种类型。国产CYTZ—100型混合器式闭环控制CNG供给系统（见图13-1）是采用步进电动机伺服阀和比例调节式混合器的闭环控制系统。

图13-1 CYTZ—100型混合器式闭环控制CNG供给系统

1—汽油箱 2—油位传感器 3—汽油表 4—汽油滤清器 5—电动汽油泵 6—车用气瓶 7—充气阀 8—滤清器 9—手动截止阀 10—CNG电磁阀 11—高压表 12—安全阀 13—低压表 14—减压调节器 15—步进电动机 16—混合器 17—化油器 18—压力显示器 19—压力传感器 20—发动机转速传感器 21—氧传感器 22—发动机排气管 23—三元催化转化器 24—电控单元（ECU） 25—汽油/CNG转换开关

车用气瓶的容量为50L，压力为20MPa，通过安装在每个气瓶上的连通阀及高压管路将数个气瓶连通。当驾驶人将汽油/CNG转换开关25置于“气”位置时，电控单元（ECU）24向CNG电磁阀10通电，电磁阀开启。车用气瓶6内的CNG经充气阀7、滤清器8、手动截止阀9和电磁阀进入减压调节器14。CNG在减压调节器内降压，低压的天然气经步进电动机15控制的低压通道进入混合器16。在混合器中天然气与空气混合后进入气缸。ECU根据氧传感器21和发动机转速传感器20的信号，通过调节步进电动机伺服阀的行程来改变减压调节器至混合器之间的低压通道通过面积，以控制天然气的流量。

2.减压调节器

由于车用气瓶内的CNG压力随着燃料的消耗不断变化，所以要想保持稳定的天然气与空气的混合比例，则需要安装减压调节器。减压调节器可以保证在车用气瓶内的压力发生变化时进入混合器的天然气压力基本恒定。减压调节器将车用气瓶内CNG的压力由20MPa降至常压一般要经过三级减压。CYTZ—100型三级减压调节器的结构如图13-2所示。

图13-2 CYTZ—100型三级减压调节器的结构

减压调节器的工作原理为：当发动机不工作或不燃用CNG（即没有CNG进入减压调节器）时，一级阀口、二级阀口和三级阀口均处于常开状态。当发动机工作时，CNG经进气口进入减压调节器，并通过一级阀芯和密封片之间的一级阀口进入减压调节器A腔，进行一级减压，压力由20MPa降至0.8MPa左右。若压力超过0.8MPa，则一级膜片在CNG的压力作用下克服主弹簧的预压力而向上弯曲，并带动一级阀芯向上将一级阀口关闭。A腔内的CNG经二级阀口进入B腔，进行二级减压，压力降至0.02kPa。随着CNG进入B腔，A腔内的压力逐渐降低，若压力低于0.8MPa，则一级膜片在主弹簧预压力的作用下向下弯曲，并带动一级阀芯向下使一级阀口开启。进入B腔的CNG经三级阀口进入C腔，进行三级减压，压力降至3.0MPa，然后经步进电动机伺服阀进入混合器。若B腔内的CNG压力超过0.02MPa，则CNG压力经通气孔作用到二级膜片，使其向上压缩二级弹簧，同时压迫二级顶杆将二级阀口关闭。若由于B腔内的CNG不断流入C腔而使B腔内的压力下降至0.02MPa以下，则二级膜片在二级弹簧的作用下放松二级顶杆及二级阀片将二级阀口开启。

减压调节器上装有一级调压螺栓和三级调压螺栓，分别用来调节一级减压压力和三级减压压力。CNG流过减压调节器时，压力大幅度降低，温度也随之急剧下降，CNG中的水分可能结冰，造成阀口和管道堵塞。因此，减压调节器设有加热用循环水套，利用发动机的冷却液对CNG加热，以防止其减压后温度降至冰点以下。

3.比例调节式混合器

混合器的作用是将空气和天然气按一定比例混合，形成一定浓度的可燃混合气。比例调节式混合器的工作原理是利用进气歧管真空度同时控制空气和天然气通道的通过面积，以控制混合气的空燃比。CYTZ—100型比例调节式混合器的结构及其工作原理如图13-3所示。

混合器安装在化油器的进气口上。混合器的C腔经化油器与进气歧管连通，A腔与发动机的空气滤清器相连，D腔则通天然气低压通道，膜片室B通过气孔与C腔相通。当发动机工作时，进气歧管真空度传至C腔，并通过气孔传入膜片室B，使膜片室产生真空。由于A腔接近于大气压力，所以膜片在A腔与膜片室的压力差作用下，克服膜片自身的重力和弹簧的弹簧力向上弯曲，打开天然气阀口和空气入口，使天然气和空气进入C腔并在其中混合后进入发动机。在发动机工作期间，膜片将随着进气歧管真空度的变化而上下运动，天然气阀口和空气入口的开度也就随之变化。当发动机停机时，A腔、C腔和膜片室B均为大气压力，膜片在其自身的重力和弹簧力的共同作用下，向下弯曲并将天然气阀口和空气入口关闭。

4.手动截止阀(www.xing528.com)

当CNGV在充气、修理或入库停车时，用手动截止阀（见图13-4）截断气瓶到减压调节器之间的CNG通路。

在截止阀阀体内装有柱阀，柱阀左端面嵌有密封垫，弹簧的预压力作用

图13-3 CYTZ—100型比例调节式混合器的结构及其工作原理

图13-4 手动截止阀结构

在柱阀的右端，保持柱阀常开，CNG从车用气瓶经柱阀流出截止阀。当转动手轮时，心轴向左压迫膜片并推动柱阀左移压在阀座上，使截止阀关闭。膜片由薄钢片或黄铜片制造，其作用是防止CNG通过心轴向外泄漏。在心轴上接一根加长轴，目的是把手轮装入驾驶室，以便驾驶人能在驾驶室内操纵截止阀的打开、关闭。

5.汽油/CNG转换开关

汽油/CNG转换开关有三个位置：当转换开关置于“油”位置时，接通电动汽油泵电路，同时切断CNG电磁阀电路；当转换开关置于“气”位置时，接通CNG电磁阀电路，同时切断电动汽油泵电路；转换开关置于“中间”位置时，不接通任何一个电路。

6.电控CNG喷射系统

虽然利用步进电动机伺服阀和比例调节式混合器的电控CNG闭环控制系统能够改善空燃比的控制精度，但是小气量工况的空燃比仍然难以准确、稳定地控制。因此，近年来电控CNG喷射系统得到了快速发展。图13-5所示为电控汽油/CNG两用燃料发动机的燃料供给系统组成示意图，CNG和汽油的供给都采用电控喷射方式。

图13-5 电控汽油/CNG两用燃料发动机的燃料供给系统组成示意图

1—充装阀 2—车用气瓶 3—输出阀 4—压力表 5—CNG电磁阀 6—气量显示器 7—两级减压调节器 8—天然气喷射器 9—进气歧管 10—喷油器 11—油压调节器 12—燃烧分配管 13—汽油电磁阀 14—汽油泵 15—汽油箱

电控单元（ECU）根据来自各种传感器和各种开关（包括曲轴位置传感器、节气门开度传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、汽油/CNG转换开关、减压调节器后的天然气压力传感器、天然气温度传感器和氧传感器等）的信号，利用其内的软件进行运算、判断和处理后，向天然气喷射器发出适时启闭的指令。天然气喷射器的结构及工作原理与电控汽油喷射系统的喷油器类似。在减压调节器后的天然气压力稳定的条件下，喷气量与喷射器开启的持续时间成正比，而后者由电控单元（ECU）控制。电控CNG喷射系统要求减压调节器出口压力保持在0.6MPa左右，其变化范围不能超过平均值的±3%。一般采用两级减压调节器，第一级减压到1.2MPa左右，第二级减压到0.6MPa左右。对于汽油/CNG两用燃料发动机来说，通常是利用原有电控汽油喷射系统的控制系统，只增加几个传感器、执行器（如减压调节器后的天然器压力传感器和温度传感器、天然气喷射器、汽油电磁阀等）和一个供气控制模块。原有的三元催化转化器和氧传感器仍可继续使用。