天然气汽车改装技术Word下载.docx
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天然气汽车是以天然气为燃料的一种气体燃料汽车。
天然气被世界公认为是最为现实和技术上比较成熟的车用汽油、柴油的代用燃料。
目前运用最多的是（CNG）压缩天然气汽车和（LNG）液化天然气汽车。
1、其中CNG汽车压缩天然气储存量比LNG液化天然气少，续航里程相对较短，国内CNG汽车使用的储罐容量为水容积80升左右，加满后折合天然气约20标准方，载重情况下可行驶230公里以上，比较适合城市出租车、公交车和加气站较多的地区车辆；
2、LNG汽车一次性储气量大可达上百方天然气，汽车续航里程长,非常适合长途客货运输的需要。
国内LNG汽车使用的储罐容量为水容积450升左右，加满后折合天然气约270标准方，载重情况下也可行驶400公里以上，突破了CNG汽车的限制性。
3、天然气汽车按燃料形式可分为：
单燃料天然气汽车、天然气/汽油两用双燃料汽车、天然气/柴油混合燃料汽车。
（1）单燃料天然气汽车只使用天然气作为发动机燃料，此种汽车的发动机根据天然气的特性进行专门设计，其热效率、经济性比较好。
相比于双燃料车，其扭矩、功率等各方面指标都要好。
（2）双燃料天然气/汽油两用燃料汽车，具有两套燃料供给系统（其中一种用于供气），在使用过程中可以在两种燃料间灵活切换。
此种汽车发动机一般都在汽油发动机基础上加装天然气供给系统和燃气控制系统改装而成。
（3）天然气/柴油混合燃料汽车，是在柴油发动机的基础上加装天然气供给系统和燃气控制系统改装而来，使用天然气与柴油混合燃烧，采用压燃的方式。
此种汽车以天然气为主要燃料，柴油作为辅助燃料起引燃作用，但也可以单独以柴油作为燃料，并能在柴油和混合燃料间灵活切换（目前技术不很成熟）。
三、车用天然气的分类
1、压缩天然气（CNG）是以压缩状态储存的天然气。
压缩天然气与管道天然气的组分相同,主要成分为甲烷（CH4），是经加气站由压缩机加压后，压到20至25Mpa，再经过高压深度脱水，充装进入高压钢瓶组槽车储存。
我国车用压缩天然气（CNG）的额定压力为≤20Mpa。
水露点为在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13℃；
当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃。
2、液化天然气（LNG）是以液态储存的天然气。
是将天然气采用深冷技术，冷却到-162℃，在常压下成为液态。
工作压力为小于1.59Mpa大于0.65Mpa，工作温度为-162℃。
在生产过程中，非烃类组分及一些非甲烷烃类通常都要被除去。
LNG燃料基本都是纯质烷烃，主要是甲烷和乙烷，其组分比CNG的组分更纯净，其中甲烷含量进一步提高，达到96%以上。
LNG储存压力只有1.6Mpa,相比于CNG的20Mpa储存压力其安全性较好。
四、天然气汽车改装
天然气汽车改装，是指根据国家有关法规的要求把原本燃用汽油或柴油的汽车改装成油气两用车或单一天然气汽车。
目前天然气/柴油双燃料车技术还不够成熟处于研发阶段，所以在用车辆改装后通常都为：
天然气/汽油双燃料车和单一天然气汽车（汽油车一般改装为油气两用双燃料车，柴油车常改装为天然气单燃料车）。
（一）压缩天然气（CNG）汽车改装
目前CNG汽车技术成熟，在天然气汽车整车制造和汽车改装上都应用广泛。
CNG汽车是将天然气压缩储存于高压气瓶内，然后通过减压器减压，再通过燃气控制装置将天然气通过喷气嘴喷入气缸（与汽油机电控喷射系统原理接近）或者通过混合器形成可燃混合气，在发动机进气行程时吸入气缸（与汽油机化油器原理接近），从而天然气在气缸内燃烧推动活塞作功。
压缩天然气（CNG）汽车燃料供给系统通常包括：
天然气气瓶、减压调压器、各类阀门和管件、天然气喷射装置（或者机械式混合器）、各类电控装置等。
天然气储气钢瓶的瓶口处安装有易熔塞和爆破片两种保险装置，当气瓶温度超过100℃或压力超过26MPa时，保险装置会自动破裂卸压；
减压阀上设有安全阀；
气瓶及高压管线安装时，均有防震胶垫，卡固牢固，因此在使用中是安全可靠。
1、单点：
简单混合器开环控制油气两用系统
（1）开环系统又称为单点控制系统，由减压器、电喷模拟调节器（仿真器）、转换开关、控制线路、功率阀、混合器等组成。
（2）天然气经三级减压后，通过混合器与空气混合进入气缸，压缩天然气由额定进气压力20MPa减为负压，其真空度为49~69kPa。
减压阀与混合器配合可满足发动机不同工况下混合气的浓度要求
（3）化油器车将仿真器换为汽油电磁阀，此种改装方案由于技术简单难以达到各方面需求，虽然其故障率底，但是汽车动力性和经济性较差，所以已逐步被市场淘汰或升级改装为天然气多点喷射系统。
（4）开环控制系统汽油转换CNG控制
使用汽油时，如果需要将燃料转换到CNG，将油/气转换开关从汽油位置转换到CNG位置，此时电喷模拟调节器控制汽油喷嘴处于关闭状态，汽油电动泵停止工作，CNG电磁截止阀被打开，CNG被供给至发动机，从而完成了从汽油至CNG的燃料转换。
在发动机起动时，不管油/气转换开关在什么位置，都是汽油起动，转速降到预定转速时再自动或者手动转到燃气状态。
2、多点顺序喷射闭环控制油气两用系统
（1）多点顺序喷射汽油/CNG两用系统原理简介
目前多点顺序喷射闭环控制汽油/CNG两用系统大部分为主从式控制系统。
系统工作时，燃气ECU以原车汽油ECU的喷油信号为基础输入信号作为最主要的控制喷气量的参数，经发动机水温、进气温度/压力、燃气温度/燃气压力等参数校正后，确定该时刻的喷气时间，通过高精度燃气喷嘴向相应的发动机气缸供气，并通过氧传感器信号实现闭环控制。
发动机使用汽油进行起动。
当发动机运行且转换开关置于燃气位置时，燃气ECU将自动检测已存储其内部的转换条件。
当发动机水温，转速等条件满足，ECU将高压管路上的电磁阀打开，高压CNG气体从CNG气瓶进入减压器，减压器将高压气体减压到大约高于进气歧管压力230kPa后输出，然后经低压燃气过滤器进入气轨，再通过气轨分配到喷嘴。
当系统以燃气运行时，须读取每缸汽油喷射信号，并屏蔽汽油喷射信号，驱动燃气喷嘴工作。
燃气ECU根据测量的汽油喷射脉宽，“转换”成相当的燃气喷射脉宽，并控制燃气喷嘴进行喷射
多点顺序喷射汽油/CNG两用系统控制原理图
1.气瓶2.高压管路3.水温传感器4.氧传感器5.汽油ECU6.进气温度压力器7.燃气ECU8.气量显示开关9.充气阀10压力表11.过滤器12.低压胶管13.燃气气轨（喷嘴）14.减压器总成15.管路三通16.转速传感器
（2）高压气体存储于高压气瓶内，经气瓶阀进入高压路（如上图红色管路），在高压管路上安装了压力表和充气阀，ECU控制高压
管路上的电磁阀将高压气体放入减压器，高压气体经减压器减压后形成压力较稳定的低压气体（绿色管路），因气体中可能含有杂质，油污等，所以在减压器和燃气气轨之间安装了过滤器，低压气体经受ECU控制的燃气喷嘴进入各缸进气歧管，在各缸进气歧管靠近气门处形成混合气。
混合气在发动机进气冲程被吸入气缸内燃烧。
（3）多点顺序喷射汽油/CNG两用系统的优越性
1）可用于目前所有在用汽油车辆的油气两用化改装。
也是目前整车制造厂和改装厂应用最为广泛的技术。
2）系统在软件设计上引入了喷射压力、发动机水温、进气温度/压力、燃气温度/燃气压力、等修正，以实现对燃气喷射的精确控制。
3）不需要对原汽油发动机控制系统以及机械结构进行大量改变，只需加装燃气ECU控制系统和获取原汽油ECU信号即可，操作方便快捷。
4）由于系统采用了进气道多点顺序喷射的结构形式，因此改装后的汽车各方面指标都优越于混合器开环控制油气两用系统改装的车辆，具有较好的动力性和经济性。
（二）CNG供气管路主要部件配置简介
1、气瓶
CNG气瓶是压缩天然气汽车的主要部件之一。
气瓶的生产由严格的标准控制。
CNG车用气瓶可以分为四类：
第一类气瓶是全金属气瓶，材料是多为钢；
第二类气瓶采用金属内衬，外面用纤维环状缠绕；
第三类气瓶采用薄金属内衬，外面用纤维完全缠绕；
第四类气瓶完全是由非金属材料制成，例如玻璃纤维和碳纤维。
2、气瓶阀
气瓶阀是安装在气瓶上最重要的零部件，作用是为保证高压气瓶的内高压气体的安全储存和高压气体的安全使用，其限流装置可以避免大量漏气的危险，通过过热保护熔断丝，在气瓶在高温环境中自动泄压\放气，通过过压保护阀会自动泄压确保气瓶安全。
3、加气阀
（1）产品特性：
最大工作压力：
260bar;
工作温度：
-40℃～120℃;
NGV-1结构、新西兰结构（插销式）
（2）功能原理：
加气阀是用于给系统加气的接口，NGV-1结构的充气阀一般带有单向阀，插销式充气阀一般带有一个手动阀。
（3）失效模式和判定：
O型密封圈失效;
加气阀进口堵塞;
阀体损坏。
4、压力表
工作压力：
0-20MPa;
传感器工作电压：
12VDC
传感器输出特性：
压力（MPa）
输出电压（V）
（Wika）
（STYB）
0.51
2
0.69
4
0.86
6
1.02
8
1.21
10
1.40
12
1.59
14
1.82
16
2.02
18
2.20
20
2.44
（2）功能原理：
气瓶压力表安装在连接在系统的高压管路上，主要功能是方便在发动机停机和检修时可以让操作者知道管路上是否有高压气体，也可作为加气站人员的检查气量的依据。
同时在压力表有安装有气量传感器，向ECU提供气量信号或向仪表气量指示器提供电压信号。
（4）故障模式和判定：
压力表泄露；
传感器损坏；
传感器接插件损坏；
压力表高压气道堵塞。
5、高压管路和管路接头
0-20Mpa;
接头螺纹：
M12X1
高压管路采用的是高压无缝钢管，管路接头采用卡套和卡套螺栓。
用于连接系统中高压零部件。
（3）失效模式：
高压管路破裂;
高压管路弯度过大;
高压管路堵塞;
接头处漏气
6、减压器总成
输入压力：
1MPa-25MPa
输出压力：
230kPa±
5kPa（相对参考压力）
-40℃～125℃
电磁阀的工作电压：
减压器是汽车燃气系统中的关键部件之一，它将储气瓶中的高压气体（20Mpa）降压，转变成一定压力的低压气体输出，供给燃气喷嘴。
为了使燃气喷嘴的喷射压力恒定，在减压器上引入进气管压力作为参考压力，使减压器的输出压力与进气管内压力连动变化，保持压力差不变。
减压器在一定的流量范围内，其输出压力应不随流量的增加而有较大的变化，以满足在发动机的所有工况下，喷射压力的稳定。
天然气在降压的过程中，会吸收热量，由于天然气中含有一定的水分，如不对其进行加热，可能会结冰堵塞管道，因此，减压器必须具有加热渠道，用发动机冷却液对其加热。
（3）故障模式：
滤芯堵塞;
电磁阀打开/关闭失效;
O型圈密封失效;
外部/内部气体泄漏失效;
气体通道堵塞失效;
减压膜片破裂失效
7、过滤器
（1）产器特性：
450kPa;
-40℃～120℃
过滤器安装于减压器和燃气喷嘴气轨总成之间，主要用于过滤气体中的固体杂质。
外部/内部气体泄漏失效；
过滤器芯堵塞；
传感器损坏。
8、燃气气轨（喷嘴）
驱动类型：
峰值保持型;
392kPa;
-30℃～120℃;
典型工作电压（范围）：
14V（6.316V）;
工作电流（峰值/保持/最大值）：
4A/1.5A/6A;
适用燃料：
CNG
喷嘴的内部有一组电磁阀中心是铁芯和密封的阀座，阀座在处于其正上方的弹簧的作用下保持关闭状态，当电磁交阀有电流通过时，产生磁场，铁心在磁力作用下克服弹簧压力和气体力的压力差，迅速提升阀座从而打开喷嘴供气，当磁场消失时喷嘴在弹簧和气体压差作用下关闭喷嘴，所以ECU可以通过控制喷嘴保持打开的时间可以精确控制喷气量。
喷嘴喷出的天然气质量与其开起的时间成线性关系。
（3）故障模式：
喷嘴进气道堵塞；
O型圈密封圈失效；
喷嘴线圈烧坏；
喷嘴漏气。
（三）液化天然气（LNG）汽车改装
目前LNG汽车技术主要应用于长途客货运车辆以及城市公交和重型汽车，也属于国家863计划。
LNG汽车与CNG汽车电控部分原理相同，其区别主要在于燃料供给系统。
1、车用LNG气瓶技术参数为：
计算压力3.18MPa、工作压力1.59MPa、设计温度-196℃、工作温度-162℃,充装系数0.9,主体材料为0Cr18Ni9（304）,瓶上设有一、二级安全阀、进出液口、限流阀、气相口、电容液位计、压力表和瓶内压力自动调节。
气瓶安装位置：
对于客车，一般有安装于车身后上部或侧面；
卡车可横装，也装在大梁两侧。
2、车用LNG供气系统包括专用车载低温绝热瓶、充装接口、安全限流装置、LNG汽化器、稳压器、压力显示等装置组成。
3、LNG由储气瓶限流阀经汽化器汽化成气态天然并升温（温度可升至常温），再经调压阀（出口压力可根据实际情况设定，若使用电控燃气多点喷射系统压力必需设定在减压阀可开启的压力，一般设定为1Mpa）,然后再经缓冲罐、减压阀、燃气过滤器，最后由气轨/喷气嘴喷入发动机。
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