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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文件编号：KG-AO-8475-52 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”。

消除上述缺点的较合理方法是在混合器中采用一种专门的单向阀(图4-8)，可以在天然气干道中

压力低于该系统出口孔处压力时，防止空气通过主供气系统进入怠速系统，同时也可在空气道真空度不够情况下防止天然气不受控制地进入混合器空气道。但是，这个流程需要采用足够密封的高灵敏度的(即具有不大锁闭力)单向阀。然而，单向阀在打开时刻前会阻碍天然气通过主供气系统，从而会使混合气变稀，并在节气阀打开时刻使发动机工作“间歇”。为弥补“间歇”必须节气引进转移孔。带单向阀的流程虽然比较完善，但只有在单向阀具有灵活性和密封性(在规模生产中要达到这些要求是十分复杂的)的情况下，才能实现其优越性。

另一个流程方案是上述混合装置的进一步发展。这个方案是用阀门配气，由节气阀传动杆来控制配气阀门(图4-9)，使活瓣式闸门同节气阀能可靠地同步打开。此方式可达到在怠速方式时，供气量准确且调节稳定，即使压力波动大也不会改变混合气组成，因为天然气是在极高真空度下进行定量配料。