天然气供气系统结构与工作原理
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安全管理编号:LX-FS-A21055 天然气供气系统结构与工作原理
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天然气供气系统结构与工作原理
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天然气供气系统的性能、同发动机优化匹配情况,对天然气发动机性能有至关重要的影响。如表4-1所示,在解放CA6102型汽油机上,采用不同的供气系统装置,提高压缩比,充分证明压缩比的提高可部分补偿发动机的标定功率损失,而且采用性能优良的供气装置可使标定功率损失大幅度降低。原机压缩比为6.75时,采用1#供气装置的标定功率损失达24.2%,压缩比提高到7.6时标定功率损失降为18.1%。而采用2#供气装置,压缩比为7.6时,同原机型相比,标定功率损失可降低到10%左右。
试验中采用的天然气中CH₄含量均在95%左右。采用7.6压缩比和2
#供气装置时,同时采用了改进型进气道,加大了进气充量。若作为CNG和汽油两用燃料发动机,应采用90
#汽油。
天然气供气系统包括高压电磁阀、减压阀和混合器等,其中最关键组件就是减压阀和混合器,下面分别介绍。
一、减压阀
天然气减压阀是GNG汽车供气系统中的重要组成部分,目前国内使用的进口减压阀有三级也有四级,其玉作原理基本上是一致的。
汽车在运行中所需天然气的量值是一个复杂的数据,对减压系统的技术要求非常高,生产工艺的难度也比较大。整套减压系统进口价格较高。图4-5是减压阀的结构原理图。
从高压钢瓶中释放出的CNG流经高压管,再经过接头1进入减压阀。CNG经过过滤器2滤除气体中的杂质,进入阀腔4,气体作用在橡胶膜片5上产生与弹簧6的相互作用力。当腔4气压达到一定值时,作用于杠杆的合力矩迫使,阀门3关闭,CNG 不再进入腔4。这一过程,完成了高压天然气到低压天然气的第一级压降。腔4中的气体经孔7进入腔8,此时电磁阀14处在断电的常闭状态,气体经标
定孔9和孔10进入腔11,腔8与腔11由膜片12分开,由于膜片12两面所承受的气压相同,在这种情况下弹簧16封闭了通向腔18的通道17,使腔8、腔4、腔11中的气体保持静态,其压强等于0.25MPa。当汽车开始发动时,电磁阀14通电,封闭孔13打开,腔8中的气体经标定孔9流入孔13;阀门15是控制由孔13进入腔18的气流。在弹簧21的作用下调整旋钮22可以控制进入腔18的气压,通常将其控制在0~0.178MPa。
无论何时只要腔18产生文氏真空,经孔13和阀15进入腔18的气体超过了标定孔9的供气能力,腔11就会产生压降,腔8因为有从腔4的不断补充仍然保持在0.25MPa。这样腔8与腔11的压力差迫使弹簧16打开通道17,大量的气体流入腔18满足汽车发动机需要。
减压阀的大幅度压降导致温度的下降,为防止结冰影响密封件的寿命必须采用加温装置。将减压阀与发动机的冷却系统接通。热水由接头A流入,经腔B由接头C流出,在接头c里安装有一个特殊的恒温器。由于热水不断循环就使减压阀的工作温度始终保持在50℃左右。
二、混合器
天然气的混合器同汽油机的化油器作用类似,因此由简入繁,从最简单的单一功能到发动机各种工况要求而愈发复杂。
在定量配气时,空气和天然气处于同一聚集状态,其流量规律是相近似的,可以比气液更容易混合成所需比例。因此,混合器最简单流程如图4-6所示。但是,实际的减压阀不能提供这样的理想条件。减压阀出口气压变化很大,这是由于混合器的流量特
征以及气体总能量的下降所致。气体总能量下降在其流量小时对压力影响很大。也就是说,在压差较小情况下,气体的准确定量是不可能的。由此得出的结论是:供给怠速系统和主供气系统的燃料应分别送到混合器扩散管(图4-7)。这两个系统的供气比例可按两种方法确定:直接在减压阀出口处使用限制量孔或混合器中的燃料气喷孔。
图4-7结构的优点是流程简单并能节约天然气。其缺点是在主定量配气单元之后管路分叉,因此可能在系统之间产生无法控制的气体串流。这种串流会歪曲气体的定量配比,并降低发动机在某些运转状态下混合器的工作稳定性。实际上,在限制量孔之后管路中的真空状况,决定于通过怠速系统的气流量和
主供气系统出口处的真空状况。在最低空转转速(即怠速)时主供气系统出口处真空度小,因此空气很容易从混合器空气道进入主供气系统。在这种情况下,天然气干道的压力接近大气压。由于减压阀所调压力低于大气压,发动机实际上是不可能工作的。所以,这种最简单的流程只有在减压阀所调压力大于大气压时才能工作。但是,在这种情况下,由怠速系统的调节机构帮助,精确控制供气量是不可能的,因为剩余气体很容易经过主供气系统进入混合器的空气道。基于这个原因,就必须用调整减压阀的方法来调节最低空转转速时的供气量,这就不能保证供气的高度精确性和稳定性。此外,在打开节气阀增加负荷的初期时,天然气干道中的真空度将迅速上升,这将导致混合气变稀和发动机工作“间歇”。