CNG、LNG发动机工作原理(全国各重卡通用).doc

广西玉柴机器股份有限公司企业标准玉柴天然气发动机（CNG、LNG）配套、安装技术规范Q/YC 365-200 广西玉柴机器股份有限公司 前本规范由玉柴股司技术中心提出并归口。言本规范主要起草单位：技术中心、销售公司应用开发部本规范主要起草人：许国卫、施崇槐、刘志治更改记录更改日期更改通知单编号更改标记处数更改经办人备注目录1、 CNG 发动机部分技术规范.41.1CNG 发动机原理图41.1.1 天然气供给系统51.2 配套要求61.2.1 燃料 CNG.612.2 气瓶.71.2.3 天然气高压管路及接头.71.2.4 CNG 滤清器91.2.5 高压电磁阀.111.2.6 高压减压器.121.2.7 低压电磁阀142、 LNG 发动机部分技术规范142.1 LNG 发动机原理图142.1.1 天然气供给系统.152.2 配套要求162.2.1 燃料 LNG.162.2.2 气瓶.172.2.3 天然气管路及接头.182.2.4 滤清器182.2.5 LNG 汽化器192.2.6 低压连接软管.202.2.71.2.7 低压电磁阀203、 CNG、LNG 发动机共同部分技术规范213.1 配套要求213.1.1 电控调压器（EPR 阀）213.1.2 整车线束23 3.1.3 诊断接口23 3.1.4 空调开关请求24 3.1.5 环境传感器25 3.1.6 氧传感器（即 UEGO 传感器）273.1.7 节气门前压力传感器（TIP）293.1.8 防喘振阀303.1.9 催化转化器323.1.10 排气系统333.1.11 空气调压器343.1.12 电子控制模块 ECM36Q/YC365-2008玉柴天然气发动机（CNG、LNG）配套、安装技术规范说明：本规范仅适用于玉柴电控 EPR 系列天然气（CNG 或 LNG）发动机。本规范根据技术中心颁布的5072CNG 发动机电控 EPR 系统配套规定,结合近期 CNG 和LNG 配套开发工作补充相关资料和图片而制定，列出了针对电控 EPR 系统天然气发动机特点的技术规范要点，配套协议的要求可参考5072CNG 发动机电控 EPR 系统配套规定，未提及部分按广 西 玉 柴 机 器 股 份 有 限 公 司企 业 标 准 Q/YC 401-2006玉柴发动机应用开发技术规范。由于 LNG 与 CNG 发动机对于气瓶管路部分要求不同，下面分别针对 CNG 和 LNG 发动机安装技术规范进行说明：1、CNG 发动机安装技术规范1.1 CNG 发动机原理图：1.1.1 天然气供给系统CNG 从气罐到进入发动机开始燃烧的流经过程为：低压电磁阀电控调压器（EPR 阀）1.2 配套要求发动机配套过程中应严格按照气体发动机的有关标准执行。双方应安排经过培训的熟练人员参与配套工作。气瓶及连接管路、接头连接要可靠，不得有漏气；燃气管路和线路必须避开发动机的高温部分，以免发生危险。双方都应高度重视安全问题，避免发生事故。项目1.2.1燃料 CNG安装技术要求CNG 是将天燃气以高压的形式储存于气瓶中，仍呈气态存在。CNG：符合 GB 18047-2000 标准的要求，燃料中每标准立方米（101.325kPa,20）硫化氢的含量水平不能超过 15mg/m3，车辆长期使用高硫量的燃料可能会导致燃烧室组件腐蚀进一步影响热交换和热平衡。压缩天然气中固体颗粒直径应小于5m。其余按照 GB 18047-2000 标准的规定执行玉柴将根据整车使用的不同气体成分进行整车标定图示备注气体供应商应提供气体成分的书面文件玉柴不提供燃料注 意 气体 发 动 机 不仅仅是配套客车，还有 配 套 商 用车 的 趋势！12.2 气瓶1.2.3天然 气 高压 管 路及接头CNG 气瓶根据车辆实际行驶里程决定气瓶数量。气瓶充满气时的公称工作压力为20MPa。特别注意：使用时气瓶最小压力不能低于3MPa,否则会引起发动机供气不足、动力性下降，并且导致催化转化器烧结。瓶阀上应有安全泄压装置、组合截止阀，组合阀应有漏气自动关闭功能。每个气瓶出口带一个手动截止阀，并清楚的标明“开”和“关”方向，以方便维修。气瓶安装牢固，在径向和轴向应可靠固定并有减振措施。驾驶室仪表板应设置气量指示和漏气报警装置。连接好气瓶到发动机燃气系统之间的管路后，应使用氮气将管路和气瓶中的空气置换，并且对整个管路进行试漏检查，合格后才能进行 CNG 的充装发动机供气系统中高压燃料管路采用外径为 8mm、内径为 6mm 的不锈无缝钢管或其他车用高压天然气专用管线，管路最小通径必须大于 6mm。高 压 管 线 及其 接 头 与 排 气 管 的 距 离 不 应 小于75mm，当距离在 75mm200mm 时，应设置可靠固定的隔热装置；高 压 管 线 及其 接 头 与 传 动轴 的 距 离 不 应 小于75mm;每隔500m应给高压管线安装管夹等固定装置。燃料管路与系统 零件连接均采用卡套式管接头（GB/T 3733.1）连接。高压减压器之后与发动机连接的卡套式管接头规格为：1、 卡 套 ， 国 标 ： 卡 套8 GB/T 3764或 者 汽标:Q80008；3 个/台2、 螺母，国标：螺母J8 GB/T 3759或者汽标：Q80108；3 个/台不 锈钢无 缝钢 管，管 内流动 高 压CNG，合理！某汽车厂 12 米客车布置在底盘上的 9 个CNG 气瓶气瓶由汽车厂自备气瓶到高压减压器的管路由气瓶 厂配套提供高压减压器之后与发动机连接的卡套式管接头由玉柴提供CNG 高压管路部分不能使用铜管，必须使用不锈钢管！此处属于 LNG 专用管线路，不合理！充气装置及仪表1.2.4CNG 滤清器汽车厂必须在 CNG 燃气系统中的高压电磁阀之前安装一个 CNG 过滤器，该过滤器应能滤除95%以上40微米范围内的空气杂质而不影响天然气的供给易于检查和清洗，清洗周期根据实际使用的气体清洁度而定，一般为 3 个月。滤清器、其周边管路及其接头与排气管的距离不应小于 75mm，当距离在 75mm200mm 时，应设置可靠固定的隔热装置；滤清器、其周边管路及其接头与传动轴的距离不应小于 75mm;每隔 500mm 应给高压管线安装管夹等固定装置。CNG 滤清器流量配套要求：发 动 机 功CNG滤 清 器率（马力）（kg/h）1804019048210562306026068CNG高压管路部分必须使用不锈钢管！此处合理！LNG 纯度高，不需要此零件由管路供应商配套提供290320340808792CNG 过滤器CNG 过滤器，由管路安装的安美科负责安装。只要是与安美科公司合作，这方面的安装质量还是可信的1.2.5高压 电 磁阀该零件的作用为恢复或切断燃料供给，玉柴要求该零件安装在底盘上，由汽车厂根据玉柴提供的图纸设计安装支架为保证电磁阀正常工作，设计安装支架时必须保证线圈部分竖直向上，安装时请注意电磁阀上所标明的气流方向。应安装在易于拆卸的地方保证线圈部分竖直向上玉柴提供该件高压电磁阀线束颜色与线束图纸不符，无法确定是否插正确了。要求与线束厂沟通保 证 实 物 与技 术 文 件 的 吻合。(进口电磁阀接线分正负极,国产无正负极之分)1.2.6高根据汽车行业标准 QC/T 245-1998 中 3.4.2.4 的高压燃料切断阀（高压电磁阀）此阀只需按照零件上标记的方向进行CNG高压管路的连接。进气端联接气瓶过来的管路，出气端联接高压减压器。阀体上有箭头指示!玉柴提供的零件：压 减 压器规定，减压调节器应安装在靠近发动机进气管和振动较小的位置，但不应直接安装在发动机上。所以高压减压器必须安装在汽车（底盘）大梁上。安装位置不能高于发动机散热器顶部，否则，高压减压器会因无加热水流过而结冰冻裂汽车厂根据玉柴提供的图纸设计安装支架，为保证出口压力稳定，必须保证高压减压器竖直方向安装（绝不允许横置），并且接反馈压力一端必须朝上。需使用发动机冷却水来加热高压减压器。循环水软管由玉柴提供，由汽车厂裁剪合适长度安装。所有软管应安装牢固。如果软管与发动机其他部分接触，应采取保护措施（如在软管外面另套一个保护管等），以免磨破。高压减压器需要根据进气压力反馈控制减压后的天然气压力，必须从发动机进气管引出一根压力安 装 于底 盘 上的 高 压 减 压器。必须安装于汽车（底盘）大梁上，安装位置不能高于发动机散热器顶部。安装于底盘上的高压减压器。必须安装于汽车（底盘）大梁上，安装位置不能 高 于 发 动 机散 热 器 顶部。高压减压器，循环水软管（发动机出厂时已连接在高压减压器上，压力反馈管（内径 6，根据实际裁剪）汽 车 厂 自 备 的 零件：用于支撑高压减压器的安装支架和紧固件LNG 不需要此件反馈管接到减压调节器上，此压力反馈管由玉柴提供，由汽车厂安装。高压减压器的外形与接头分布接进气管上的一根气管。温度传感器接插件接水泵进水管上的水管，另一根接在出水总管上。两根水管的安装无方向性。1.2.7低压 电 磁阀低压电磁阀安装在电控调压器天然气入口处，为保证电磁阀正常工作，安装时必须保证线圈部分竖直向上；安装时请注意电磁阀上所标明的气流方向与实际低压电磁阀低压电磁阀由玉柴提供气流方向一致。2.1 LNG 发动机原理图：2、LNG 发动机部分技术规范高压减压器和低压电磁阀采用压缩软管可以避免振动,由玉柴配带电控调压器2.1.1 天然气供给系统LNG 从液态气罐到进入发动机开始燃烧的流经过程为：电控调压器（EPR 阀）2.2 配套要求发动机配套过程中应严格按照气体发动机的有关标准执行。双方应安排经过培训的熟练人员参与配套工作。气瓶及连接管路、接头连接要可靠，不得有漏气；燃气管路和线路必须避开发动机的高温部分，以免发生危险。双方都应高度重视安全问题，避免发生事故。项目2.2.1燃料 LNG安装技术要求LNG 是 CNG 在-162 度底温下由气态变为液体，便于运输和储存。CNG：符合 GB 18047-2000 标准的要求，燃料中每标准立方米（101.325kPa,20）硫化氢的含量水平不能超过 15mg/m3，车辆长期使用高硫量的燃料可能会导致燃烧室组件腐蚀进一步影响热交换和热平衡。压缩天然气中固体颗粒直径应小于5m。其余按照 GB 18047-2000 标准的规定执行玉柴将根据整车使用的不同气体成分进行整车标定图示备注气体供应商应提供气体成分的书面文件玉柴不提供燃料2.2.2气瓶车用LNG气瓶、管路及其布置、安装必须满足GBT20368-2006液化天然气（LNG)生产储存和装运标准。汽车厂可根据车的实际行驶里程决定配置气瓶的数量和容量。气瓶充满气时的公称工作压力为1.6MPa,请特别注意：使用时气瓶最小压力不能低于 0.65MPa,否则会引起发动机供气不足、动力性下降，并且导致催化转化器烧结。瓶阀上应有安全泄压装置、组合截止阀，组合阀应有漏气自动关闭功能。每个气瓶出口带一个手动截止阀，并清楚的标明“开”和“关”方向，以方便维修。气瓶安装牢固，并有减振措施。驾驶室仪表板应设置气量指示和漏气报警装置。液位计气瓶由汽车厂自备两个 厂家的LNG 气瓶2.2.3天然 气 管发动机供气系统中燃料管路采用不锈钢金属软管或铜管，金属软管或铜管应避开汽车上所有的电气 瓶 上 各阀的作用气瓶到高压减压器的管路由气瓶 厂配路 及 接头2.2.4滤清器器设备和电线，建议在软管外缠绕一层保温材料防止结霜；金 属软 管 及 其 接 头 与 传 动轴 的 距 离 不 应 小于75mm。每隔 500mm 应给金属软管安装管夹等固定装置。金属软管、LNG气瓶和汽化器由汽车厂自行向专业厂家采购。由于 LNG 为高纯度的液态天然气，基本不含固体颗粒，不需要任何过滤装置，以免造成管路压降。采用不锈钢金属软管或铜管，金属软管或铜管应避开汽车上所有的电器设备和电线，建议在软管外缠绕 一层保温材料防止结霜。套提供由于 LNG 汽车燃料供给压力低， 尽可能少安装任何 会造2.2.5LNG汽化器根据汽车行业标准 QC/T 245-1998 中 3.4.2.4 的规定，汽化器应安装在靠近发动机进气管和振动较小的位置，但不应直接安装在发动机上。所以汽化器必须安装在汽车（底盘）大梁上。设计汽化器支架时，应注意汽化器的安装位置不能高于发动机散热器顶部。否则会导致加热水不能流经汽化器，导致汽化器结冰冻裂。汽化器由汽车厂向专业 LNG 气瓶厂家采购。汽化器的燃气流量要求:发 动 机 功LNG汽 化 器率（马力）（m3/h）18030401903545210405023050602605565290607032065753407080(备注:流量选用在要求范围内即可,流量过大会导致汽化器后的燃气温度过高,影响发动机经济性)汽化器工作时，需要使用发动机冷却水来加热汽化器，使流经其中的 LNG 转换为气态。设计汽化器位置时，应尽可能靠近发动机，以便取热。其加热水管走向顺畅，不能打折。循环水软管（内径8）由玉柴提供，由汽车厂安装。安装循环水软管时汽车厂根据实际距离裁剪，所有软管应安装牢固。如果软管与发动机其他部分接触，应采取保护措施（如在软管外面另套一个保护管等），成压降的零件此件由气瓶厂配套提供CNG 不需要此件2.2.6低压 连 接软管1.2.7低压 电 磁阀以免磨破。发动机在节温器前自带有 1 个内径6的加热水出水接头，需在低压端（即水泵入水端）提供相应的回水接头。玉柴 YC6G、YC6J、YC4G、YC6M 系列天然气发动机基本型上已经带有这两个接头。汽车厂需要与汽化器连接好，汽化器的接头需做相应设计。该零件用于连接汽化器与低压电磁阀，低压电磁阀安装在发动机电控调压器入口处。由于汽化器安装在底盘上，低压电磁阀安装在发动机上，两者之间存在相对振动，为消除发动机振动影响汽化器正常工作，必须采用天然气专用管路连接汽化器与发动机。该 软 管 接 口 采 用 扣 压 式 接 头 ， 螺 纹 尺 寸 为3/4-16UNF，具体规格请参考图纸。低压电磁阀安装在电控调压器天然气入口处，为保证电磁阀正常工作，安装时必须保证线圈部分竖直向上；安装时请注意电磁阀上所标明的气流方向与实际气流方向一致。由于供气压力低,低压电磁阀通径应比CNG低压电磁阀通径大,推荐 8mm 以上.该零件由玉柴提供天然气专用低压软管，连接汽化器与低压电磁阀。低压电磁阀由玉柴提供低压电磁阀高压减压器和低压电磁阀采用压缩软管可以避免振动,由玉柴配带电控调压器3.1 配套要求3、CNG、LNG 发动机共同部分技术规范发动机配套过程中应严格按照气体发动机的有关标准执行。双方应安排经过培训的熟练人员参与配套工作。气瓶及连接管路、接头连接要可靠，不得有漏气；燃气管路和线路必须避开发动机的高温部分，以免发生危险。双方都应高度重视安全问题，避免发生事故。项目3.1.1 电控 调 压器 （ EPR阀）安装技术要求电控调压器安装在底盘上时，应尽量安装在震动较小位置（防震）；电控调压器的天然气进气口必须保持垂直向上，误差不超过 5 度；电控调压器出气口中心水平高度不能低于混合器进气口中心高度（防止天然气杂质污染）。电控调压器天然气出气口离混合器天然气进气口距离要求控制在 150700mm 以内。电控调压器自带有三个减振垫。安装时须保证减振垫处于竖直位置状态，不允许因受胶管等外力作用出现倾斜或扭曲图示Y1 0mm备注4G系列发动机空间有限，电控调 压器无 法 安 装 在 发 动机，只能布置在底盘上6G、6J、6M 系列的电控调压器已安装在发动机上EPR阀电控调压器（EPR 阀）混合器天 然 气 进气 口 垂 直向上，误差不 超 过5度.减震垫已经扭曲，不合理，必须调整安装支架。3.1.2 整车线束3.1.3 诊断接口整车线束所用导线的粗细必须符合玉柴提供的电路图的要求线束的耐温等级应不低于125，同时具备良好的抗氧化能力每个接插件和电线的连接应能承受 90N 拉力而不松脱（参考 QC/T 29106-2004）系统接地和电源负极线接法、规格必须符合电路图要求；禁止用较小截面的导线作接地线ECM 正极必须直接接至电源正极，ECM 供电不受整车开关控制（具体参照整车电路图）电子油门踏板导线必须使用屏蔽线，屏蔽层接地牢固线束布置不允许在排气管侧，走向顺畅，尽量缠绕减少，同时应避开高温区，可靠固定，并能防止磨损隐患；线束应作好防水、防油措施。整车线束与发动机线束的连接须采用玉柴指定型号的接插件，所有接插件必须由防水、防油和防松措施用于整车标定与故障诊断，玉柴提供接插件型号（参见线束接插件栏目），为方便维修人员维修诊断，建议将诊断接口预留在仪表盘附近。ECM供电不受整车开关控制，保持常通电，合理线束凌乱，到处缠绕，不合理诊断接口放在仪表盘下方，油门踏板附近，非常方便根据技术协议 确定是否玉柴提供整车接口接插件根据技术协议 确定是否玉柴提供接插件3.1.4 空调 开 关请求该开关信号线连接至车辆空调离合器控制信号端，通过整车接插件与 ECU 连接，当空调离合器闭合时向 ECM输出 24V 高电平信号维修开关放在仪表板不合理！建议放在发动机舱,需选择自锁开关，以防司机误操作。诊断开关选用普通翘板开关即可。电子油门线束未采用屏蔽线不合理！应采用屏蔽线,避免信号受干扰。汽车厂负责空调请求开关的制作和连接3.1.5 环境 传 感器进气系统在整车部分和柴油机相比,需要增加一个环境传感器,其余部分可按照柴油机进气系统的规范进行。本控制系统使用环境传感器测试环境压力、温度、湿度来对发动机相关控制参数进行修正。发动机在出厂时配带环境传感器和安装座，汽车厂负责将环境传感器安装座焊接在空气滤清器和增压器之间的进气管路上，然后把环境传感器放置于安装座内上紧并确保安装牢固、密封。安装位置的具体要求如下：安装座必须位于进气管路上方，保证传感器感应头竖直向下方向安装（且与竖直方向的偏差不超过 20 度，安装座焊接牢固、可靠密封；若发动机曲轴箱通风口引至增压器前的空气管路，则环境传感器须安装在该通风口的上游，以避免污染传感器探头；传感器和安装座均由玉柴提供环境传感器安装在进气管路上，非常合理的安装方式！环境传感器安装在侧面，不合理！环境传感器装在底部,不合理！大气环境传感器水平安装在空滤进气管上部，非常合理！3.1.6 氧传感器（即UEGO传感器）目前有部分机型氧传感器已安装在发动机上，但由于布置方案不同，导致某些机型氧传感器须安装在整车排气管上，具体要求如下：要求在离增压器废气出口或排气弯管下游35倍排气管直径（大约 250400mm）的直管处，焊接一个安装座，供安装氧传感器用；应安装在催化转化器的上游。氧传感器不能安装在排气管转弯处；安装位置离任何弯管中心的最小距离为 1.5 倍管径。应安装在排气管远离发动机一侧上方（不能安装在排气管下方），但竖直方向的偏差不能超过 30 度传感器线束走向应尽量远离发动机和排气管，并可靠固定；氧传感器在满足上述要求的情况下尽可能靠近涡轮增压器；如果有排气制动阀，氧传感器应安放在排气制动阀的下游；氧传感器的安装处不能进雨水；氧传感器和发动机之间最好有隔热罩等隔热装置。氧传感器和安装座均由玉柴提供在排气制动阀下游，管子上方，非常合理的安装方式。在拐弯处，不合理！安装在催化转化器上游，合理！斜向下,不合理！水平安装，不合理！3.1.7 节气 门 前压 力 传感器（TIP）汽车厂把传感器安装座焊接在中冷器出口至混合器之间的空气管路上。汽车厂把传感器在安装座上紧固。仅适用于 4G 系列发动机，6G、6J 和 6M 系列此传感器已在发动机上安装传感器和安装座均由玉柴提供由汽车 厂把传感器安装座焊接在中冷器出口至混合器之间 的空气管路上。仅适用于 4G 系列发动机，6G、6J 和6M 系列此传感器已在发动机上安装3.1.8 防喘振阀防喘振阀的作用是防止发动机急减速时进气管路的气体压力波引起增压器喘振，保护增压器。具体安装要求如下：在中冷器出气口后、发动机进气管前的一段进气管上，应预留二个位置，二个位置焊接两个外径25、长度 60 的接头。在空滤器与增压器之间的进气管上，再焊接两个外径25、长度 60 的接头（一般地，空气压缩机从进气管上取气的接头与这四个接头尺寸相同）。这四个接头的准确位置在整车装车时方能确定。以上提到的四个接头供连接防喘振阀用。连接防喘振阀包括的零件有：上述四个接头（汽车厂自备）；内径25 的软管适量，由汽车厂自备；两个防喘振阀、一个喘振阀三通接头和一根内径5 的喘振阀通气软管（均由玉柴提供）。两个喘振阀的两个内径25的连接管路注意两个方向相反！防 喘 振阀 安 装示意图三通管 的另一端 与进气总管 上的接头连 接（二者选一个）此处有一三通接头。分别 接进 气 管 的 反馈压 力 和 两 个防 喘振阀。要求两个防喘振阀一正一反连接。3.1.9 催化 转 化器线束太长，放在发动机上比较难看。本车：接高压切断电磁阀线束长1.5m即可，接高压减压阀线束1m 即可。玉柴国二排放 CNG 发动机不采用催化转化器即可达排放标准国三、国四排放使用氧化型催化转化器。因催化转化器发热量比较大，并且温度比较高，建议为催化转化器单独设置可靠的隔热室，并且尽量避免将催化转化器布置在发动机仓内。催化转化器安装在涡轮增压器排气管和排气消声器之间；安装时，催化转化器上的箭头方向为排气气流方向。与进气管上其中一根气管连接。注意两个防喘振阀的进出气相反。催化转化器由玉柴提供3.1.10排 气 系统增压器涡轮后排气温度可达到 550600，布置空滤时应避免排气管高温高热的影响，建议给排气管包一层隔热层。因 CNG发动机比同等柴油机散热量大，汽车厂应采取充分措施降低发动机机舱温度。玉柴建议尽量增大机舱空间和配套更大的水箱和中冷器。考虑到某些型号的CNG发动机使用催化转化器，因此排气背压要求与柴油机略有不同，具体要求