玉柴天然氣發(fā)動機電氣原理與使用維護 （Ⅰ）——玉柴天然氣汽車發(fā)動機分類篇

周行卜

（一汽客車 （無錫）有限公司技術中心，江蘇 無錫 214177）

編者按:《玉柴天然氣發(fā)動機電氣原理與使用維護》一文分為分類篇、原理篇、維護篇和應用篇4個專題，介紹廣西玉柴機器股份有限公司生產的天然氣發(fā)動機。分類篇主要介紹玉柴生產的天然氣發(fā)動機的類型，以及與柴油機的差別，讓讀者對天然氣發(fā)動機有一個大概的了解，做到知其然。原理篇則主要介紹天然氣發(fā)動機及其零部件的工作原理，給出發(fā)動機的工作原理圖及整機電路原理圖，讓讀者知其所以然。維護篇介紹天然氣發(fā)動機及其零部件的使用、保養(yǎng)、維護，以及發(fā)動機常見故障的判斷。應用篇具體介紹LNG液化天然氣發(fā)動機在CA6860URN80公交客車上的應用，并給出其整車電路圖。讓讀者對天然氣發(fā)動機這種新能源發(fā)動機有一個全面的了解和認識，為用好車、修好車服務。

中國的汽車設計師們應該清楚地認識到:能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎?？v觀人類社會發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。能源的開發(fā)利用極大地推進了世界經(jīng)濟和人類社會的發(fā)展。

在電動汽車發(fā)展尚存技術缺陷、產業(yè)化發(fā)展還不成熟、無法實現(xiàn)大規(guī)模替代燃油汽車的情況下，天然氣汽車能彌補這些不足。大規(guī)模推廣使用天然氣汽車，將有效節(jié)約能源，降低有害物質排放量。與電動汽車相比，現(xiàn)階段天然氣汽車更具發(fā)展可行性。中國道路運輸協(xié)會正在制定天然氣汽車的推廣實施方案，并將開展區(qū)域示范?？梢?，有望獲得政策扶持的天然氣公路客車將迎來發(fā)展良機。為了方便廣大讀者了解如下幾種不同天然氣汽車的類型，筆者略作區(qū)分和介紹。

壓縮天然氣 （Compressed Natural Gas，簡稱CNG），是將天然氣加壓并以氣態(tài)儲存在容器中。它與管道天然氣的組成相同，主要成分為甲烷（CH4），可作為車輛燃料使用，這種以CNG為燃料的車輛叫做NGV （Natural Gas Vehicle）。液化天然氣 （Liquified Natural Gas， 簡稱LNG）， 可以用來制作CNG。液化石油氣 （Liquefied Petroleum Gas，簡稱LPG）經(jīng)常容易與LNG混淆，其實它們有明顯區(qū)別。LPG的主要組分是丙烷 （超過95%），還有少量的丁烷，在適當?shù)膲毫ο乱砸簯B(tài)儲存在儲罐容器中，被用作民用燃料和車輛燃料。

本文介紹的玉柴ECI HD系統(tǒng)天然氣發(fā)動機，有使用CNG壓縮天然氣和LNG液化天然氣的。CNG發(fā)動機有4缸CNG增壓、6缸CNG增壓及6缸CNG自然吸氣式發(fā)動機；LNG發(fā)動機有6缸LNG增壓發(fā)動機。

1 天然氣發(fā)動機與原柴油機差別較大

1.1 燃料供給系統(tǒng)

取消了原柴油機燃油噴射系統(tǒng)相關的零部件，增加了高壓電磁閥、高壓減壓器、低壓電磁閥、電控調壓器、混合器、高壓濾清器和低壓濾清器等控制天然氣噴射量和噴射時間的相關零部件。

1.2 點火系統(tǒng)

柴油機是壓燃式發(fā)動機，而天然氣發(fā)動機由于受燃料特性限制 （抗爆震性能），采用的是與汽油機一樣的點火式燃燒方式。在取消了噴油器后，將原缸蓋上的噴油器孔改為了火花塞孔；在取消了油泵后，在原油泵安裝位置裝上了一個點火傳動裝置，通過凸輪軸位置傳感器獲得發(fā)動機的點火正時信號；增加了電控模塊、點火線圈及火花塞等零件組成的點火系統(tǒng)。

1.3 控制系統(tǒng)

YC6G、6J、4G系列天然氣發(fā)動機是一種電控發(fā)動機，與原機械式柴油機相比，各工況點的空燃比、點火提前角、增壓壓力都實現(xiàn)了更精確的控制。為滿足這些控制要求，增加了相應的天然氣溫度、天然氣壓力、發(fā)動機冷卻水溫度、進氣空氣壓力及溫度、環(huán)境壓力、濕度及溫度、點火正時以及氧濃度等傳感器。

1.4 壓縮比

壓縮比的選取與燃料的抗爆震性能密切相關。抗爆震性能用燃料的辛烷值來衡量，辛烷值越高抗爆震性能越好。常用的幾種燃料按抗爆震性能高低排序依次為:柴油、天然氣 （甲烷）、丙烷、丁烷 （LPG是丙烷和丁烷的混合物）和汽油。根據(jù)這種燃料特性，一般天然氣發(fā)動機壓縮比比LPG發(fā)動機高，但比柴油機低，而LPG發(fā)動機的壓縮比又可以比汽油機略高。YC6G、6J、4G系列天然氣發(fā)動機的壓縮比為11。

1.5 空燃比控制

天然氣燃燒方式與柴油不同。天然氣發(fā)動機可通過氧傳感器測量尾氣中的氧濃度，從而推算出混合氣空燃比。發(fā)動機控制系統(tǒng)通過氧傳感器的反饋信號，不斷修正天然氣的噴射量，實現(xiàn)全工況閉環(huán)控制，精確控制空燃比，使天然氣在缸內燃燒最優(yōu)化。

1.6 增壓控制

增壓中冷能大大提高發(fā)動機的動力性能。玉柴YC6G、6J、4G系列天然氣發(fā)動機使用先進的高速電磁閥 （300 Hz）技術控制增壓壓力，保證發(fā)動機具有良好的扭矩曲線及良好的瞬態(tài)性能。

2 玉柴天然氣發(fā)動機特點及性能技術參數(shù)

2.1 YC6G系列單燃料發(fā)動機

2.1.1 機型簡介

YC6G系列單燃料發(fā)動機是玉柴與美國Econtrols公司專為城市公交車和重型載貨汽車開發(fā)的天然氣（CNG／LNG）單燃料發(fā)動機。主要零部件與YC6G柴油機通用，繼承了YC6G柴油機的所有優(yōu)點。適配范圍為10～12m公交車、重型載貨汽車。

YC6G系列發(fā)動機的主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 YC6G系列發(fā)動機主要技術參數(shù)

2.1.2 機型特點

YC6G系列單燃料發(fā)動機的機型特點如下。

1）高可靠 全套進口電控供氣裝置、點火系統(tǒng)和發(fā)動機管理系統(tǒng)；鉑金電極火花塞，燃燒效率高，壽命長；專用的燃氣發(fā)動機進排氣系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)；采用美國Garrett TBP4型水冷廢氣渦輪增壓器，效率高、壽命長；電控調壓進氣方式，稀薄燃燒、燃氣消耗率低、燃燒柔和、熱效率高、排溫低；寬域氧傳感器精確控制空燃比；閉環(huán)控制系統(tǒng):全工況閉環(huán)控制+自學習及診斷功能。

2）低噪聲 燃燒柔和，超低噪聲，振動小，舒適性好；整機平均噪聲小于93dB（A）。

3）超低排放 帶氧化型催化轉換裝置，滿足國Ⅲ、國Ⅳ排放標準，無可見炭煙，無顆粒。

4）便維護 人本設計，通用性高，接近性好。

5）性價比高，綜合效益好。

2.2 YC6J系列單燃料發(fā)動機

2.2.1 機型簡介

YC6J歐Ⅲ系列單燃料發(fā)動機是玉柴與美國Econtrols公司專為城市公交車和中型載貨汽車開發(fā)的天然氣 （CNG／LNG）單燃料發(fā)動機。主要零部件與YC6J柴油機通用，繼承了YC6J柴油機的所有優(yōu)點。適配范圍為9～11m公交車、中型載貨汽車。

YC6J系列發(fā)動機的主要技術參數(shù)如表2所示。2.2.2 機型特點

YC6J系列單燃料發(fā)動機與YC6G系列單燃料發(fā)動機的機型特點相同。惟一的不同之處是YC6J系列單燃料發(fā)動機的排放滿足國Ⅲ排放標準，可升級到歐Ⅳ標準。

2.3 YC4G系列單燃料發(fā)動機

2.3.1 機型簡介

YC4G歐Ⅲ系列單燃料發(fā)動機是玉柴與美國Econtrols公司專為城市公交車和輕型載貨汽車開發(fā)的天然氣 （CNG／LNG）單燃料發(fā)動機。主要零部件與YC4G柴油機通用，繼承了YC4G柴油機的所有優(yōu)點。適配范圍:8～9m公交車、輕型載貨汽車。

YC4G系列單燃料發(fā)動機的主要技術參數(shù)如表3所示。

2.3.2 機型特點

YC4G系列單燃料發(fā)動機與YC6J系列單燃料發(fā)動機的其他機型特點都相同。惟一的不同之處是YC4G系列單燃料發(fā)動機采用美國Garrett GT25型水冷廢氣渦輪增壓器。

2.4 YC6M系列單燃料發(fā)動機

2.4.1 機型簡介

YC6M系列單燃料發(fā)動機是玉柴與美國Econtrols公司專為公路客車和重型載貨汽車開發(fā)的天然氣（CNG／LNG）單燃料發(fā)動機。主要零部件與YC6M柴油機通用，繼承了YC6M柴油機的所有優(yōu)點。適配范圍:12～13m公交車、公路客車和重型載貨汽車等。

表2 YC6J系列發(fā)動機主要技術參數(shù)

表3 YC4G系列單燃料發(fā)動機主要技術參數(shù)

YC6M系列單燃料發(fā)動機的主要技術參數(shù)見表4。

2.4.2 機型特點

YC6M系列單燃料發(fā)動機的機型特點與YC6J系列相同，惟一的不同之處是YC6M系列單燃料發(fā)動機采用美國Garrett GT40型水冷廢氣渦輪增壓器。

表4 YC6M系列單燃料發(fā)動機主要技術參數(shù)

（待續(xù)，本文分4期連載）