天然气(LNG)汽车简介.ppt

LNG汽车简介 课件内容 1 LNG简介 2 LNG发动机介绍 3 LNG车辆供气系统 4 LNG操作过程中的潜在危害 5 LNG城市客车的日常维护及保养 一 何为LNG LNG是英语液化天然气 liquefiednaturalgas 的缩写 天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体 主要成分是甲烷 LNG是将常压下气态的天然气冷却至 162 使之凝结成液体 天然气液化后可以大大节约储运空间和成本 而且具有热值大 性能高等特点 LNG无色 无味 无毒且无腐蚀性 密度 LNG密度取决于其组分 通常在430kg m3 470kg m3之间 但是在某些情况下可高达520kg m3 LNG的特性 温度 LNG的温度极低 其沸点在大气压力下约为 160 并与其组分有关 在这一温度条件下 其蒸发气 表现为含水蒸气的白雾 密度高于周围空气的密度 体积 天然气气液体积比大致为600 625 1 若减压措施不当 将导致压力迅速升高 热值 LNG热值为50Mj kg左右 排放 LNG充分燃烧生成水和二氧化碳 所以排放比较清洁 不会产生黑烟 化学反应方程式 CH4 2O2 2H2O CO2 辛烷值 LNG研究法辛烷值 RON 为130 天然气是窒息性气体 LNG蒸气是无气味的 天然气是易燃性气体 燃点538 C 在密闭空间可能产生爆炸 其爆炸极限为5 15 附 部分常用燃料数据 二 LNG发动机介绍 LNG发动机与柴油机的差别 1 燃料供给系统取消了原柴油机燃油喷射系统相关的零部件 增加了燃料电磁阀 电控调压器 混合器 滤清器等燃料供给相关零部件组合 2 点火系统柴油机是压燃式发动机 而气体发动机由于受燃料特性限制 抗爆振性能 采用的是与汽油机一样的点燃方式 3 控制系统ECIEPR系统气体发动机是一种电控发动机 对空燃比 点火提前角和增压压力等实现了精确控制 4 压缩比根据这种燃料特性 一般天然气发动机压缩比高于LPG发动机 但比柴油机低 压缩比的选取与燃料的抗爆震性能相关 抗爆震性能是用燃料的辛烷值来衡量 辛烷值越高抗爆震性能越好 常用的几种燃料按抗爆震性能由高到低排序依次为 柴油 天然气 甲烷 丙烷 丁烷 LPG是丙烷和丁烷的混合物 和汽油 5 空燃比控制气体发动机通过安装在发动机排气管上的氧传感器测量排气中的氧浓度 计算出混合气空燃比 发动机控制系统修正气体燃料供给量 实现全工况闭环控制 精确控制空燃比 使混合气在缸内燃烧最优化 6 增压控制增压中冷能大大提高发动机的动力性能 ECIEPR系统气体发动机对增压压力进行了控制 保证发动机具有理想的扭矩曲线及良好的瞬态响应性能 玉柴气体发动机工作原理 玉柴气体发动机是专门开发来满足气体燃料燃烧的点燃式发动机 其工作原理与汽油机类似 但又有一定的区别 主要区别在于燃料不同 导致了燃料供给系统方面有较大的差别 但在空燃比控制 点火控制等方面基本类似 CNG发动机系统原理图 CNG发动机原理 从CNG发动机工作原理图可看出 该发动机基本原理为 高压的压缩天然气从储气钢瓶出来 经过天然气滤清器过滤后 经高压电磁阀进入高压减压器 高压电磁阀的开合由ECM控制 高压减压器的作用是将高压的压缩天然气 工作压力200bar 30bar 经过减压加热将压力调整至7bar 9bar 高压天然气在减压过程中由于减压膨胀 需要吸收大量的热量 为防止减压器结冰 从发动机将发动机冷却液引出到减压器对燃气进行加热 经减压后的天然气进入电控调压器 电控调压器的作用是根据发动机运行工况精确控制天然气喷射量 天然气与空气在混合器内充分混合 进入发动机缸内 经火花塞点燃进行燃烧 火花塞的点火时刻由ECM控制 氧传感器即时监控燃烧后的尾气的氧浓度 推算出空燃比 ECM根据氧传感器的反馈信号和控制MAP及时修正天然气喷射量 天然气发动机主要零部件结构及特性 燃料供给系统 增压中冷后空气 天然气管路 空气管路 混合气管路 电控调压器 EPR 高压减压器 混合器 电子节气门 低压电磁阀 天然气瓶 高压燃料切断阀部件 工作原理及安装要求 工作原理 由线圈驱动阀芯 由ECM控制其开合 停机状态下处于常闭状态工作电压 24V阻值 40欧作用 及时切断或恢复燃料供给 安装要求 为有效防止高压电磁阀进气接头与高压电磁阀结合部位漏气 安装该接头时 必须使用螺纹密封胶 如乐泰262 并且锁紧接头使铜垫略有变形 有效密封 高压减压器 LNG发动机为气化器 高压减压器工作原理 工作原理 通过压力膜片克服弹簧阻力 带动杠杆 调整节流孔的流通面积 从而控制减压后的天然气压力 作用 通过节流和加热 使高压的压缩天然气减压至7bar 9bar的低压天然气 安装要求 1 减压器进气接头螺纹部分必须使用螺纹密封胶 并且使用铜垫进行密封2 减压器出气接头使用O形圈进行密封 出气接头与低压电磁阀 低压电磁阀与电磁阀出气接头采用锥螺纹连接 安装时必须使用螺纹密封胶 3 高压减压器通过两根水管与发动机的冷却水循环水路连通 安装水管时请锁紧环箍 以免漏水 4 高压减压器必须通过一根压力反馈管与进气管连接 目的是为了根据工况控制调压器出口压力 5 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 所以减压调节器必须安装在汽车 底盘 大梁上 设计减压调节器支架时 应注意减压调节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减压器 导致减压器结冰冻裂 此处连接到进气管 低压电磁阀部件 工作原理及作用 工作原理 由线圈驱动阀芯 由ECM控制其开合 停机状态下处于常闭状态 作用 及时切断或恢复燃料供给 安装要求 1 为有效防止高压电磁阀进气接头与高压电磁阀结合部位漏气 安装该接头时 必须使用螺纹密封胶 如乐泰262 有效密封 2 要求安装电控调压器上面 低压电磁阀部件 维护保养 保养内容及方法 每5万公里 视当地气体清洁度而定 清洗一次 拆除电磁阀线圈 取出阀芯 阀座 滤芯 将阀芯 阀座用汽油浸泡清洗 将滤芯用干压缩空气吹干净后装复 电控调压器部件 EPR阀 工作原理 该零件内部有一控制芯片 该控制芯片接受来自ECM的控制指令 通过高速电磁阀控制天然气气量 从而实时有效控制空燃比 作用 控制天然气喷射量 安装要求 由于该零件内部有控制芯片 应避免高频振动 该零件自带减震软垫 切勿自行拆卸 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 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500mm以内 目的是为了让天然气中的杂质流到混合器中随空气进入缸内燃烧掉 保持EPR阀内清洁 并且保持天然气供给响应速度快 电控调压器 ECIEPR系统采用电控调压器 EPR 来控制燃料 该调压器为电控的两级减压调节器 EPR有一个进气接口和两个出气接口 这两个出气接口中 一旦选定其中一个作为燃料出气口 另一出口则供燃料温度传感器使用 EPR反馈接口采集空气 燃料混合器上游的压力 EPR提供了三个反馈接口 选中其中一个后 剩下的两个需要采用专用堵头封堵 EPR燃料出口的最低位置必须高于混合器进气口最高位置 以便于LPG中重硫 烯烃等物质排出 电控调压器 电控调压器 EPR 在使用中需进行定期的维护保养 由于电控调压器处于低压减压部分 在长期的使用中会在其内部沉积大量的油污和杂质 长时间的油污和杂质会导致电控调压器工作不良 传感器损坏以及内部的密封件和橡胶膜片提前老化和破损 因此该部件的维护保养尤为重要 一 保养内容1 每5万公里需对内部零部件进行清洗 更换易损件 检查轴销的磨损情况 2 每15万公里需更换膜片及密封件 并对压力进行校准 混合器部件 工作原理及作用 将天然气和中冷后的空气充分混合 使燃烧更充分 柔和 有效降低NOx排放和排气温度 安装要求 调压器出气管安装在混合器天然气入口处 安装时锥螺纹部分必须使用螺纹密封胶以防止漏气 将混合器垫片I 混合器垫片II安装在混合器接管I 混合器接管II与混合器的结合面 注意拧紧螺栓以防止漏气 混合器 混合器拥有极少的活动部件和坚固的设计 因此工作非常稳定 由于使用不当以及使用区域气体洁净度的影响 也将对混合器中的部件产生损坏 根据使用情况的调查和分析 由于使用和维护不当该部件会产生两种故障模式 1 膜片损坏发动机经常性回火会导致膜片老化加剧 致使膜片出现皱裂和破损 2 燃料空气阀卡滞当压缩天然气中所含的压缩机机油过多 以及空气中的杂质过滤不充分的情况下 如果没有及时对混合器内部进行清洁保养 油污会附着在燃料空气阀和阀座上 长时间的积累会导致燃料空气阀运动受阻 甚至完全卡死 从而导致发动机工作不稳定 因此空滤器对空气 天然气过滤器对天然气的过滤效果的好坏将直接影响着混合器的使用寿命 混合器 混合器保养内容1 每10万公里强制保养 从发动机上拆下混合器总成 检查混合器内部是否有明显的石油机油油污 若有 则需将混合器放入汽油中浸泡清洗 清洗后用干压缩空气吹干 2 清洗后 用手沿燃气阀运动轴线方向按压阀芯 检查阀芯运动有无卡滞 是否回位 若出现卡滞 则需要更换混合器总成 电子节气门 工作原理及作用 通过控制蝶阀的开度 控制进入缸内的混和气的量 从而控制发动机的转速和负荷 驾驶者通过油门踏板 将动力需求传送给ECM ECM接收到油门踏板信号后 根据发动机运行工况控制电子节气门开度 通过控制蝶阀开度 控制怠速转速和调速特性曲线 安装要求 安装电子节气门时 驱动电机轴线必须保持水平方向 电子节气门 保养内容及方法 1 每10万公里 视当地气体清洁度而定 从发动机上拆下节气门 检查节气门内部是否有明显的油污 若有 则需用节气门清洗剂清洗节气门碟阀部分 清洗后用干压缩空气吹干 2 清洗后 用手按压碟阀 检查碟阀运动有无卡滞 是否回位 若出现卡滞 则需要更换电控节气门总成 点火系统 电瓶 ECU 火花塞 点火线圈 点火线圈 作用 接收来自ECM点火指令 产生高电压并将高电压传递给火花塞 产生火花 点燃天然气 点火线圈能根据ECM指令控制点火时刻 使发动机实现低排放 低气耗 安装要求 安装时拧紧点火线圈安装螺栓 以保证点火线圈胶套内弹簧与火花塞头部紧密接触 由于高压电源会在接触表面产生电弧 弹簧与火花塞头部接触的部位易受热氧化 导致接触部位电阻过大 分压作用过大导致火花塞点火能量降低 严重时会导致失火 所以安装火花塞和点火线圈时 必须在火花塞头部与点火线圈弹簧结合部位涂抹导电膏 在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应该涂抹绝缘润滑油脂 以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电 点火线圈 1 安装时拧紧点火线圈安装螺栓 以保证点火线圈胶套内弹簧与火花塞头部紧密接触 2 由于高压电源会在接触表面产生电弧 弹簧与火花塞头部接触的部位易受热氧化 导致接触部位电阻过大 使得其分压过大引起火花塞点火能量降低 严重时会导致失火 所以安装火花塞和点火线圈时 可以在火花塞头部与点火线圈弹簧结合部位涂抹导电膏 在胶套外表面部位应该涂抹绝缘润滑油脂 以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电 3 点火线圈紧固螺钉拧紧力矩为7 9N m 拧紧力矩不能太大 否则会导致侧向力太大 接线柱破裂 点火线圈 维护保养点火线圈次级输出电压高达4万伏 所以在发动机使用过程中 绝对不允许用水直接冲洗发动机 特别是点火线圈部位 每三个月或2万公里要清理弹簧与火花塞之间的氧化物 并涂抹导电膏 每三个月要检查点火线圈胶套是否老化开裂 如有开裂 请及时更换 火花塞 作用 接收来自点火线圈的高电压 产生火花 点燃天然气 安装要求 安装时拧紧点火花塞 拧紧力矩 30N m 拧紧火花塞必须使用专用火花塞套筒 由于高压电源会在接触表面产生电弧 弹簧与火花塞头部接触的部位受热氧化 导致接触部位电阻过大 分压作用过大导致火花塞点火能量降低 严重时会导致失火 所以安装火花塞和点火线圈时 必须在火花塞头部涂抹导电膏 在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应该涂抹绝缘润滑油脂 以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电 火花塞属易损件 玉柴目前所使用的火花塞为NGK铂金和铱金火花塞两种 火花塞使用寿命一般为6 8万公里 其维护保养内容为 1 每三个月或2万公里 必须检查火花塞电极燃烧情况 清理电极头部杂质 并调整间隙 间隙调整要求如下 天然气发动机NGK铂金火花塞 PFR7B D 电极间隙 0 33 0 05mm天然气发动机NGK铱金火花塞 IFR7F 4D 电极间隙 0 4 0 05mmLPG发动机NGK铱金火花塞 BKR6EIX 电极间隙 0 45 0 05mm2 每6 8万公里 检查火花塞头部电极贵金属烧蚀情况 若使用情况较好 调整间隙后可继续使用 要求8万公里后直接更换火花塞 必须使用玉柴指定火花塞 否则可能会导致炽热点火 动力下降 气耗升高 点火线圈击穿等故障 CNG发动机使用与维护 1 起动前检查 1 常规检查如检查机油 冷却水等 2 每天使用汽车之前必须检查气瓶与托架 供气装置与大梁之间固定是否牢固 天然气设备的状态 所有气管的连接处是否漏气 2 起动发动机1 启动时 先将点火开关拧到电源接通位置停留2 3秒 不踩油门起动 切忌起动时空踩油门和利用大油门起动 不会加快起动速度 只会造成起动后因油门过大而使发动机转速过高 从而造成燃料浪费和加速发动机运动件的磨损 2 冷起动 在较冷的环境里 起动操作与常规起动一样 发动机控制单元会自动根据环境温度进行调整起动策略 加大油门起动对起动速度没有任何作用 也无须空踩油门起动 发动机日常使用 3 发动机运行过程操作1 车辆起步 坚持用一档起步 否则发动机有可能会出现 放炮 或 回火 现象 2 在行驶过程中尽量避免急速加减油门 否则发动机可能会出现 放炮 或 回火 现象 3 换档转速 为了使发动机获得最好的动力性和经济性 建议发动机换档转速在最大扭矩点偏上一点 换完档在1100转左右 4 涉水行驶 当车辆过积水路面时 应减速缓慢通过 以避免水溅到电器元件上 损坏电控系统 发动机日常使用 5 故障灯 在正常状态下 发动机故障是不亮的 如发现发动机起动后故障灯常或者闪亮 表示发动机已有故障 此时 司机应马上开回修理厂进行维修 6 失效保护策略 某些零件出现问题时 电控发动机有失效保护策略 司机在确定机油 冷却水没问题且没有异响时可以放心开回修理厂 发动机日常使用 4 停机应通过点火钥匙来停机 且必须在关掉点火钥匙10秒后才能关闭总电源 其余按常规操作 5 收车检查 汽车运行返回后应该重新检查天然气管路 气瓶的连接头 充放气阀和气瓶气阀的密封性 检查密封良好后 关掉气路总气阀 天然气发动机的维护保养 1 燃料系统的保养 1 对天然气发动机所使用的燃料 首先要求使用国家标准规定的车用CNG 禁止使用家用天然气 杂质含量高 成份不符合车用CNG标准 2 应定期清洁供气系统中的天然气过滤器 每10000 12000km更换 2 点火系统保养 1 每15000km或每400小时检查火花塞间隙符合要求 火花塞电极间隙 0 33mm 建议更换里程 60000公里 2 检查点火线圈胶套是否有老化或破损的地方 如有应立即更换 天然气发动机的维护保养 3 润滑系统的保养 1 由于天然气单燃料发动机燃烧产物与柴油机不同 因此要求天然气单燃料发动机使用天然气发动机专用机油 低灰分机油 推荐使用玉柴YC 600CNG专用机油 2 每运行10000 12000公里或累计行驶200 250小时 先到为准 更换一次机油滤清器 4 冷却水天然气发动机中的高压减压器需要发动机的冷却水对CNG进行加热 使高压CNG减压膨胀或LNG加热气化 若发动机冷却水水质不好而导致高压减压器水腔结垢 将降低热交换量 会导致高压减压器冻裂 因此 要求天然气发动机一定要使用软化水或加防冻液作为发动机的冷却水 天然气发动机的维护保养 5 电控系统的注意事项 1 严禁带电拔插电器元件 以免烧坏电控系统元件 2 保持电控系统清洁 干燥 严禁用水冲洗发动机 如果意外进水 切记马上断开电源总开关 通知维修人员 不要自行运行发动机 3 进行电焊作业时 切记关掉总电源 同时拔下ECU上接插件 以免烧坏ECU等电控元件 天然气发动机故障诊断 故障诊断的两种方式 专用诊断工具的诊断 控制器自诊断人工诊断基础 熟悉常规发动机的故障判断熟悉天然发动机工作原理熟悉发动机线路图 各传感器针脚定义以及电器参数 熟悉发动机各运行参数 熟悉控制策略 专业术语缩写 CL闭环CNG压缩天然气DBW线驱 如电子节气门ECM发动机控制模块ECT发动机冷却液温度ETB电子节气门EPR电控调压器FPP电子油门位置IAT进气空气温度IVS怠速确认开关UEGO宽域氧传感器 适用于稀燃发动机 MAP进气歧管绝对压力PTP节气门前进压力MAT进气歧管温度 相对与柴油机变动的主要技术参数 1 冷态气门间隙进气门 0 4 0 05 mm排气门 0 5 0 05 mm2 火花塞电极间隙 0 33mm3 火花塞拧紧力矩 20N m 40N m4 凸轮轴位置传感器与信号轮间隙 0 6 0 2mm5 整车提供给发动机增压器压力 1 6bar 相对压力 2 7bar 绝对压力 三 LNG车辆供气系统 LNG汽车工作原理图 LNG供气系统原理图 放空阀 放空口 经济阀 第一安全阀 第二安全阀 液位记 压力表 进液止回阀 限流阀 截流阀 出液口 进液口 储液瓶附件 1 进液止回阀 DN15 2 出液截止阀 DN10 3 限流阀3 8 4 压力表 5 第二安全阀 2 9MPa a 进液口1 2 b 出液口 10 6 液位计 DYJ 10 X 1165 2 7 第一安全阀 1 75MPa 8 放空阀 DN15 9 调压阀 DN6 10 增压截止阀 DN10 c 放空口3 8 供气系统其它附件 供气管路 为不锈钢管 铜管 不锈钢金属软管 加气口 专用加气口 与加气站的加气枪相匹配 安装在加气面板上 回气口 专用回气口 与加气站的加气枪相匹配 安装在加气面板上 压力表 两个 一个指示气瓶内压力 安装在加气面板上 一个安装在气化器后稳压阀上 指示进发动机的供气压力 275升LNG钢瓶 气瓶仓灭火器 液位变送器 气瓶防撞杆 导气管 回气管 备用气瓶接口 加气座 回气座 压力表 加气面板 气化器 安装在左后轮后 把液态天然气转化为气态的天然气 以给发动机提供燃料 气化器 稳压阀 安装在气化器之后 以给发动机提供稳定的工作压力 稳压阀 天然气低压过滤器 安装在稳压器与电控调压器管路之间 主要作用是防止LNG在液化过程以及加液 调温 充装到槽车等过程中均会不同程度的产生二次污染 为有效防止油等杂质污染导致电控燃气零部件失效 天然气低压过滤器 安装在水箱导风板检修口处 限压阀 限制进废气旁通阀大气压力 低压电磁阀 安装在汽化后电控调压器前 目的是为保证发动机天然气流量有效供给 电控调压器 要求安装高于混合器 主要作用是采用电控调压方式控制天然气量 低压电磁阀 混合器灭火器 电控调压器 混合器 增压器灭火器 混合器 安装于发动机机体上 主要是把空气及天然气在里面进行混合 起动机灭火器 混合器 后机仓温控探头 气体泄漏报警器 带仓温报警 共计五个探头 其中一个安装在气瓶阀体端头 一个安装在气化器处 两个安装在发动仓处 另外一个安装在仪表台内 仓温及泄漏报警面板 后机仓温控探头 四 液化天然气操作过程中的潜在危害 天然气在环境大气压下具有极低的温度 162 具有很大的气液体积比 如果减压措施不当 将导致压力迅速升高 液化天然气的气液体积比大致为620 1 天然气是窒息性气体 天然气是易燃性气体 燃点650 在密闭空间可能产生爆炸 空气中可燃极限5 15 安全防护 在有天然气或液化天然气的现场内工作时 需具有如下安全常识 使液化天然气设备远离火焰或电火花 在液化天然气设备维修 充装 存储的地区不允许烟火进入 在有液化天然气的地区工作时需戴护目镜 脸罩 绝热手套 裤脚不能装在靴子里 衣袖不能装在绝热手套内 靴子不能掌有铁钉 在拆卸零件维修时需给液化天然气气瓶排空 卸压 维修时使用的工具应当不能产生火花 警告 1 保护眼睛和暴露的皮肤 操作时必须带护目镜 绝热手套及长衣长裤 2 保持设备所在地区通风良好 3 在维修或保养设备时确保系统已泄压 4 远离易燃品或电火花 五 LNG城市客车的日常维护及保养 1 驾驶员日常检查维护 A每日检查 1 日常检查由驾驶员进行 2 检查气瓶有无擦挂 损伤 气瓶支架 固定卡子的紧固情况 管线接头有无松动 摩擦 漏气 外保护管有无破损 缺损 阀门橡胶件有无老化 断裂 3 检查LNG供气系统工作是否正常 压力表 气量显示是否一致 各管线接头有无松动 泄漏 4 检查车辆电器线路有无老化 破损 松动 驾驶员日常检查维护 B行车中途检查 1 检查气瓶有无擦挂 损伤 气瓶支架 固定卡子的紧固情况 2 检查管线接头有无松动 摩擦 漏气 3 使用燃料状态的转换是否方便灵活 4 检查LNG气体压力低于0 6Mpa时 应检查有无泄漏现象 排除故障后 静置一段时间 当压力达到要求时 方可运行 驾驶员日常检查维护 C夜间 回场 停车检查 1 检查气瓶有无擦挂 损伤 气瓶支架 固定卡子的紧固情况 2 检查管线接头有无松动 摩擦 漏气 外保护管有无破损 缺损 阀门橡胶有无老化 断裂 3 检查LNG供气系统是否正常 气瓶阀是否已关闭 D其他检查与一般汽车检查相同 2 定期维护保养 1定期维护保养LNG供气系统必须定期进行维护保养 2保养周期的确定1 LNG汽车的维护保养分为一级维护 1000公里 二级维护 15000公里 车辆首次使用LNG行驶了100km后 必须对供气系统进行保养和调试 以提高供气系统零部件的使用寿命 尽早发现并排除某些故障隐患 2 天然气供气装置在行驶里程15000公里 或三个月 维护一次 如果气质较差 将缩短每次维护保养的间隔公里数和时间 定期维护保