力帆汽车CNG系统-天然气汽车培训剖析

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1、天然气汽车概述 1 嘉兴市力讯汽车电子有限公司/力帆汽车研究院电控所 2010 年 2 月 2 压缩天然气概述 1.天然气 天然气Natural Gas，简称NG，天然气的主要成分为甲烷（CH4），甲 烷的特性决定了天然气的性能。产地不同，天然气中的甲烷含量不同。 1.1天然气的比重 常温、常压下的甲烷、天然气比重以及与空气比重的比值： 单位比重与空气比重的比值甲烷kg/m30.7155%天然气kg/m30.7860%天然气 比重小于空 气，当从储存容器、管道中泄漏出来后，天然气将向 上移动，扩散到空气中。 单单位比重与空气比重的比值值 甲烷烷kg/m30.7155% 天然气kg/m30.78

2、60% 3 1.2热值 热值是指单位重量或体积的燃料完全燃烧后产生的热量，分为高热 值和低热值。 天然气主要成分的热值： 成分高热值10000（kJ/kg）低热值10000（kJ/kg）甲烷5.555.01汽 油的低热值为4.4410000J/kg。天然气的单位重量热值高于汽油。 按体积计量计算，立方米天然气的热值高于1 升汽油的热值。 1.3沸点 甲烷的沸点-162，在常温、常压下，天然气为气体状态。由于非 常底的沸点，天然气非常难于液化，一般采用气体状态储存和输送 天然气。 压缩天然气概述 4 1.4颜色、味道和毒性 甲烷（天然气）是一种无色、无味的物质，且没有毒性。天然气在空气中的 浓度

3、较高时，对人体有一定的麻醉作用。为便于识别其在空气中的存在，在生产 过程中添加了少量的臭味剂(硫醇、硫醚等物质)。 1.5点火极限 气态的天然气与空气形成混合气，混合气浓度在一定范围内时能够被点燃、 燃烧，超过这个范围将不能被点燃，这个范围的上下限即为点火下限和点火上限 。 天然气的点火上限和点火下限分别为5%和15%。 1.6理论空燃比 单位重量（或体积）燃料完全燃烧需要的空气重量（或体积）即为该燃料的 理论空燃比。 甲烷的理论空燃比（重量）为16.7：1，汽油的理论空燃比（重量）为14.7： 1。相同质量的燃料完全燃烧，天然气需要更多的空气。 按照体积计算，天然气的理论空燃比约为10：1。

4、 压缩天然气概述 5 1.7辛烷值 辛烷值是燃料抗爆震燃烧的能力，辛烷值越高，表示抗爆性越好，发动 机可以采用更高的压缩比。 天然气的辛烷值一般在120130 之间，目前使用的汽油辛烷值一般为90 、93，天然气的抗爆性要好于汽油。 1.1.8自燃温度 1.在没有外界火源的条件下，由于天然气内部的氧化、本身温度或介质温 度变化而引起天然气自行着火燃烧，天然气自行着火燃烧的最低温度即 为自燃温度，天然气的自燃温度为732，汽油的自燃温度为232482 ，较高的自燃温度表明天然气的安全性好于汽油。 压缩天然气概述 6 1.9起燃方式 天然气自燃温度高，难于压燃，适宜外火源点燃，同时高的辛烷值，适合

5、在 较高的压缩比下点燃工作。 天然气在汽车上使用一般采取两种方式工作： 在天然气单燃料或两用燃料车上，采用电火花点燃的工作方式； 在柴油天然气双燃料车上，在天然气工作时，一般喷射少量的柴油，利用 被压燃的柴油点燃天然气的工作方式。 压缩天然气概述 7 压缩天然气概述 车用天然气的质量要求 项目质量指标 高位发热值 (MJ/m3)31.4 硫化氢(H2S)含量(mg/m3) 15 总硫（以硫计）含量 (mg/m3) 200 尘埃含量(mg/m3)15 尘埃微粒直径(m)10 二氧化碳(CO2)含量V/V 3.0 氧气(O2)% 0.5 含水量(mg/m3)一般地区16，冬季温度在-20-40时应

6、10。 水露点 在汽车驾驶 的特定区域内，在最高压力下，水露点不 应高于-13 ,当最低温度低于-8，水露点应比最 低气温低5。 8 压缩天然气概述 3压缩天然气汽车的特点 压缩天然气汽车储存的天然气量相对较少，且储存容器的重量造成整车 重量增加很多。在汽油车的基础上增加CNG 系统而成的既能使用CNG，又 能使用汽油的两用燃料车目前广泛使用，这种方式改装方便、成本低， 但整车性能下降较多。 3.1排放性能 天然气作为一种气体燃料，与空气混合更均匀，燃烧更加充分，排放的 CO、HC 等有害物质更少；其他一些没有受排放法规控制的有害成分(如 对区域环境影响的毒性物质、烟雾、酸性物质等)也比汽油、

7、柴油要少； 在所有碳氢燃料中，天然气的碳氢比小，碳与氢的比例为4：1，CO2 排放量比汽油少25%左右，有利于保护全球的环境质量。发达国家基于天 然气的这一特性，将天然气确定为真正的清洁燃料而加以推广使用。 3.2经济性 维护费用：天然气不会稀释润滑油，燃烧后没有积碳，可减少发动机 磨损，延长润滑油更换周期，维护保养费用低，延长发动机寿命； 燃料费用：按1 立方米天然气相当1.1 升汽油计算，可减少燃料费用 40%以上。使用CNG 作为汽车燃料，可大大降低燃料费用。 3.3动力性 目前的CNG车基本是在汽油车上增加CNG系统而成的两用燃料车，发动 机的压缩比、点火系统、进气系统等均没有变动，因

8、而造成使用CNG时 发动机的动力性能没有得到充分发挥。 天然气的理论空燃比为10:1，在进入发动机时，天然气将占有约10%的 体积空间，导致吸入发动机的空气量减少约10% ，进气效率下降，从 而引起动力性的下降；天然气性质稳定，燃烧速度慢，点燃需要更多 的能量；与使用汽油相比，使用CNG 时的动力性约下降15%。 9 压缩天然气概述 3.5安全性 系统的每一个部件的设计、生产、检验充分考虑了安全性： 储气瓶必须是指定的专业厂家生产，每一个储气瓶出厂之前必须100%进行安全 检验； 储气瓶的承压能力是CNG 工作压力的数倍；储气瓶发上设有安全阀、手动截止 阀，保证安全使用和便于维护；减压阀上设有

9、安全阀，保证在系统出现故障时 的安全性； 天然气性质稳定，密度小，自燃温度高，安全性好于汽油燃料。 国内外的使用经验表明，因CNG 系统发生的安全事故要远低于汽油车、柴油车 。 3.6续驶里程 压缩方式储存天然气，储存燃料的能量密度低，相同体积的储存容器，续驶里 程仅相当于汽油的1/4，且储存容器的重量大，导致整车自重增加。对于小型 车，在设计时考虑到自重增加的限制，以及车上有限的空间，不允许安装过多 的天然气储气瓶，所以使用天然气的续驶里程较少。 压缩天然气概述 11 4.压缩天然气在车辆上的储存 常温、常压下的天然气密度非常低，为有效的储存天然气，一般采 用压缩方式储存天然气，以提高天然气

10、的储存量。汽车上使用的 CNG的最高压力为200bar（相当于将天然气压缩200 倍）。 压缩天然气概述 12 感谢各位参加培训！祝各位身体健康、工作顺利！ 13 3.1 K901214 型减压器 K901214型减压蒸发器为膜片补偿式、二级减压器；内置循环水加热管路；带压力补偿接 头,可与发动机进气歧管连接或直接与大气相通。另包括安全阀装置。燃气输出相对压力为 1.8bar+0.1bar,高于发动机进气歧管压力。减压器的维护详见附件 1：K901214（CNG）减压 器的清洗流程。 技术参数： 阀体材质:铝合金 质量：1600g 额定工作流量：40kg/h 工作温度-40 度到 120 度

11、安全阀开启压力：3.0+0.2bar 工作压力：1.8bar(95kpa) 外形尺寸(h)：204175108 进气母接头（双锥体）6mm 直径的钢管 出气公接头，橡胶管 13mm(内径) 22mm（外径） 冷却进口/出口公接头，橡胶管 16mm(内径) 25mm（外径） 电磁阀功率8W（12V） 减压器级别二级 减压器温度传感器有 气体电磁阀有 插座有 冷却温度调节 装置有 14 插图（K901214 型减压器）主要接口示意图： 气体电磁阀减压器温度传感器进水管接口 进气口 出水管接头 真空管接头 出气口 15 32 燃气过滤器 （GLQ-13- LPG/CNG） 燃气过滤器用于对燃气中的杂

12、质进行过滤。它安装于减压蒸发器与燃气导轨之间，进、 出口均采用D13接头，并通过软管与二者相连。过滤器内部包含可更换的滤芯，它由滤 纸组成，并且每层滤网的致密程度随进口至出口逐渐递增。所以，安装燃气过滤器时其 箭头所指方向为气流方向。 技术参数： 质量100g. 过滤级 数10m 最大工作压力4.5bar 图示： A.燃气入口 B.燃气出口 C.滤芯 16 3.3 喷气嘴总成（RAIL IG1型） 经燃气过滤器出口输出的天然气经燃气喷嘴导轨入口进入导轨内部的各个喷嘴，并通过出 气（连接管）进入发动机进气歧管，从而进入发动机。 燃气喷嘴由燃气控制器（燃气ECU ）驱动，并通过燃气喷嘴线束接口与喷

13、嘴线圈接插件相连。 燃气导轨内部的燃气燃气温度 均从传感器处获得。 喷气嘴总成(RAIL IG1型)的维护详见附件2：CNG喷气嘴总成( RAIL IG1)型的清洗流程 3.3.1 喷气嘴总成 A 和喷气嘴总成 B（带温度传感器）： 喷嘴线圈接 插件 连接到另 一喷嘴组 进气口出气口 燃气温度传感器连接到另一 喷嘴组 接压力传感器的 “Preessure”端 出气口 17 注：物料代码以 LBG（LF479Q4）为前缀的适用于 LF7130H/CNG(1.3L)车；物料代码以 LAP（LF481Q4）为前缀的适用于 LF7160H/CNG(1.6L)车。 3.3.2 喷气嘴总成技术参数： 质量

14、：300g 喷嘴数量:2x2 响应时间 ：1.7ms0.2 工作温度：-40 120C 最大工作压力：3bar 功率：1W 3.4 燃气控制器（ECU）主要功能： 获取原车输入信号： 汽油喷嘴 发动机循环水温度 发动机转速 电瓶电压 获取燃气系统输入信号： 燃气压力 燃气温度 气量指示传感器 18 驱动燃气系统输出以下信号： 控制转换开关 驱动燃气气路电磁阀 驱动燃气喷嘴 切断汽油喷嘴 气量显示 控制系统运行状况及诊断 与PC连接可使用 PC 机与 ECU 相连，进行升级。 19 B：控制器的安装固 定孔 A：两个（黑色、灰色） 24 芯的接插件为电脑线 束接口 控制器代码； 物 料 代 码

15、以 LBG 为 前 坠 的 适 用 于 LF7130H/CNG(1.3L)，物料代码以 LAP 为 前坠的适用于 LF7160H/CNG（1.6L）。 质量：450g 工作电压 ：7 20V 极限电压 ：20V 工作温度：-40 100C 最大工作电流：10A 处理器速度:16bit，16Mhz 最大驱动喷 嘴数量 : 4 接口等级：IP48 通讯方式：RS232 技术参数： 20 CNG控制器线束接口说明如下（此表需对照附件3和附件4）： 黑色接插件 灰色接插件 引脚定义电线颜 色引脚编号引脚编号电线颜 色引脚定义 +12V电瓶A1A1喷气嘴3的正极，输出+12V 诊断器+12V电源A2A2

16、喷气嘴4的负极 诊断器TX信号A3A3喷气嘴3的负极 气量传感器的信号A4A4喷油嘴1仿真输出 转换 开关按键A5A5喷油嘴4仿真输出 转换 开关的信号连接A6A6喷油嘴4仿真输入 转速信号A7A7点火钥匙电源，输入+12V 没有定义A8A8辅助设备电 源，输出+12V 电瓶的负极B1B1喷气嘴2的正极，输出+12V 诊断器的GNDB2B2喷气嘴1的负极 诊断器RX信号B3B3喷气嘴2的负极 气量传感器+5V电源B4B4喷油嘴1仿真输入 转换 开关的GNDB5B5喷油嘴3仿真输入 转换 开关的+5V电源B6B6真空压力 没有定义B7B7燃气压力 没有定义B8B8压差传感器，GND 减压器电磁阀，输出+12VC1C1喷气嘴1的正极，输出+12V 减压器电磁阀，GNDC2C2喷气嘴4的正极，输出+12V 温度传感器，GNDC3C3喷油嘴2仿真输入 减压器温度传感器信号C4C4喷油嘴2仿真输出 天然气温度传感器信号C5C5喷油嘴3