东风汽车公司CNG客车底盘技术状况及注意事项.doc

东风汽车公司CNG客车底盘技术状况及注意事项作者：崔景茗 文章来源：网络论文 点击数： 501 更新时间：2007-6-11 20:37:31 概述东风汽车公司近年来相继研究开发了三种CNG客车底盘，其相关参数如下表所示：底盘型号EQ1160RC7DNEQ1160RC2QNEQ1090KRN客车型号BK6111CNGBK6820CNG发动机型号Cummins 6B5.9G-195EQ6105NEQ6100N最大功率145kw/2800rpm100kw/3200rpm开发中最大扭矩570Nm/1600rpm350Nm/10001200rpm最低比气耗206g/kw.h/800rpm220g/kw.h/1000rpmCO/CH/颗粒/NOX8.5/1.2/0.07/1.5(g/HP.h)CNG装置电控部分发动机自带国产国产混合器进口 低压调节器高压调节器国产使用情况通过7000km路试，通过鉴定、上目录，批量装车，投放市场 通过7000km路试，通过国家鉴定上目录 整车性能最大车速80km/h80km/h最低稳定23km/h23km/h50km/h时气耗量27.6km3/100km(常压下)29.3km3/100km(常压下)CO/HC0.15%/80ppm0.03%/150ppm关于CNG系统安装与设计，我们依据是：相关的国家标准与法规GBT12678-90汽车可靠性行驶试验方法GBT7062-86汽车制动软管总成GBT17258-1998压缩天然气汽车专用装置和安装要求QCT245-1998汽车用压缩天然气钢瓶天然气发动机的安装推荐及要求。充分利用东风汽车公司引进成熟的载重车制造技术，以及东风现有客车底盘的成熟零部件，关键总成采用进口，提高产品三化水平。为了保证发动机的正常工作，康明斯公司提供了详细的康明斯6B5.9G-195发动机应用安装推荐。而对于国内研究开发的发动机，只能根据经验实践检验进行系统匹配，在理论上没有详尽的指导和要求，而对于CNG发动机更需要大量实验数据为整车系统匹配提供详尽的依据和要求。在下面的叙述中，重点介绍在EQll60RC7DN车型的开发过程中我们对有关6B5.9G-195和CNG系统的认识。EQll60RC7DN客车底盘有关CNG的技术状况及注意事项一、发动机性能：主要用于城市公交客车，于1994年投放北美市场的康明斯6B5.9G-195天然气发动机，是一种有发展前途的替代燃料发动机，它是B5.9，六缸柴油机的派生机型，是火花点燃式稀薄燃烧发动机，并采用增压及空对空中冷技术。额定功率：145kw2800rpm最大扭矩：570Nm1600rpm最小比燃气耗：206gkwh/1800rpm燃烧形式：点火式稀薄燃烧压缩比：10.5：1热效率：3738点火系统：Cummins无分电器高能点火系空气燃料调节系统：CumminsCM420电控模块增压器：Holset水冷式中冷器：空对空式稀薄燃烧能降低燃烧温度，从而减少了排气中的氮氧化合物，并提高了发动机耐久性，它同时使发动机热效提高到了37左右，而典型的点火式发动机其热效率约为32。二、Cummins6B5.9G-195系统及整车配置说明在开发设计过程中，我们最大限度地满足6B5.9G-195发动机的应用安装推荐，根据整车的工作周期，负荷系数，工作环境，性能和大修期，合理地选择、设计发动机系统中的零部件，使之与发动机相匹配，同时精心地设计相应的连接管路及支架。1.电气系统电子控制模块(ECM)提供许多发动机和整车特性，ECM从发动机传感器中得到信号。这些信号经过处理后，ECM将输出信号传给相应的部件。ECM提供基本的发动机控制和故障诊断。ECM通过一个整体式接线线束总成连接输入和输出装置。输入信号进气歧管绝对压力传感器测量节气门阀片后的增压压力，有可能与节气门阀片前的压力不同。进气歧管温度传感器测量空气燃料混合气进入气缸前在进气歧管中的温度。加热式氧传感器位于排气通道中。该传感器用来监测废气中的氧气量，并发信号给ECM。发动机位置传感器位于齿轮室壳体背侧，把气缸冲程正时信号和发动机转速传给ECM。冷却液温度传感器位于气缸盖内，靠近低压调节器壳体，用来确定发动机冷却液的温度。燃气流量传感器燃气流量传感器向ECM输入信号，以确认实际燃气流量，使之与ECM所要求的燃气流量相等。混合器进口压力传感器位于空气流入混合器之前的进气通道内。该传感器向ECM输入的信号随涡轮增压器增压压力的变化而变化。ECM用该信号来确定给废气旁通门控制阀的输出信号以控制最大增压压力。输出信号ECM处理输入信息，然后输出信号给以下装置进行控制发动机和整车的工作：故障指示灯-显示故障和警告信息数据通信-显示故障信息和系统数据点火控制模块-参考信号和正确的点火正时怠速控制阀-控制怠速时的燃气流量燃料切断电磁阀-常闭阀废气旁通门控制阀-控制增压压力所有故障信号均记录在ECM中。这些故障可以用INSITE或诊断开关和故障指示灯检测出来。线束提供给车辆制造厂(OEM)接口的线束已安装在发动机上，OEM接口是一个九针插头，另外一上带防护罩的两针插座是用于发动机维修检查的，应使用两股绞合电缆将其连接到车辆驾驶区。在发动机与电瓶之间需要安装地导线以保护发动机电子元器件。供电配置针对公交客车起步频繁的特点和可能增加用电设备的需求，整车配备2个12V、195Ah的大容量蓄电池，保证蓄电池有一定数量的长期充电电流和用电设备正常供电，发电机24Vx70A，起动机24V、4.5kw，配置DC-DC24V12V电压变换器，为点火系统和燃气系统供应12V电源。2.进气系统Cummins6B59G-195在不采用催化转化器时能满足低排放标准(LEV)，但如要满足加州1998年更严厉的超低排放法规(ULEV)，则要在排气系统中装置催化转化器，其目的是为了减少未燃的碳氢化合物、一氧化碳及颗粒。EGO用来监测废气中的氧气量并发给ECM。该信号用于计算发动机运行时的实际空燃比，ECM用计算结果来调节燃料控制阀以提供所需的燃气流量。通过此测量控制方法来调节燃气流量，可以得到最佳排放要求。4.点火系统通过使用ECM控制发动机的正时，不再需要正确检查正时调节，除非把磁电拾波器壳或齿轮室罩拆掉过后。火花塞为专用型。适用于稀薄燃烧及高能点火。点火系统可以在-40至105的环境温度下正常工作，根据发动机的运转状态，ECM可向ICM提供适当的信号，以产生点火火花。为拆装火花塞及避免其它故障，气门室盖与车体间隙不得低于6in。5.冷却系统由于天然气发动机的散热量比同功率柴油机要大，车辆的冷却散热器和中冷器均须具有大的冷却容量，因此要采用相当B5.9-230HP柴油机的散热器和中冷器。发动机工作水温：8293最高水温：100最低水温：60发动机冷却液：9.9L报警水温：104冷却液：按50容积比例混合的水和乙烯乙二醇防冻液6.燃气系统燃气质量输送至发动机的燃气成分必须符合康明斯公司推荐要求。推荐的天然气规范值规定了组成天然气的各种气体和元素的最大和最小值，使用康明斯天然气发动机时必须遵守此技术规范。康明斯天然气技术规范甲烷乙烷丙烷C4更高C6更高CO2+N2氢气CO氧硫90%4%1.7%0.7%0.2%3%0.1%0.1%0.5%10ppmminmaxmaxmaxmaxmaxmaxmaxmaxmax天然气中主要成份是甲烷(CH4，俗称沼气)，因此，天然气的很多性能与甲烷相似。甲烷有着优良的抗爆性，这就意味着它不易点燃，它的辛烷值大约是130，几乎要达到705天然气才能燃烧。汽油和丙烷有较低的辛烷值，发动机爆震的倾向较大。稀燃技术所有燃料都有一个最理想或符合化学反应要求的正确空燃比，在这个状态下，着火燃烧最理想，发动机功率最高。汽油机为14.7：1。对燃用天然气的固定动力系统为17：1，6B5.9G使用的空燃比约为26：1，稀燃的原理是通过加入更多的空气来提高空燃比。6B5.9G的空燃比使该发动机运转接近当前稀燃技术的极限。稀燃的优点：降低排放，提高热效率，减少热负荷，改善燃料经济性。燃气系统零部件及配置1气瓶(位于车顶)2高压管线充气控制板3高压调节器总成 4低压报警装置5滤清器储气瓶总成、充气阀总成、手控阀总成、气压表总成、高压管线及卡套式管接头参照有关国标及强制性法规选型并进行设计安装。根据车辆续驶里程要求，选择9个90升水容积的复合材料气瓶，安装于客车顶部，经试验验证，续驶里程可达500km以上。根据康明斯有关推荐，高压管线采用80.7无缝钢管，满足内径6.3的要求。高压管线系统设计成具备有充气、关气、泄气等功能，以便高压管线及管接头的检查与维修，高压管线按国标要求设计安装和紧固。手控阀总成、高压滤清器、高压电磁截止阀、气量显示传感器循环水接头与一级减压阀合成一个大总成一高压调节器总成。高压调节器总成的技术条件为：a)所有零部件按相关规范检验合格后方可装配；b)各零部件预先进行对接配套；c)总成必须进行气密性试验，漏气量不超过ppmmin；d)减压阀工作必须正常，不得有影响发动机工作的故障；e)减压阀应设置可靠的安全排放装置；f)高压电磁截止阀必须开闭灵活，不得有打不开的现象；g)气量传感器必须准确可靠；h)总成工作电压：12VDCi)减压阀进气压力2MPa20MPa，出气压力0.34MPaO.95MPa，发动机要求最佳压力范围是0.5520.69MPa，出厂前按该推荐值设置额定出口压力；j)检修高压调节器总成时，必须关闭气阀并使高压管线泄压。高压调节器总成循环水由发动机缸体后端取出，经过减压阀再回到发动机水泵前端，根据东风公司设计规范，设计给出减压阀循环水接头要求，选取循环水钢管为121冷拔管并进行表面处理，设计水箱胶管(按EQC-313)进行联接和循环水管路安装。通过整车线束信号传递给安装于驾驶室的气量显示器提供CNG的存量信息，目前国内外普遍采用定性显示，在设计初期，考虑采用数显装置，更直接告诉司机CNG存量，但由于各种原因，目前还没有成功采用。低压燃气系统由气压过低报警装置、远程安装的燃料滤清器和低压管线及其安装件组成。低压管线采用广泛使用的尼龙管总成(按EQC-232)，外加保护套，按EQC-125进行装配。相应地给出减压阀出气口的安装规格，管线阻力要求在发动机额定工况时，应低于20Psi。燃气压力过低报警装置是在车辆上安装的对发动机起保护作用的装置，设置压力为0.32MPa，当燃气压力低于0.32MPa时，安装于驾驶室的指示灯提醒司机关机对有关部件和系统进行检查并排除。远程安装的燃料滤清器是6B59G专门提供的，该燃料滤清器必须安装在燃料流入发动机之前便于保养和维修的位置。CNG中经常发现机油杂质，这种机油会阻塞滤网，干扰天然气在系统中的流动，并引起紊流。滤芯清除燃料中的碎屑和杂质。当燃料流过组合式滤清器时，机油杂质的小滴浸入到滤清器材料内，并聚集在一起形成较大较重的油滴，附着到滤清器的外表面。然后这些油滴流下滤清器，聚集到滤清器壳体的底部，从这里排出燃料系统。这种滤清器可清除直径不小于0.1微米的杂质。燃气通过低压滤清器后就进入于发动机本体进气口，由发动机的燃料系统进行燃气的压力流量调节，并组织混合气进行燃烧。系统检漏整车安装完毕后，在着火试车前必须对燃气系统所有零部件连接处进行漏气检测。有专门检查天然气泄漏状况的设备，康明斯规定：天然气的漏气量不得超过50ppm。三、EO1160RC7DN试制开发过程中CNG的有关问题在EO1160RC7DN的试制开发过程中，经过了一系列试验进行验证设计,反映出了一些问题，我们作了及时的相应的设计改进和处理。1.第一轮试制样车行驶5000公里左右进行了发动机应用安装检查，存在的相关问题是：a)样车循环水管及低压燃气管采用氧气管安装固定等没有规范化，对燃气的流量压力及密封和耐久性等不能保证；b)两种高压调节器总成燃气出口压力与康明斯要求有差距，一种偏高，一种偏低，对发动机性能不能起到优良的支持；c)氧传感器安装角度不符合安装推荐：d)排气系统背压4.5inHg，不符合安装推荐；e)DC-DC2412V电压变换器未装。2.根据有关汽车可靠性试验方法进行7000km可靠性试验，通过并进行国家鉴定上目录。有关CNG装置的安全和耐久性在设计开发过程中已严格按照相关国家标准和法规进行了设计，在试验中也经过国家有关部门的强检；针对CNG装置安全性和耐久性的试验标准应进一步完善；3.针对第一轮康明斯应用安装检查和试制中的问题进行第二轮改进设计、试制，并进行第二次发动机应用安装检查，试验结果与第一轮对应如下：a)高压调节器总成循环水及低压燃气管线进行了规范化设计安装，保证了6B5.9G提出的安装推荐；b)两种高压调节器总成的性能较稳定，但出口压力仍不在康明斯要求的最佳范围内，一种为0.5MPa，另一种为0.70MPa。而且，两种高压调节器出厂前的密封性检查方法不能达到康明斯的检漏要求，这一点，包括整个系统的检漏问题应当引起各有关方面的重新认识；c)氧传感器的安装角度基本得到解决；d)排气系统排气背压力3.7inHg，符合6B5.9G安装推荐；e)新设计开发的电压变换器基本保证了使用要求。通过以上的阐述，我们对康明斯6B5.9G-195天然气发动机以及与之相匹配的系统和底盘有了一些认识和理解，希望它能为广大的天然气发动机及车辆的研究、设计开发、制造的工作同志们提供一些借鉴和参考。几点意见：在这里，请允许借用中国汽车报发表的有关观点。1999年8月26日中国汽车报第三版六淑娟、吴志新发表题为爬还是跑-从专用装置现状看我国燃气汽车的发展的文章，对我国燃气汽车发展状况和专用装置