周行卜

（一汽客車 （無(wú)錫）有限公司技術(shù)中心，江蘇 無(wú)錫 214177）

編者按:《玉柴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電氣原理與使用維護(hù)》一文分為分類篇、原理篇、維護(hù)篇和應(yīng)用篇4個(gè)專題，介紹廣西玉柴機(jī)器股份有限公司生產(chǎn)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。分類篇主要介紹玉柴生產(chǎn)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的類型，以及與柴油機(jī)的差別，讓讀者對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)大概的了解，做到知其然。原理篇?jiǎng)t主要介紹天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的工作原理，給出發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理圖及整機(jī)電路原理圖，讓讀者知其所以然。維護(hù)篇介紹天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的使用、保養(yǎng)、維護(hù)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障的判斷。應(yīng)用篇具體介紹LNG液化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在CA6860URN80公交客車上的應(yīng)用，并給出其整車電路圖。讓讀者對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)這種新能源發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)全面的了解和認(rèn)識(shí)，為用好車、修好車服務(wù)。

中國(guó)的汽車設(shè)計(jì)師們應(yīng)該清楚地認(rèn)識(shí)到:能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。縱觀人類社會(huì)發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改進(jìn)和更替。能源的開(kāi)發(fā)利用極大地推進(jìn)了世界經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)的發(fā)展。

在電動(dòng)汽車發(fā)展尚存技術(shù)缺陷、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還不成熟、無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模替代燃油汽車的情況下，天然氣汽車能彌補(bǔ)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(zhì)排放量。與電動(dòng)汽車相比，現(xiàn)階段天然氣汽車更具發(fā)展可行性。中國(guó)道路運(yùn)輸協(xié)會(huì)正在制定天然氣汽車的推廣實(shí)施方案，并將開(kāi)展區(qū)域示范。可見(jiàn)，有望獲得政策扶持的天然氣公路客車將迎來(lái)發(fā)展良機(jī)。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(jiǎn)稱CNG），是將天然氣加壓并以氣態(tài)儲(chǔ)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(jiǎn)稱LNG）， 可以用來(lái)制作CNG。液化石油氣 （Liquefied Petroleum Gas，簡(jiǎn)稱LPG）經(jīng)常容易與LNG混淆，其實(shí)它們有明顯區(qū)別。LPG的主要組分是丙烷 （超過(guò)95%），還有少量的丁烷，在適當(dāng)?shù)膲毫ο乱砸簯B(tài)儲(chǔ)存在儲(chǔ)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(dòng)機(jī)，有使用CNG壓縮天然氣和LNG液化天然氣的。CNG發(fā)動(dòng)機(jī)有4缸CNG增壓、6缸CNG增壓及6缸CNG自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)；LNG發(fā)動(dòng)機(jī)有6缸LNG增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)與原柴油機(jī)差別較大

1.1 燃料供給系統(tǒng)

取消了原柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)相關(guān)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(diào)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(shí)間的相關(guān)零部件。

1.2 點(diǎn)火系統(tǒng)

柴油機(jī)是壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，而天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于受燃料特性限制 （抗爆震性能），采用的是與汽油機(jī)一樣的點(diǎn)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(gè)點(diǎn)火傳動(dòng)裝置，通過(guò)凸輪軸位置傳感器獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)；增加了電控模塊、點(diǎn)火線圈及火花塞等零件組成的點(diǎn)火系統(tǒng)。

1.3 控制系統(tǒng)

YC6G、6J、4G系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種電控發(fā)動(dòng)機(jī)，與原機(jī)械式柴油機(jī)相比，各工況點(diǎn)的空燃比、點(diǎn)火提前角、增壓壓力都實(shí)現(xiàn)了更精確的控制。為滿足這些控制要求，增加了相應(yīng)的天然氣溫度、天然氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度、進(jìn)氣空氣壓力及溫度、環(huán)境壓力、濕度及溫度、點(diǎn)火正時(shí)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(guān)?？贡鹦阅苡萌剂系男镣橹祦?lái)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(dòng)機(jī)壓縮比比LPG發(fā)動(dòng)機(jī)高，但比柴油機(jī)低，而LPG發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比又可以比汽油機(jī)略高。YC6G、6J、4G系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)可通過(guò)氧傳感器測(cè)量尾氣中的氧濃度，從而推算出混合氣空燃比。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)氧傳感器的反饋信號(hào)，不斷修正天然氣的噴射量，實(shí)現(xiàn)全工況閉環(huán)控制，精確控制空燃比，使天然氣在缸內(nèi)燃燒最優(yōu)化。

1.6 增壓控制

增壓中冷能大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。玉柴YC6G、6J、4G系列天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用先進(jìn)的高速電磁閥 （300 Hz）技術(shù)控制增壓壓力，保證發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)特點(diǎn)及性能技術(shù)參數(shù)

2.1 YC6G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

2.1.1 機(jī)型簡(jiǎn)介

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

YC6G系列發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 YC6G系列發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.1.2 機(jī)型特點(diǎn)

YC6G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)型特點(diǎn)如下。

1）高可靠 全套進(jìn)口電控供氣裝置、點(diǎn)火系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)；鉑金電極火花塞，燃燒效率高，壽命長(zhǎng)；專用的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)；采用美國(guó)Garrett TBP4型水冷廢氣渦輪增壓器，效率高、壽命長(zhǎng)；電控調(diào)壓進(jìn)氣方式，稀薄燃燒、燃?xì)庀穆实汀⑷紵岷?、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(xué)習(xí)及診斷功能。

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

3）超低排放 帶氧化型催化轉(zhuǎn)換裝置，滿足國(guó)Ⅲ、國(guó)Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)可見(jiàn)炭煙，無(wú)顆粒。

4）便維護(hù) 人本設(shè)計(jì)，通用性高，接近性好。

5）性價(jià)比高，綜合效益好。

2.2 YC6J系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

2.2.1 機(jī)型簡(jiǎn)介

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

YC6J系列發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。2.2.2 機(jī)型特點(diǎn)

YC6J系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與YC6G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)型特點(diǎn)相同。惟一的不同之處是YC6J系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的排放滿足國(guó)Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)，可升級(jí)到歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 YC4G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

2.3.1 機(jī)型簡(jiǎn)介

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

YC4G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

2.3.2 機(jī)型特點(diǎn)

YC4G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與YC6J系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的其他機(jī)型特點(diǎn)都相同。惟一的不同之處是YC4G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)采用美國(guó)Garrett GT25型水冷廢氣渦輪增壓器。

2.4 YC6M系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)

2.4.1 機(jī)型簡(jiǎn)介

YC6M系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是玉柴與美國(guó)Econtrols公司專為公路客車和重型載貨汽車開(kāi)發(fā)的天然氣（CNG／LNG）單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。主要零部件與YC6M柴油機(jī)通用，繼承了YC6M柴油機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表3 YC4G系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

YC6M系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表4。

2.4.2 機(jī)型特點(diǎn)

YC6M系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)型特點(diǎn)與YC6J系列相同，惟一的不同之處是YC6M系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)采用美國(guó)Garrett GT40型水冷廢氣渦輪增壓器。

表4 YC6M系列單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

（待續(xù)，本文分4期連載）