CNG汽车减压调节器技术改造

    作为汽油的替代燃料，天然气已经越来越多地使用在量产车型上，国内许多公交车和出租车都已经开始使用天然气。CNG汽车是以压缩天然气为燃料，因其排放量低、环境和经济效益较好，由国家科技部等13个部委作为清洁汽车推广。随着CNG汽车数量的增加，白城市大地天然气有限公司发现改装后的部分CNG汽车会出现怠速不稳、耗气量过大、动力不足等问题。本文对CNG汽车产生上述现象的原因及技术改造措施进行探讨。

    CNG汽车采用定型汽车改装，改装部分由天然气储气系统、天然气供气系统、燃料转换系统、气量显示系统等4个系统组成。其中，天然气供气系统尤为重要，它由减压调节器、天然气低压管道、功率阀(空燃比控制阀)、混合器等组成。减压调节器具有减压、调压、加热和调节供气量等功能，是CNG汽车的关键部件，它由一、二、三级减压阀、天然气电磁阀(高压或低压电磁阀)、启动电磁阀、怠速供气调节装置、加热装置等组成三级组合式结构。一、二级减压阀具有减压和调压的作用，三级减压阀具有减压和根据发动机真空度变化调节供气量的作用。天然气低压管道是连接减压调节器出口与混合器进口的专用胶管；功率阀安装在天然气低压管道上，是手动或自动调整空燃比的部件；混合器安装在化油器或节气门体(电喷车)的上游，其作用是将空气与天然气混合，以满足发动机的燃烧要求。

    CNG汽车以压缩天然气为燃料时，储气瓶中的压缩天然气通过高压管道进入减压调节器，经减压调节器减压、调压后，通过低压管道进入混合器，再与空气混合后进入发动机气缸中燃烧。来自储气瓶的压缩天然气经三级组合式减压调节器减压、调压后，若成为正压供气，则该系统为正压供气系统；若成为负压供气，则该系统为负压供气系统。减压调节器可根据混合器喉管处天然气真空度的变化提供所需要的天然气量，以满足发动机不同工况的正常工作。为提高CNG汽车的操作性能，驾驶室安装油、气燃料转换开关，用于控制汽油与天然气的切换。在使用燃气时，燃料转换开关具有发动机熄火后3 s自动断开天然气电磁阀电源、关闭气路的功能，避免天然气泄漏，保证CNG汽车的使用安全。燃料转换开关上设有二极管或数码管，用于显示储气瓶中的天然气压力。

    ①一般情况下怠速不稳的原因有以下几个方面：a．发动机缸压太低；b．发动机各缸工况偏差太大；c．气门间隙太小；d．混合气过浓或过稀；e．节气门开度太大；f．油气混烧。

    ②一般情况下耗气量过大的原因有以下几个方面：a．电池电压低，点火系统有故障使点火能量不足；b．汽车滑行性能差，传动系统磨损严重或调整不当，行驶阻力大；c．加气站气质、加气方法等因素；d．混合器的天然气最大流量调整不当，使混合气偏浓； e．点火提前角、功率阀、火花塞间隙、气门间隙及怠速等调整不当；f．高低压天然气管道及部件有漏气现象；g．三级减压调节器输出压力太高；h．发动机水温<80℃，减压调节器加热效果不好；路况差，行驶速度慢，启动次数多。

    ③一般情况下动力不足的原因有以下几个方面：a．混合气过浓；b．混合气过稀；c．点火系统工作不正常；d．发动机缸压太低。

根据以上原因，请CNG汽车生产厂家进行维修、调试，但仍然达不到理想效果。在此情况下，白城市大地天然气有限公司组织技术人员对CNG改装汽车的4个系统进行研究、测试，发现造成怠速不稳、耗气量过大、动力不足的重要原因是减压调节器压力过高、流量增大。吉林省白城市出租车以天津夏利汽车和比亚迪汽车为主，以60 km／h的速度等速行驶1 h测量，两种车使用90号汽油的耗油量为5.O L／h，90号汽油密度(液相)为780 kg／m。，低热值为43.90 MJ／kg；以天然气为燃料时，实测耗气量为5.6 m³／h，天然气密度(气相，标准状态)为0.715k∥m’，低热值为50.05 MJ／kg。每小时消耗热量的

计算公式为：

   式中0——每小时消耗热量，MJ／h

    P——密度，k/m³

    q——每小时需消耗燃料的体积，m³／h

    Q。——燃料的低热值，MJ／kg

由式(1)得，以90号汽油为燃料时，每小时消耗热量171.2 MJ／h；以天然气为燃料时，每小时需消耗热量200.4 MJ／h。数据表明，以天然气为燃料时，所消耗热量明显大于以90号汽油为燃料时消耗的热量，主要是天然气流量过大造成的，而天然气流量过大的原因是减压调节器压力过高。由CNG汽车生产厂家提供的减压调节器出厂原始参数为：一级压力：0.26～O.32 MPa，二级压力：0.10～0.15MPa，一级阀芯调整间隙：0.4 mm。

    CNG汽车减压调节器的三级减压阀出口压力是一定的，维持在±300 Pa，故只需调节减压阀的一级阀芯调整问隙、一、二级弹簧长度和二级阀芯厚来调节压力，减少天然气流量，试验调试结果见表1。

 

经调试后，试验1中的汽车动力性没有变化，耗气量有小幅度降低，稳定性良好；试验2、3中的汽车动力性不但没有降低还有了明显提高，并且耗气量显著降低，发动机的动力性优良；试验4中，由于减压调节器的压力过低，达不到汽车高负荷运转所需要的进气量，并且出现了高速滑行熄火、怠速不稳、急加速不良的故障。

经过多次试验,研制出符合白城市气候、道路、车型等特点的CNG汽车减压调节器的技术改造方案：一级阀芯调整间隙为O.12～O.15 mm，一级弹簧

长度为30-31mm，二级弹簧长度为30 mm，二级阀芯厚度为2 mm，一级压力为0.18～0.20 MPa，二级压力为O.06～0.08 MPa。改造后，经过实测耗气量为4.5 m³／h，由式(1)得，每小时消耗热量161.0MJ／h，与以90号汽油为燃料时每小时消耗热量171.2 MJ／h接近。经过对尾气进行检验后，混合气中空气的量与天然气的量之比在理论空燃比附近，从而获得了较好的经济效果，发动机的动力性也明显提高。

    通过白城市大地天然气有限公司对CNG汽专减压调节器的技术改造，改造后的CNG汽车每1 m³天然气可行驶17—24 km，与改造前行驶13～18 km相比，已有了大幅度提高。CNG汽车运行效果擎好，故障率低，从而吸引了大量改装用户，大大增加了改装的数量，年销售气量也有明显增加。本项技术改造工作只针对白城市的气候、道路等情况，采集的车型也有限，因此技术改造存在一定程度上的不足和局限性。为此，下一步计划根据其他地区的气候条件、道路、状况不同车型进行数据采集，并综合其他相关领域开展进一步技术改造工作。