CNG汽車減壓調節器技術改造
作為汽油的替代燃料，天然氣已經越來越多地使用在量產車型上，國內許多公交車和出租車都已經開始使用天然氣。CNG汽車是以壓縮天然氣為燃料，因其排放量低、環境和經濟效益較好，由國家科技部等13個部委作為清潔汽車推廣。隨著CNG汽車數量的增加，白城市大地天然氣有限公司發現改裝后的部分CNG汽車會出現怠速不穩、耗氣量過大、動力不足等問題。本文對CNG汽車產生上述現象的原因及技術改造措施進行探討。
1 供氣系統及其功能
CNG汽車采用定型汽車改裝，改裝部分由天然氣儲氣系統、天然氣供氣系統、燃料轉換系統、氣量顯示系統等4個系統組成。其中，天然氣供氣系統尤為重要，它由減壓調節器、天然氣低壓管道、功率閥(空燃比控制閥)、混合器等組成。減壓調節器具有減壓、調壓、加熱和調節供氣量等功能，是CNG汽車的關鍵部件，它由一、二、三級減壓閥、天然氣電磁閥(高壓或低壓電磁閥)、啟動電磁閥、怠速供氣調節裝置、加熱裝置等組成三級組合式結構。一、二級減壓閥具有減壓和調壓的作用，三級減壓閥具有減壓和根據發動機真空度變化調節供氣量的作用。天然氣低壓管道是連接減壓調節器出口與混合器進口的專用膠管；功率閥安裝在天然氣低壓管道上，是手動或自動調整空燃比的部件；混合器安裝在化油器或節氣門體(電噴車)的上游，其作用是將空氣與天然氣混合，以滿足發動機的燃燒要求。
CNG汽車以壓縮天然氣為燃料時，儲氣瓶中的壓縮天然氣通過高壓管道進入減壓調節器，經減壓調節器減壓、調壓后，通過低壓管道進入混合器，再與空氣混合后進入發動機氣缸中燃燒。來自儲氣瓶的壓縮天然氣經三級組合式減壓調節器減壓、調壓后，若成為正壓供氣，則該系統為正壓供氣系統；若成為負壓供氣，則該系統為負壓供氣系統。減壓調節器可根據混合器喉管處天然氣真空度的變化提供所需要的天然氣量，以滿足發動機不同工況的正常工作。為提高CNG汽車的操作性能，駕駛室安裝油、氣燃料轉換開關，用于控制汽油與天然氣的切換。在使用燃氣時，燃料轉換開關具有發動機熄火后3 s自動斷開天然氣電磁閥電源、關閉氣路的功能，避免天然氣泄漏，保證CNG汽車的使用安全。燃料轉換開關上設有二極管或數碼管，用于顯示儲氣瓶中的天然氣壓力。
2 原因分析
①一般情況下怠速不穩的原因有以下幾個方面：a．發動機缸壓太低；b．發動機各缸工況偏差太大；c．氣門間隙太小；d．混合氣過濃或過稀；e．節氣門開度太大；f．油氣混燒。
②一般情況下耗氣量過大的原因有以下幾個方面：a．電池電壓低，點火系統有故障使點火能量不足；b．汽車滑行性能差，傳動系統磨損嚴重或調整不當，行駛阻力大；c．加氣站氣質、加氣方法等因素；d．混合器的天然氣最大流量調整不當，使混合氣偏濃； e．點火提前角、功率閥、火花塞間隙、氣門間隙及怠速等調整不當；f．高低壓天然氣管道及部件有漏氣現象；g．三級減壓調節器輸出壓力太高；h．發動機水溫<80℃，減壓調節器加熱效果不好；路況差，行駛速度慢，啟動次數多。
③一般情況下動力不足的原因有以下幾個方面：a．混合氣過濃；b．混合氣過稀；c．點火系統工作不正常；d．發動機缸壓太低。
根據以上原因，請CNG汽車生產廠家進行維修、調試，但仍然達不到理想效果。在此情況下，白城市大地天然氣有限公司組織技術人員對CNG改裝汽車的4個系統進行研究、測試，發現造成怠速不穩、耗氣量過大、動力不足的重要原因是減壓調節器壓力過高、流量增大。吉林省白城市出租車以天津夏利汽車和比亞迪汽車為主，以60 km／h的速度等速行駛1 h測量，兩種車使用90號汽油的耗油量為5.O L／h，90號汽油密度(液相)為780 kg／m。，低熱值為43.90 MJ／kg；以天然氣為燃料時，實測耗氣量為5.6 m3／h，天然氣密度(氣相，標準狀態)為0.715k∥m’，低熱值為50.05 MJ／kg。每小時消耗熱量的
計算公式為：
式中0——每小時消耗熱量，MJ／h
P——密度，k/m3
q——每小時需消耗燃料的體積，m3／h
Q。——燃料的低熱值，MJ／kg
由式(1)得，以90號汽油為燃料時，每小時消耗熱量171.2 MJ／h；以天然氣為燃料時，每小時需消耗熱量200.4 MJ／h。數據表明，以天然氣為燃料時，所消耗熱量明顯大于以90號汽油為燃料時消耗的熱量，主要是天然氣流量過大造成的，而天然氣流量過大的原因是減壓調節器壓力過高。由CNG汽車生產廠家提供的減壓調節器出廠原始參數為：一級壓力：0.26～O.32 MPa，二級壓力：0.10～0.15MPa，一級閥芯調整間隙：0.4 mm。
3 技術改造措施
CNG汽車減壓調節器的三級減壓閥出口壓力是一定的，維持在±300 Pa，故只需調節減壓閥的一級閥芯調整問隙、一、二級彈簧長度和二級閥芯厚來調節壓力，減少天然氣流量，試驗調試結果見表1。
表1 減壓調節器的調試結果
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項目 |
試驗1 |
試驗2 |
試驗3 |
試驗4 |
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一級閥芯調整 間隙／mm |
O．30 |
0.25 |
0.18 |
0.10 |
|
一級壓力／MPa |
0.30 |
0.24 |
0.19 |
0.16 |
|
二級壓力／MPa |
0.10 |
0.09 |
0.07 |
0.05 |
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一級彈簧長度／mm |
不變 |
32 |
31 |
29 |
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二級彈簧長度／mm |
不變 |
31 |
30 |
28 |
|
二級閥芯厚度／mm |
不變 |
不變 |
2 |
2 |
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調試后的效果
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動力性不變，耗氣量小幅降低
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動力性明顯提
高，耗氣量大幅
降低 |
動力性明顯提高，耗氣量大幅
降低 |
高速滑行熄火，怠速不穩，急加速不良 |
經調試后，試驗1中的汽車動力性沒有變化，耗氣量有小幅度降低，穩定性良好；試驗2、3中的汽車動力性不但沒有降低還有了明顯提高，并且耗氣量顯著降低，發動機的動力性優良；試驗4中，由于減壓調節器的壓力過低，達不到汽車高負荷運轉所需要的進氣量，并且出現了高速滑行熄火、怠速不穩、急加速不良的故障。
經過多次試驗,研制出符合白城市氣候、道路、車型等特點的CNG汽車減壓調節器的技術改造方案：一級閥芯調整間隙為O.12～O.15 mm，一級彈簧
長度為30-31mm，二級彈簧長度為30 mm，二級閥芯厚度為2 mm，一級壓力為0.18～0.20 MPa，二級壓力為O.06～0.08 MPa。改造后，經過實測耗氣量為4.5 m3／h，由式(1)得，每小時消耗熱量161.0MJ／h，與以90號汽油為燃料時每小時消耗熱量171.2 MJ／h接近。經過對尾氣進行檢驗后，混合氣中空氣的量與天然氣的量之比在理論空燃比附近，從而獲得了較好的經濟效果，發動機的動力性也明顯提高。
4結論
通過白城市大地天然氣有限公司對CNG汽專減壓調節器的技術改造，改造后的CNG汽車每1 m3天然氣可行駛17—24 km，與改造前行駛13～18 km相比，已有了大幅度提高。CNG汽車運行效果擎好，故障率低，從而吸引了大量改裝用戶，大大增加了改裝的數量，年銷售氣量也有明顯增加。本項技術改造工作只針對白城市的氣候、道路等情況，采集的車型也有限，因此技術改造存在一定程度上的不足和局限性。為此，下一步計劃根據其他地區的氣候條件、道路、狀況不同車型進行數據采集，并綜合其他相關領域開展進一步技術改造工作。
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