（载运工具运用工程专业论文）汽油cng两用燃料发动机燃气系统故障诊断研究.pdf

摘要 天然气汽车以其自身的诸多优点在世界气源丰富的国家得到大力推广，成为城市 交通节约能耗，降低排放污染的主要途径之一。在我国部分天然气气源丰富的城市， 汽油c n g 两用燃料发动机在公共汽车和出租车上得到大量推广和应用。在推广和应 用过程中，普遍存在能够修理天然气汽车的维修企业少，维修人员对c n g 汽车的燃 气系统工作原理和结构特点比较生疏，维修资料和维修手段落后等现象，致使c n g 汽车维修水平跟不上c n g 汽车推广应用的步伐。因此，开展对汽油c n g 两用燃料发 动机燃气系统故障的研究，是及时必要的任务。 本文重点介绍了天然气发动机燃气系统的组成、工作原理和常见故障。自行设计 并搭建了4 g 1 5 s 汽油c n g 两用燃料发动机试验台架，针对燃气系统常见故障，在此 试验台架上通过加装模拟装置，完成了对进气系统漏气故障、减压器出口压力故障和 点火提前器角度设置故障的模拟试验研究，并且探讨了影响发动机燃料转换的主要因 素。 经过对西安公交车和出租车使用天然气汽车情况的调研总结，同时结合本文的试 验研究，编写了天然气汽车故障诊断指南，丰富了天然气汽车故障诊断资料，对能够 修理天然气汽车的维修企业具有很重要的指导意义。 关键词：天然气汽车，汽油c n g 两用燃料发动机，燃气系统，故障诊断，指南 a b s t r a c t n a n 腿lg a sv e h i c l ew i t hi t so 、nm a l l ya d v a l l t a g e sh a sb e e i lv i g o r o u s l yp r o m o t e di i lt h e w o r l dg a s - r i c hc o l l i l t r i e s ，a n db e c o m e so n eo fm em a i nm e a s u r e st or e d u c ee 1 1 e 玛y c o n s 啪p t i o no fu r b a n 咖l s p o r t a t i o na i l d 锄i s s i o n s h ls o m ec i t i e sw i n lr i c hg a sr e s o u r c e si n c l l i i l a ，g a s o l i n e c n gn e x i b l e - f i l e le n 西n eh 弱b e 饥p r o m o t e dw i d e l yi i lb u s e s 锄l d t a ) ( i e s s o m ep h e n o m e n o ne x i s t sg e n e r a l l yi nm ec o l l r s eo fp r o m o t i n g ，s u c h 勰f i e wg a s v “c l em a i n t e n a n c ee 1 1 t 叩r i s e s ，m a i n t e n a l l c ew o f k e r s l ( i l o w i n gl i t t l ea b o u tt h ew o 瓶n g p r i n c i p l eo ft h eg 雒s y s t e ma n dt h es t m c t u r a lc h 妣屺t e r i s t i c si nq 、丁gv e l l i c l e ，觚dp 0 0 r m a i n t e n a n c el e v e la n dm a t e r i a l s ，r e s u l ti nt h el e v e lo fc n gv e l l i c l em a i n t e n a n c ec n g c a l l i l o tk e 印u pw i t hm ep a c eo fc n gv e i l i c l ea p p l i c a t i o n t h e r c f o r e ，m er e s e a r c ho n g a s o l i n e c n gn e x i b l e f i l e le n 百n es y s t e mf a i l u r e si san e c e s s a d ra n dt i i i l e l yt a s k t h i sp 印e rm 2 i i n l yi n t r o d u c e st h es t m c t i l r e ，w o r k i n gp d n c i p l ea i l dc o m m o nf - a u l t so f t h en a t l l r a l g 弱e n 百n es y s t e m ，a n dh a u sd e s i 弘e da n db u i l t4 g 15 sg a u s 0 1 i n e c n g f l e x i b l e m e le n g i n et e s tb e n c h a c c o r d i n gt ot h ec o m m o nf a u l t so fm eg a ss y s t e m ，i th 弱 d o n et l l et e s tr e s e a r c hf 0 rf a i l u r e so fi n d u c t i o ns y s t e mo u t l e t ，o u t l e tp r e s s u r eo fp r e s s u r e r e d u c t i o na i l dt h ei n s t a l lo fs p a r ka d v a n c e 趾9 1 e 恤u 曲t h ea d d i t i o n a ls i m u l a t i o n i n s t a l l a t i o ni n “st e s tb e n c h b e s i d e s ，t h em a i nf a c t 0 璐i n n u e n c i n g 向e lc o n v e r s i o n e 街c i e n c ya r ef i g u r e do u t t h r o u 曲m er e s e a r c ha 1 1 ds 眦吼a 巧o fg a sv e l l i c l ea p p l ) ，i n gt ox i 觚b u s e sa i l dt a x i s ， c o m b i n e dw i t he x p e r i m e n t a ls t u d yi nt h i sa r t i c l e ，c o m p i l et h en a t u r a lg a sv e m c l ef i a u l t d i a g n o s i sg u i d ea i l d 训c ht h ei n f o m a t i o no fn a t u r a lg 弱v e h i c l ef a u l td i 呼l o s i s ，w h i c hh 鹤 v e r yi m p o r t 枷g u i d i n gs i 伊i f l c a l l c ef o rm en a n l r a lg 嬲v e l l i c l em a i n t e n a i l c ee n t e 巾r i s e s k e y w o r d s ：n a t u r a lg a sv e h i c l e ，g a s o l i n e c n gn e x i b l e m e le n 百n e ，g a ss y s t e m ，f a u l t d i a 印o s i s ，g u i d e 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 厢街 论文知识产权权属声明 岁月7 日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 蓠衡冈翰 痉苦干 箩日觇日 j q 盼月7 叩 长安大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 在关注汽车工业高速发展的同时，人们越来越重视汽车工业和大气环境保护、石 油危机之间的和谐发展。为此，世界各国广泛开展汽车替代燃料的研发工作，出现了 电动汽车、天然气汽车、醇类燃料汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车和混合动力汽车等， 其中天然气汽车以其自身的诸多优点在世界气源丰富的国家得到大力推广，成为城市 交通节约能耗，降低排放污染的主要途径之一。2 天然气汽车与传统的汽车比较，它的优点是：啪h 1 ( 1 ) 燃料的经济性大大提高，运营费用大大下降。根据目前的各种燃料价格，天 然气比汽油、柴油都便宜，天然气价格多数情况下是汽油价格的4 0 7 0 。若以9 3 汽油价格4 8 元：升，c n g 价格2 7 元细3 计算，1 立方米天然气动力值约等于1 公升汽 油，一辆公共汽车每天用汽油2 4 0 元，用c n g 只需花1 3 5 元左右，一辆出租车每天 用汽油7 2 元，用c n g 只需花4 0 元左右。 ( 2 ) 使用天然气更安全可靠，天然气供给系统设有紧急切断、安全放散、充装限 制、超流量自动截止等装置，不易泄漏和爆炸燃烧。天然气比空气轻，相对空气的比 重仅为0 7 ，天然气不会积聚在发动机周围形成点火源。再就是天然气的爆炸极限 浓度范围在5 1 5 ，它的闪点比汽油、柴油高出1 5 3 3 ，c n g 自燃温度为 6 3 0 7 3 2 ，汽油自燃温度为2 2 0 4 7 1 ，因而它比汽油、柴油更难点燃。国外 已经做过的多次汽车撞击、火焰烧烤等试验表明，c n g 是一种相对安全的汽车燃料， 可以像汽油车一样安全运行。 ( 3 ) 排放性能良好，有利于环境保护。天然气挥发性好，能与空气充分混合，完 全燃烧，没有黑烟和积碳。与汽油相比，天燃气汽车排气中的c o 下降9 0 左右，h c 下降5 0 左右，n o x 下降约3 0 ，c 0 2 下降1 0 以上，噪音降低4 0 ，且不含苯、 铅等致癌的有毒物质和粉尘污染，因此c n g 是非致癌、无毒、无腐蚀性的。 ( 4 ) 天然气发动机燃烧天然气无重烃可减少积碳，可延长汽车大修理时间2 0 以上，润滑油更换周期延长到1 0 0 0 0k m ，提高了天然气发动机机件使用寿命，降低了 维修费用，比使用常规燃料节约5 0 左右的维修费用。天然气燃烧过程中不产生焦油、 无积碳、且呈气态，润滑油不会被稀释，燃烧运转平稳、噪音小，因而天然气发动机 第一章绪论 的使用寿命相比汽油发动机延长。 ( 5 ) 天然气发动机的热效率高。天然气辛烷值一般在1 2 0 1 3 0 之间，而目前使 用的汽油辛烷值最高仅在9 6 左右，所以c n g 作为汽车燃料不需添加剂，如像铅等抗 爆剂。故天然气发动机抗爆性能好，对提高发动机的热效率有明显优势。 目前全世界已有4 0 多个国家拥有燃气汽车，主要分布在然气资源丰富的意大利、 阿根廷、巴西等国家和环保法规严格的美国、日本等国。这些国家政府颁布了一系列 法规及出台一些鼓励性政策来促进燃气汽车发展，如制定更严格的汽车尾气排放标准， 在天然气供给、汽车购置税费，设备供给、加气站建设等方面给予资金、税收优惠政 策。美国联邦政府1 9 9 2 年颁布的能源政策法，对于购买或改装代用燃料汽车及加 气站的建设减免税作出具体规定，同时还颁布了使用天然气的减税政策，并免征天然 气公司的汽车燃料销售税。截止到2 0 0 8 年3 月，全世界天然气汽车总量超过8 5 0 万辆， 近几年天然气汽车的年均增长率超过3 0 。阿根廷、巴西、巴基斯坦、意大利、印度 和美国的天然气汽车保有量居世界前六位。值得注意的是，近几年亚太地区的天然气 汽车发展迅速，2 0 0 0 2 0 0 7 年年均增长5 0 ，其中巴基斯坦、印度、伊朗的c n g 汽车 保有量分别达到1 6 5 万辆、8 2 万辆和7 3 万辆。巧1 从1 9 9 9 年开始，我国启动了“空气净化工程清洁汽车行动，由原国家科委牵头， 联合原国家计委、国家环保总局、建设部等1 3 个部委成立了全国清洁汽车行动协调领 导小组，随后启动了北京、上海、重庆、四川等1 2 个示范城市和地区，2 0 0 5 年示范 城市和地区扩大到1 9 个。2 0 0 6 年，国家再次启动“节能与新能源汽车 高科技计划， 继续强力推进天然气汽车发展的进程。中国的天然气汽车进入了快速发展期。截至 2 0 0 7 年底，全国已有3 0 个省市自治区的8 0 多个城市推广天然气汽车，其中1 6 个重 点推广城市( 地区) 共发展天然气汽车2 6 5 万辆，比2 0 0 6 年增长近8 万辆；建成天 然气加气站5 5 5 座，比2 0 0 6 年增加7 5 座。我国天然气汽车和加气站主要集中在气源 地附近，如四川、重庆、乌鲁木齐、西安和兰州等，天然气供应方便，气价低( 仅为 油价的4 0 5 0 ) 是天然气汽车快速发展的主要驱动力。咖7 1 在我国，天然气汽车技术的推广应用首先是在公共汽车和出租车上开始的。到 2 0 0 8 年底全国公共汽车保有量达4 0 万辆，全国出租汽车保有量达到9 3 7 万辆，“十五 期间年均增加2 6 。按照此增长率进行简单推算，2 0 1 0 年全国公共汽车的总量将达 到4 2 1 万辆，出租汽车总量将达到1 0 6 5 万辆；如果按5 0 的公共汽车和出租车改烧 天然气计算，再考虑其他社会车辆和部分私家车油改气，则2 0 1 0 年全国天然气汽车保 2 长安人学硕上学位论文 有量将达到惊人的数量。口1 1 2 天然气汽车维修现状 ( 1 ) 能够修理天然气汽车的维修企业太少，个体户众多 我国目前共有汽车维修企业2 2 万多家，从业人员1 7 0 多万人，年产值2 5 0 多亿人 民币，而年平均效益仅几万元左右，实在少得可怜。特约维修中心的效益相对较好， 全国有2 l o o 多家特约维修中心，尽管数量上仅仅占1 ，但产值却占整个行业的3 0 。 而规模较大的天然气专修企业几乎没有，特约维修中心也少得可怜，而个体修理户由 于其柔性的修理费用和简单及时便捷的修理流程，反而得到快速发展。硌1 ( 2 ) 维修人员的培养方式有待多样化，培养规模和力度应加强 对维修企业来说，维修人员素质是最重要的因素。目前我国四川成都和重庆天然 气汽车维修企业比较多，从业人员也比较多，但是有很大一部分的从业人员是在边修 理边自学天然气汽车相关知识。对维修人员的培养，简单的依靠汽车维修技术人员自 身加强学习的积极性还远远不够，应该推出各类专业的技术培训，特别是包括教学和 网上培训，不断更新维修观念、知识和技能，从而达到高科技汽车维修的要求。虽然 部分有实力的维修企业对自己的技术人员已经安排各种技术培训，但是规模和力度还 是不能满足现代汽车维修的需要。并且现在很多维修厂依然沿袭着“师傅带徒弟，手 把手地教 的行业特征。维修质量好坏完全凭经验，部分维修企业平时不注重维修资 料的收集、整理、更新和后备人才的储备，大大抑制了维修水平的提高。 ( 3 ) 信息技术更新服务有待加强 汽车从结构到控制技术日趋高科技化，汽车新品牌、新材料、新装备、新功能层 出不穷。就现在的维修技术人员而言，没有一个人能将数千种车型的维修资料、数据、 程序记忆在大脑中。汽车维修技术人员的知识、技术、经验以及对咨讯的全面掌握， 越来越显示出自身的局限性。而天然气汽车许多燃气配件都是采用的进口部件，如仅 仅依靠现场交流来详细了解这些部件的结构，具有局限性，所以可以应用汽车维修专 业互联网络来进行加强。互联网的出现，彻底打破了资讯在空间、时间上的局限，能 在第一时间最全面、最快速地将资讯迅速传达到地球上每一个角落，互联网络在中国 现代汽车维修行业中也已崭露头角。从国际汽车维修行业看，维修行业技术资料查询、 故障检测诊断、技术培训网络化，已达到全面普及的程度。以美国汽车维修业为例， 维修信息综合管理、专家集体会诊、网上查询资料、网上解答疑难杂症、网上开展技 3 第一章绪论 术培训、网上购买汽车维修资料，已经成为维修行业的基本特征。 ( 4 ) 我国政府支持天然气汽车维修发展 我国政府颁布了一系列标准、法规，对天然气汽车维修的发展既大力支持又格外 关注，并且牵头组织引领科研机构、高校和部分车厂企开展对天然气汽车的技术研发， 对推广应用中出现的维修问题和技术难题进行综合研究解决。如：重庆市压缩天然气 汽车安全管理办法通过市政府审议，于2 0 0 8 年7 月1 日正式颁布施行，是我国首部 天然气汽车行业管理法规，主要针对天然气汽车行业涉及运营安全、汽车改装与维修 安全以及相关法律责任等，进行了明确的规定。四1 1 3 课题的提出与意义 1 3 1 课题的提出 近几年在我国，天然气汽车在部分气源丰富城市的公共交通中得到大力推广应用， 而在天然气汽车使用和维护中对天然气汽车检测诊断技术和法规建设提出了更多更高 的要求，给我国天然气汽车的发展带来了机遇和挑战。 ( 1 ) 检测诊断软硬件的短缺，虽然在各个城市都有一些天然气汽车改装检测诊断 厂家，但是数量极少，如石家庄圣凯汽车天然气改装厂是石家庄唯一经质量技术监督 局批准验收、拥有国家改装资质的企业。其他维修厂针对天然气汽车检测诊断这一部 分几乎没有必需的专门检测诊断仪器设备，完全靠经验进行摸索检修。n 0 1 天然气汽车维修软件更为短缺。一般的维修诊断书刊资料，大多针对性不太强， 对一些故障的原因分析虽然有所涉及，但经验少的人仍然很难下手；还有一些故障大 家都不涉及。而现在对天然气汽车进行详细结构介绍的书刊资料屈指可数，再加上天 然气汽车技术更新换代的周期一再缩短，先前出版的部分书籍里面重点讲解的天然气 汽车的结构原理和功能现已内容陈旧，已不能满足对天然气汽车维修的要求。 ( 2 ) 信息化共享水平不高。由于缺乏完善的天然气汽车检测诊断网络，影响了信 息资源共享、硬件共享、软件共享的水平。 ( 3 ) 智能化检测水平不高。在新型天然气汽车检测诊断设备研制方面，需要向声、 光、电等自动化技术方向发展。 电控发动机的故障率本来是很低的，但是加装了燃气系统和燃气e c u 之后，一旦 有了故障，对故障部位及故障原因的分析和寻找却需要较高的技术水平，尤其是燃气 系统故障。因为燃气系统故障是天然气汽车故障自诊断系统所难以诊断的，并且在天 4 长安大学硕上学位论文 然气汽车故障中也是故障率相对较高的，常常给维修人员带来很大的技术难题。因此， 开展对汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统故障的研究，是符合我国天然气汽车现阶 段推广应用发展步伐的要求的，是能够满足汽车维修企业的工作需要的。课题的提出 是及时必要的任务。 1 3 2 课题的意义 当今的汽车发展已经机电一体化程度很高，且新技术更新应用较多，要成为一名 合格的汽车维修人员不仅要掌握机械知识、电子技术、传感器技术、液控技术等还要 紧随汽车新技术发展的潮流不断充电。不仅要有实践经验，还要有一定的理论基础， 更要紧随新技术更新换代变化的步伐。培养这么一大批符合以上要求的合格的现代化 的汽车医生，是我国当今汽车维修界面临的一个急待解决的课题。本课题所做的试验 方法及所获得的试验数据，对科研单位和维修企业都具有较高的实用价值。 本课题丰富了天然气汽车故障诊断资料，汽车维修企业的技术人员一方面可以使 用本论文有关章节学习天然气汽车故障诊断的理论，另一方面，也可以利用本论文编 写的天然气汽车故障诊断指南迅速确定天然气汽车故障部位，缩短维修时间，提高服 务质量。相关专业的研究人员也可以借鉴本课题试验获得的数据，加强对天然气汽车 的认识，完善相关的科研工作。 1 4 论文的工作和内容 本文针对汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统故障主要进行了以下研究工作： ( 1 ) 重点介绍汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统组成和工作原理，调研归纳总 结了燃气系统的常见故障。并搭建汽油c n g 天然气两用燃料发动机试验台，作为汽 油c n g 两用燃料发动机燃气系统故障模拟的试验平台。 ( 2 ) 针对汽油c n g 两用燃料发动机燃料转换进行故障模拟研究。 ( 3 ) 针对汽油c n g 两用燃料发动机进气系统漏气进行故障模拟研究。 ( 4 ) 针对汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统减压器出口压力进行故障模拟研 究。 ( 5 ) 针对汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统点火提前器设置角度进行故障模拟 研究。 ( 6 ) 编写完成了天然气发动机故障诊断指南。 5 第二牵汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统 第二章汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统 2 1 天然气发动机的分类 天然气发动机的燃料供给与控制系统也经历了混合器机械控制式、混合器机电控 制式、电控单点喷射式、电控多点喷射式等阶段。燃料供给与控制系统不同，发动机 的性能也有所不同，特别是排放性能差别较大。 目前我国在用的天然气汽车大多是在原有汽油机或柴油机基础上加装燃气系统而 改装成的，以天然气供给方式的不同可将其分为以下三种类型： ( 1 ) 两用燃料天然气发动机：指能够分别燃烧汽油和天然气两种燃料的天然气发 动机。两用燃料技术主要在点燃式发动机上应用。在汽油机的基础上，保留原有的燃 油供给系统，另外加装一套气体燃料供给系统。这样既可以用原有的燃油供给系统， 也可以用现有的气体燃料供给系统，但发动机工作时只能用一种燃料。目前两用燃料 天然气发动机气体燃料供给形式有两大类，即缸外供气和缸内供气。缸外供气形式主 要包括进气道混合器预混合供气和缸外进气门处喷射供气；缸内供气形式主要有缸内 高压喷射供气和低压喷射供气。 ( 2 ) 双燃料天然气发动机：指柴油和天然气两种燃料一起混合燃烧的天然气发动 机。双燃料技术主要在压燃式发动机上应用。气体燃料通过少量喷入的柴油压燃后引 燃，也就是说发动机工作时要用两种燃料。双燃料天然气发动机气体燃料供气方式主 要有两种，即缸内直接喷射和缸外供气。缸外供气存在两种形式：进气管混合器供气 和进气歧管喷射。根据引燃油量的多少，双燃料天然气发动机还可分为常规双燃料天 然气发动机和微引燃天然气发动机。 ( 3 ) 单燃料天然气发动机：指仅使用天然气作为发动机燃料而不再用其他燃料的 发动机。根据车用天然气的理化特性进行设计和优化单燃料车用天然气发动机的结构， 通过增强缸内紊流、提高压缩比、调整点火参数等措施，充分满足天然气的燃烧要求 从而获得更好的动力性、经济性及排放性。 双燃料天然气发动机同时使用两种燃料，发动机运行时根据负荷的变化对引燃油 量和天然气供给量进行协调控制，其协调控制的复杂性必使技术更新更困难和使用成 本的加重，同时造成修理与维护的诸多不便，故其发展受到限制；单燃料天然气发动 机虽性能极佳但由于气体燃料比容积能量低，其一次充气后续驶里程有限，并且单燃 6 长安大学硕士学位论文 料天然气发动机研发、生产和推广使用的费用太高，成为其大力发展的瓶颈。而两用 燃料天然气发动机因改装工作简单，适用性强，推广使用时间最长，技术更加成熟， 且性价比最高，能符合满足排放法规的要求，所以在我国现阶段公共交通中使用最多。 2 2 汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统的组成与工作原理 在我国现阶段天然气汽车的推广应用中，绝大部分在用天然气汽车都是使用的汽 油c n g 两用燃料发动机。而本文也是主要针对汽油c n g 两用燃料发动机做的故障模 拟研究，故在此重点介绍汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统的组成与工作原理。 2 2 1 燃气系统的供给流程与工作原理 汽油c n g 两用燃料汽车按燃气混合供给装置不同，可分为开环控制混合器式供 气系统，闭环控制混合器式供气系统和电控燃气喷射式供气系统三大类，其专用装置 不同之处主要体现在对混合气的形成方式、对混合气浓度控制方式以及是单点喷射还 是多点顺序喷射控制等少数部件上，其他装置基本相同。而现在国内外的电喷车上普 遍采用的电控燃气喷射式燃气供给系统。 ( 1 ) 开环控制混合器供气系统主要组成部分有：充气阀、储气瓶、导气管路、手 动截止阀、高压电磁阀、动力调节阀、混合器等。其c n g 供给流程图如图2 1 所示。 图2 1c n g 供给流程图 本系统类似于汽油机化油器技术的c n g 系统，利用发动机的真空度进行供气调 节，使用在化油器式汽车上。在c n g 供给中，充气站将压缩天然气，通过充气阀充入 储气瓶。当使用天然气做燃料时，储气瓶内的高压天然气通过气瓶阀、高压管路进入 减压调节器。减压调节器装置可将不高于2 0 m p a 的压缩天然气进行逐级减压，再通过 低压管路输送到混合器，并与经空气滤清器进入的空气混合，经化油器通道进入发动 7 第二章汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统 机气缸燃烧。根据发动机的各种工况产生的不同真空度，自动调节减压调节器的供气 量，并使天然气与空气均匀混合，满足发动机不同工况的使用要求。动力调节阀是一 个调节天然气管路横截面积的装置，可调节混合气的空燃比，使空燃比达到较佳状态， 满足发动机各工况对燃气供应的要求。 ( 2 ) 闭环控制混合器供气系统主要组成部分有：充气阀、储气瓶、电磁阀、减压 调节器、功率阀、混合器和燃气e c u 等。在开环控制系统的基础上增加闭环控制系统 而成，应用在电喷车上其控制系统的工作原理如图2 2 所示。 图2 2 控制系统的工作原理 图2 2 为汽油天然气双燃料发动机闭环控制系统的工作原理。在闭环控制中，燃气 供给系统增加了燃气e c u ，并利用原车的氧传感器实现空燃比闭环控制，同时在减压调节 器和混合器之间增加了由燃气e c u 控制的步进电机功率阀，这样就可通过燃气e c u 、氧传 感器、电控功率阀使发动机在各种工况下都能获得最佳的空燃比。工作方式是燃用汽油 时切断天然气的供给，燃用天然气时切断汽油的供给。无论哪种工作方式混合气都是预 混合并由火花点燃。目前，国内外的电喷车上普遍采用混合器方式的闭环控制系统，匹 配后的动力性、排放性能、燃料经济性等指标基本能够满足国家有关标准的规定和使用 的要求。如福莱尔发动机改装为天然气一汽油发动机，采用了意大利进口的罗瓦托燃气 系统，其控制原理图如图2 3 所示。n 8 长安大学硕士学位论文 9 第二章汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统 但是在使用过程中依然存在许多难以克服的问题，例如j e t t a 电喷车使用混合器方 式的闭环控制系统存在的主要问题：j e t t a 电喷车特殊的进气管结构，在使用c n g 工作 时，不可避免的存在回火问题，特别是在汽车使用一段时间后，回火将更加频繁。解决此 故障的主要方法是采用燃气喷射技术，这样可以消除产生回火的外界条件( 可燃混合气 在进气管内的聚集) ，从而基本解决回火问题。正如汽油机上化油器式供油系统会被汽 油喷射式供油系统所代替，在燃料发动机上，混合器式供气系统必将会被喷射式供气系 统所代替。 ( 3 ) 电控燃气顺序喷射燃气系统主要组成部分有：储气钢瓶、钢瓶阀、导气管路、 充气阀、供气( 充气) 管路、减压器、低压管路、高频电磁阀组、分配管路、转换开 关和点火提前器等。如本试验用意大利o m v e l 燃气系统，其c n g 供给流程图如图2 4 所示。 冷却水出口 水进口 图2 4电控燃气顺序喷射燃气系统c n g 供给流程图 存储在气瓶中的压缩天然气通过天然气气瓶阀门向高压组件提供压力为2 0 m p a 左右的高压压缩天然气。经过滤清器，滤除了天然气中的水分和其他杂质成分，并经 过手动截止阀和高压电磁阀之后进入减压阀。天然气在减压阀内膨胀过程中天然气要 吸收大量的热量，因而有可能造成输气管路及减压阀等零部件由于低温冻结而造成供 气系统不能正常供气，所以必须对减压阀进行加热。通常天然气发动机使用冷却水流 过减压阀对天然气进行加热。在经过减压阀后，天然气由高压降低到o 0 9 o 1 2 m p a 范围内的某一压力，并能保持恒定。这个压力直接作用在整个低压组件，包括电磁阀 1 0 长安人学硕士学位论文 所在的气轨。电磁阀按照电控单元的指令开启、关闭，将适量的天然气按发动机工况 的要求喷入进气歧管。天然气和空气在进气歧管混合一起进入气缸，完成天然气的供 厶& 钿。 电控喷射天然气系统采用高压喷射，通过节气门传感器、气体流量传感器、转速 传感器、水温传感器、进气温度传感器、压力传感器和氧传感器等收集发动机的各种 信息，送给中央处理单元，经过中央处理单元对这些信息进行计算、分析，产生控制 信号，来控制点火时刻、喷气量等，以满足发动机各工况的要求，并且加装了高效的 三元催化器，使其排放能满足严格的欧i i i 标准。同时精简更新燃气控制电路，如将模 拟器线束融入燃气e c u 中，不仅简化了电器线路，也节约了成本。如比亚迪f 3 的4 g 1 5 s 汽油c n g 两用燃料发动机，采用意大利进口的o m v e l 燃气控制系统，燃气系统接 线线路图如图2 5 所示： 点 图2 5o m v e l 燃气系统接线线路图 第二章汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统 2 2 2 燃气系统主要部件的结构和功能 ( 1 ) 高压气瓶，用于储存天然气，以最高2 0 m p a 的压力储存压缩天然气，这是 目前世界通用额定压力，可以在有限的容积内储存较多的天然气。气瓶的选择主要考 虑到安全性，通常压缩天然气气瓶是经过严格的测试，安全性完全可以得到保证；同 时应尽量减小气瓶的质量，以减轻车辆的重量，节省燃料。实际装车要根据所用车辆 的不同型号和改造成本选择合适的气瓶容积和数量。 ( 2 ) 减压器，减压器是天然气供给系统中的重要主成零件之一，对发动机的动力 性、经济性和排放性都有很大影响。它负责把天然气气瓶的高压天然气转换成低压天 然气。同时，发动机使用燃气与使用燃油一样，都需要按一定压力输送给高频喷射阀。 由于高压气瓶中的c n g 气体压力随着c n g 的充装和使用不断变化，要保持较理想的 空燃比控制，则无论气瓶内的压力如何变化，都要保证减压器出口压力保持稳定，以 适应燃气电控系统的要求。由于高压阀口在调节状态下产生的节流吸热现象，天然气 中所含的水分可能会在阀口处产生冰堵，损坏阀口和阀座。因此，在调压器的一级室 和二级室的外部设置了水腔，工作时把发动机的循环水引进腔体，从而防止冰堵现象 的产生。 本试验燃气系统配置的减压器为r 8 9 任弭型。r 8 9 e 4 型减压器为两级式结构，减 压器一级减压腔，使c n g 压力降低到约o 2 3 m p a ；减压器二级腔为稳压腔，一级腔输 送来的低压天然气，经过调节后，通过稳压结构的作用，输出具有一定稳定压力的天 然气。在c n g 减压器的稳压腔上设有电磁截止阀，在停车或使用汽油工作时，电磁 截止阀关闭，同时一级进口关闭；在使用c n g 工作时，电磁截止阀打开。为保证怠 速时的稳定性和最佳的混合比，将发动机进气管处的进气压力引入一级腔的平衡室， 调节其工作过程。为避免因温度变化过大引起的工作不稳，在循环水的出口处，安装 有恒温结构，保证在正常状态下减压器腔内温度的恒定。在安装时需保证正确的循环 水流动方向，否则将造成循环水不能流动，造成系统工作不稳；为避免因减压器故障 造成的腔内压力异常升高，在一级腔内设有安全保护阀。在c n g 进入一级减压腔之 前的高压部分设有c n g 过滤器。减压器( r 8 9 e 4 ) 结构图2 6 如所示： 1 2 k 蜜大学碰二# 位论文 嶷口 图2 6 减压器( r 8 9 ，e 4 ) 结构 ( 3 ) 电磁截止阀，c n g 供气系统中设有c n g 电磁截止阀以控制c n g 供给。其 安装在减压器上，该阀为常闭式，“开”或“闭”由燃料转换开关统一控制。当转换开 关转换到“c n g ”位置时，c n g 电磁阀打开，使c n g 管路畅通；当转换开关转换到 “汽油”位置时，c n g 电磁阀关闭，使c n g 管路关闭。 ( 4 ) 高频电磁阀组，是燃气供给系统中最重要装置之一，其实物如图27 所示。 它的性能的优劣直接影响燃气的喷射量，从而影响发动机的性能。它是燃料供给的执 行部件，利用每个高频电磁阀控制每个气缸的燃料供应，按照燃气e c u 的指令，依 照气缸的工作顺序，依次打开对应气缸的高频电磁阀，供应与发动机吸入空气量对应 数量的天然气燃料。 低压气管 阀7 _ ：z ：五j 、岂。黑 分配气管接头 囤2 7 高频电磁阍组 谥_ 豳 第二章汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统 2 3 汽油c n g 两用燃料发动机燃气系统的常见故障 通过我们对西安公交车和出租车的实际调研、分析和总结后，发现天然气汽车燃 气系统多发故障主要是包括冷车起动困难、汽油和天然气转换故障、转换后发动机运 转故障、气耗故障和排放不合格等几种故障现象。故障现象与排除方法如表2 1 所示 下：1 3 1 表2 1 燃气系统的常见故障 故障诊断及排除 1 用汽油不容易起动；检修原机 2 、发动机气缸压力是否低于原车标准( 最低o 8 5 m p a ) ；量缸压 3 、发动机迸气歧管怠速真空吸力未达到正常值，高于4 3 0 m m h g ( 或低于一 0 0 5 6 7 m p a ) ：检修进气歧管是否漏气 4 、蓄电池或线路电压低于正常值；蓄电池充电检修线路 5 、发动机起动时转速太低： 0 8 5 m p a ) ，储气瓶内c n g 量不足；充装c n g 3 、发动机进气歧管怠速真空吸力未达到正常值，高于4 3 0 蛐n h g ( 或低于一0 0 5 6 7 m p a ) 4 、蓄电池或线路电压低于正常值，点火能量不足；更换蓄电池或检修线路 5 、发动机起动时转速太低： 1 6 0 r f i i l ； 6 、点火正时不分、分电器触点烧蚀、高压线火花弱； 7 、火花塞电极间隙过大或积碳太多清洗积碳、将电极间隙按原标准调校( 一般o 8 m m ) 8 、火花塞老化；更换火花塞 9 、高压线老化；更换高压线 l o 、天然气管路堵塞、功率阀开度过大或过小； 1l 、高频电磁阀未打开； 检查转换开关是否转到气档 冷车起1 2 、电磁阀滤芯过脏： 清理电磁阀、更换滤芯 动困难1 3 、喷油仿真器故障；更换喷油仿真器 1 4 、减压器水循环系统堵塞；清理水循环系统 1 5 、减压器膜片破损或老化；清理并更换老化或损坏膜片 1 6 、减压器稳压腔旁通孔堵塞；清洗旁通孔 1 7 、减压器怠速通道堵塞；清理减压器怠速通道 1 8 、三级减压器输出压力太高已超过1 2 0 m m h g ； 1 9 、高压管路堵塞；清理高压管路 2 0 、低压管漏气或破损：重新安装或更换低压气管 2l 、氧传感器信号不正确； 检查氧传感器接线更换 2 2 、混合气过浓 ( 1 ) 化油器中有汽油；关掉天然气，起动发动机，把汽油烧完后再转换成天然气 ( 2 ) 空气滤清器过脏堵塞；清理或更换空滤滤芯 ( 3 ) 三级减压调节器输出压力高于正常值； 5 0 长安人学硕士学位论文 2 3 、混合气过稀( 用手挡住部分空气进口才能起动) ( 1 j ) 混合器与化油器或节气门松动漏进空气； ( 2 ) 混合器防爆皮碗损坏或防爆皮碗与壳体间有间隙： 节气门 l 、点火时间过迟；调校设定点提前器角度值 体回火 2 、混合气过稀；检查天然气输出压力： 调整功率阀及混合比 排气声 3 、点火系故障检查火花塞间隙是否太大，有无烧蚀，高压线有无损坏，白金间隙是否变小 沉重 1 、有个别缸不工作： 检查火花塞、高压线 发动机 2 、进排气歧管垫严重漏气；更换迸排气歧管垫 抖动节 3 、点火次序混乱； 气门连 4 、气门弹簧折断； 更换气门弹簧 续回火 5 、气门摇臂螺栓松脱；重新安装气门摇臂螺栓 l 、发动机故障：气缸垫窜气、进气歧管垫漏气、气门间隙过大或过小、各缸压缩压力差超 过规定( s 5 ) 、空滤器脏或堵塞、怠速步进电机故障； 2 、点火系故障：火花塞工作不良、高压线或分电器漏电、分电器凸轮分度不均匀、误差超 过l o ，点火系进水； 3 、混合器原因：混合器怠速调整不当、混合器膜片破损漏气( 有高速无低速) 、防爆皮碗与 壳体密封不严或皮碗损伤； 4 、油气混烧：当燃用天然气时，拆开化油器进油管，如有汽油流出，应检修汽油电磁阀或 汽油电油泵； 怠速 5 、发动机真空度降低：真空管、混合器连接管、化油器或节气门连接处漏气； 不稳 6 、化油器脏，阻风门发卡； 清洗化油器 7 、发动机机体温度过低； 检查并清理水循环系统 8 、节气门过脏；清洗节气门体 9 、高频电磁阀关闭不严；清理高频电磁阀阀芯和阀体 l o 、高频电磁阀部分损坏；更换损坏部分 1 1 、分配气管脱落；重新连接分配气管 1 2 、减压器膜片破损或老化造成供气不稳；清理并更换老化或损坏膜片 一3 、减压器稳压腔旁通孔堵塞；清洗旁通孔 5 1 第五章天然气汽车故障诊断指南 1 、火花塞绝缘体破裂：更换火花塞 2 、分电器盖裂漏电；更换分电器盖 3 、高压线未插到底；调整高压线 4 、真空提前点火失效； 中高速 5 、混合器天然气输入管路堵塞、功率阀调整不当； 不良 6 、减压器输出压力太低或太高：调整输出压力 7 、减压器加热循环水道堵塞； 清理加热循环水道 8 、进排气歧管垫漏气：更换进排气歧管垫 9 、分电器点火提前角调整不当； 1 、混合气过浓 发动机( 1 ) 混合器阀芯有卡滞现象 发出有( 2 ) 减压器输出压力超过1 2 0m m h g 节奏的( 3 ) 空气滤清器堵塞用压缩空气吹扫或更换滤芯 “突突”2 、发动机故障：气缸垫漏气或缸盖不平、个别缸不工作、气门密封不严或烧蚀、气门间隙 声，热车过大或过小； 不易起3 、发动机点火系故障：分电器凸轮磨损或轴松、分电器触点烧蚀或接触不良、点火线圈内 动部短路发热； 4 、减压器循环水道不通，使输出天然气温度太低；清理水道 1 、原车技术性能差、发动机技术状况下降： 2 、蓄电池电压低、点火系统有故障使点火能量不足； 3 、汽车滑行性能差、传动系统磨损严重或调整不当，行驶阻力大； 4 、驾驶员操作不熟练； 天然气5 、加气站气质、加气方法因素； 耗气量6 、混合器天然气最大流量调整不当使混合气偏浓；调整功率阀、混合比 高 7 、点火提前角、功率阀、火花塞间隙、气门间隙及怠速调整等调整不当：重新调整 8 、高低压天然气管路及部件有漏气现象；检修漏气部位 9 、减压器输出压力太高；检修减压器 l o 、发动机水温 8 0 ，减压器加热不良； 1 1 、路况莠、行驶速度慢、起动次数多； 5 2 长安大学硕士学位论文 1 2 、空气滤清器过脏；清理或更换空滤滤芯 1 3 、火花塞老化；更换火花塞 1 4 、分缸线老化： 更换分缸线 15 、氧传感器信号不正确； 检查氧传感器信号连接或更换氧传感器 1 6 、高压管线堵塞；清理高压管路 1 7 、低压管线破损导致漏气： 更换低压气管 1 8 、高频电磁阀关闭不严；清理高频电磁阀阀芯和阀体 减压调节器故障诊断与处理 故障诊断及排除 l 、一级阀口损坏，进气阀芯无法关闭更换进气阀杆 压力上升2 、进气阀芯损坏，无法关闭进气口；更换、修理进气阀芯 安全阀打开泄压 3 、阀杆没有拧紧，一级阀口间隙较大拧紧进气阀杆 4 、一级销轴变形更换一级销轴 l 、一级阀口间隙小于0 4 衄； 调整进气阀杆，保证间隙到o 4 0 6 衄间 一级压力过低 2 、一级销轴变形：更换一级销轴 3 、一级弹簧损坏；更换一级弹簧 l 、一级杠杆变形或阀片损坏：调校三级杠杆，更换阀片 2 、三级杠杆与三级膜片未装好：重新装配 三级压力过高 3 、二级上盖紧固螺栓未拧紧，造成二级气室漏气到三级； 拧紧二级上盖紧同螺栓 l 、三级调压弹簧螺栓调整不当；逆时针拧动三级调压螺栓至压力达正常值 三级压力过低 2 、三级杠杆上的阀片变形；更换三级杠杆阀片 5 3 第五章天然气汽车故障诊断指南 混合器故障诊断与处理 故障诊断及排除 1 、混合器安装调整不当； 2 、混合器空气阀片太脏影响进气；清洗混合器，重新调整 冷车起动困难3 、混合器天然气阀片太脏，造成漏气使混合气过浓； 4 、混合器膜片破损；更换混合器膜片 5 、混合器与化油器接口漏气； l 、阀芯安装同心度不够与阀座有摩擦或有异物造成卡滞现象； 2 、喷嘴与中心螺栓之间有松动； 3 、防爆皮碗有漏气现象；更换防爆皮碗 怠速不稳或4 、弹簧调整和装配同心度误差大； 不易起动 5 、上盖螺栓松紧不一致，影响空气阀片平行度： 6 、怠速螺栓调整不当；重新调整怠速螺栓 7 、阀芯空燃比垫片厚度调整不当； 8 、进气通道有漏气现象； 1 、上盖螺栓未上紧膜片边缘漏气； 减少进空气量 2 、发动机真空吸力达不到规定值： 才有高速 3 、混合器进气接口、化油器或节气门各部连线外漏气、进气歧管垫漏气； 其它故障 l 、传感器信号线折断、插接件线接触不良； 2 、显示器进水、进杂质；清理显示器 3 、天然气气路不通；清理天然气气路 气量显示 4 、显示控制中心接地不良；重新接线 指示不标准 5 、压力传感器信号线接触不实；重新接线 6 、压力传感器接地线接触不实；重新接线 7 、传感器指针与外壳磨蹭；调整指针与外壳间距 5 4 长安大学硕士学位论文 8 、压力传感器损坏；更换传感器 9 、传感器与压力表相对角度不准；调整角度 1 、电源未接通、电磁阀搭铁不好、电压过低；重新接线 高压高磁阀2 、电磁阀线圈烧毁；更换线圈 打不开3 、电磁阀阀芯。型圈损坏；更换。型圈 4 、电磁阀阀芯橡胶封片损坏：更换阀芯橡胶封片 l 、转换开关无显示，电源保险烧坏；换保险 2 、电源线接触不实；重新接线 转换开关 3 、系统接地线接触不实；重新接线 故障 4 、控制器至转换