玉柴天然氣發動機電氣原理與使用維護（續完）——玉柴天然氣汽車發動機應用篇

周行卜

（一汽客車 （無錫）有限公司技術中心，江蘇 無錫 214177）

1 LNG客車前景看好

根據存儲方式的不同，車用天然氣可以分為CNG和LNG兩種。LNG是低溫液態，常壓存儲運輸，所攜帶的有效燃料將比壓縮氣罐式天然氣加注車高出2～3倍，可減小燃料系統的尺寸及質量，增大車輛有效載荷及一次加氣后的續駛里程。

由于續駛里程更長，LNG客車受到行業的關注。LNG客車有三大優勢：一是LNG的氣瓶與柴油車油箱體積相差不大，而CNG客車的氣瓶重、體積大，占用行李艙的空間大；二是LNG客車續駛里程長，LNG氣瓶占行李艙不到一半的體積就能行駛600 km，CNG氣瓶占一半的行李艙體積卻只能行駛300～400km；三是安全性高，CNG壓力高達20MPa，而LNG在-170℃保存，保存壓力低。

CA6860URN80一汽公交大客車，是采用LNG低溫液態車用天然氣的客車，其整車電氣原理圖如圖1所示。

2 汽車用液化天然氣氣瓶及其供氣系統

2.1 電氣線路安裝布置注意事項

1）電氣線路的安裝、支撐、保護及固定，應該能夠防止因震動、沖擊、彎曲、磨損或腐蝕等方式造成的破壞，汽車設計時應當考慮將液位計線、壓力變送器線與汽車的線束一起安裝，或者專門留出安裝固定的空間。

2）所有導線應能滿足最大設計載荷需要，并設置電流過載保護裝置。

3）所有電氣線路的安裝應當盡量遠離氣瓶的低溫空間 （由于閥門端在使用中會造成結冰），電氣線路與低溫管道的最小距離應當保持在20mm以上。

2.2 液化天然氣氣瓶及相關配件的存放

氣瓶及相關配件在存放期間應當按照以下規定：氣瓶所有閥門均處于關閉狀態，保持原有干燥氮氣封存的0.02～0.05MPa壓力， 嚴禁開啟任何閥門泄放內部壓力。不得開啟氣瓶的抽真空接頭 （同時是外部外容器防爆口），否則氣瓶的真空將喪失，氣瓶將失去保溫作用。安全閥鉛封不得進行破壞，除非氣瓶的貯存時間超過法規規定的安全閥定檢周期 （6～12個月），需要送往技術監督部門進行檢驗時，可由技術監督部門進行破壞。但是在安全閥拆卸后應當及時封堵該出口，否則會由于敞口導致空氣進入，在使用過程中可能產生堵塞現象。檢測完畢后應當及時將安全閥裝回，安裝原則是從何處拆卸裝回何處；并用干燥、無油的氮氣按照氣瓶銘牌規定的壓力進行氣密性試驗，然后把壓力泄放至0.02～0.05MPa 并進行密封。

氣密性試驗按照以下步驟進行：①試驗前應當對連接接頭進行緊固；②試驗時壓力上升應當緩慢，先將壓力升高0.05 MPa，保壓5 min以上；③對連接部分進行檢漏，如果有泄漏，則緊固接頭；④壓力緩慢上升至0.8 MPa，然后按照每次增加0.16 MPa 逐次遞增至1.6 MPa， 保壓10 min， 不漏為合格。所有部件的防水膠帶以及防塵裝置不得隨意開啟，否則可能會因為空氣的進入在使用過程中產生堵塞；由于粉塵顆粒的進入，在使用過程中引起閥門泄漏、發動機受損。所有部件應當遠離腐蝕環境，存放地點不能在露天。

3 車載液化天然氣氣瓶液位指示器

LNG液位指示器是專門針對LNG清潔能源汽車設計的，配合專用的LNG液位高度傳感器，用于測量LNG儲罐內液位的有效體積，其功能類似于一般汽車上的油量表，其精度也和汽車油量表一致，不是能通用的液位測量裝置，更不是用于計量的液位計，不能進行精確測量。

3.1 液位指示器的基本結構及工作原理

液位指示器由3部分組成，即表頭、連接線、變送器，如圖2所示。汽車蓄電池分為12V和24V兩種，本液位計對24 V和12 V汽車能通用。當汽車蓄電池的正負極與液位器的正負電源線正確連接后，液位器開始工作。變送器從傳感器中采樣出信號后，經過內部處理器，將模擬信號轉換成數字信號輸出，并通過連接線傳送到表頭進行顯示。為了保證本產品的使用壽命和安全，電源引線應該接到汽車電源開關之后，即在汽車停止開動或熄火后，應使本產品處于斷電狀態。

3.2 傳感器安裝

傳感器的安裝示意圖如圖3所示 （安裝示意圖只是做為參考之用，具體安裝事宜由罐體設計決定）。

注意：①傳感器應該與液面保持垂直狀態；②傳感器與罐體的連接應該可靠，并使傳感器外殼和罐外殼接通 （搭鐵）；③傳感器到Q9插座的引線長短要盡量做到一致；④Q9插座處要密封處理，避免液體溢出；⑤Q9插座處應該處于比較干燥的位置，避免出口結冰對信號的影響。

3.3 變送器及顯示表安裝

如圖4所示，將LNG罐安裝好后，根據LNG罐和顯示表在車上的位置，將連接線安裝在變送器和顯示表之間。變送器已經安裝在罐體上，表頭的位置具體由車上的安裝位置給出，連接線安裝應注意安裝可靠，線應和車體保持相對固定，不應在行駛過程中出現松動或者被拉扯的情況。注意：連接線航空插頭應放在變送器端，方形插頭應拉到表頭一端。

將變送器的Q9電纜接頭插入罐體上傳感器的Q9接口，連接時應保證連接處干燥，并絕對防水。將變送器另一端電纜的航空插頭和連接線的航空插頭連接到一起，并擰緊航空插頭的連接螺絲。注意：接好后應將航空插頭固定在罐體上。

將表頭固定在車體表盤附近，使駕駛人員便于看到，然后將表頭上方形八芯插座與連接線的方形八芯插座連接。注意：應使插頭和插座連接緊密，不應有松動感。

將表頭上的電源線接到車上的24 V或12 V電源開關，檢查連線無誤后，接通電源，檢查是否顯示正常。注意：表頭上紅色帶熔斷絲的線應接電源正極，而黑色或藍色線應接電源負極。

注意：安裝或維修時，當需要拔插連接線航空插頭時，應先斷開電源，再進行斷開或接入工作，等工作完畢后再接通電源！

3.4 使用說明

當安裝完畢后，只要接通車內儀表的電源，液位計即開始工作。正常工作時，應先顯示000，大約等待十秒鐘后，開始正常顯示當時的體積 （單位： L）。

由于本儀器是通過車載LNG罐內液體高度來計算有效容積的，因此，在行駛過程中，如遇車行駛顛簸或上下坡時，因為罐內液體運動，使得液晶屏上數據顯示不準確 （上下波動），屬于正常情況，待車運行平穩時會恢復正常顯示。

警告：當液位指示器顯示到零附近時，駕駛員應及時回加液站加液，否則很可能會發生無液而停車在路上的情況。

注意：如果變送器或連接處進水，會導致液位計產生異常，因此在日常清潔保養時應注意要讓變送器和連接處保持潔凈和干燥。

3.5 常見故障與維修

液位計的常見故障與維修如表1所示。

表1 液位計的常見故障與維修

4玉柴天然氣發動機的應用車型——CA6860URN 80公交客車

4.1 發動機電控EPR系統功能

整車廠和發動機廠確認了玉柴天然氣發動機電控EPR系統的系統功能，如表2所示。

表2 玉柴天然氣發動機電控EPR系統功能

4.2 發動機和整車線束及其接口要求

4.2.1 線束形式

1）線束及插接件 發動機采用獨立的線束 （出廠時已裝配在發動機上）；發動機線束通過一套雙方約定的插接件 （稱主插接件）與整車線束相連接。

2）主插接件 整車線束部分主插接件包括整車接口Ⅰ、整車接口Ⅱ，型號由玉柴指定。

4.2.2 整車線束

1）控制器ECU電源 整車提供，額定電壓24V，允許波動范圍18～32V，帶20A熔斷絲。

2）主繼電器電源 整車提供，24 V，控制發動機執行器電源。

3）主繼電器控制 由控制器通過主繼電器控制控制器的工作電源，整車負責提供該主繼電器及相關的線束制作，應選擇品質可靠的繼電器 （30A）。

4）電源負極 ECU負極通過機體、編織銅帶、底盤與24 V蓄電池負極相連，整車負責相關的線束制作。具體接線方法參照原理篇圖8。

5）點火開關信號 與點火鑰匙ON檔連接，整車負責相關的線束制作，具體接線方法參照原理篇圖8。

6）診斷接口 用于整車標定與故障診斷。玉柴提供插接件型號，汽車廠負責相關線束的設計及布局。為方便維修、診斷，診斷接口必須放在載貨汽車的前門副駕位置或者客車前門旁邊的整車電路控制盒里面，并在面板盒以及插接件上做好醒目標志。診斷接口的安裝位置如圖5所示。

7）故障指示燈當發動機發生故障時，故障指示燈閃爍，以提示駕駛者進行維修。若故障指示燈選用發光二極管，必須在其電路中串一個5 kΩ的電阻。故障指示燈一般安裝在儀表板上，通過整車插接件與控制器連接。整車廠提供指示燈及負責相關的線束制作。要求工作電流＜100mA。

8）故障診斷請求開關 當發動機出現故障時，接通此開關，故障指示燈將以一定的閃爍頻率輸出故障閃碼，駕駛員或維修人員可以通過讀取該故障閃碼并查詢故障手冊，了解發動機所發生的故障類型及處理方法。整車廠提供開關及負責相關的線束制作。

9）電子油門踏板 電子油門踏板反映駕駛員的動力要求。其可靠性將極大地影響整車駕駛安全性。玉柴提供油門踏板、安裝圖紙和電子油門插接件型號。

10）空調請求開關 當需要使用空調時，接通此開關，與車輛空調離合器控制信號聯動，通過整車插接件與控制器連接。整車廠提供開關及負責相關的線束制作。開空調后怠速提升到780r／min。

4.2.3 整車線束插接件 （基本型）

1）整車線束端 （主插接件）

車輛接口Ⅰ （圖6）：10 pin插接件。①插接件：G6800-3823051 Delphi15326661 1；②端子：G6800-3823055 Delphi15304732 4；③端子：G6800-3823052 Delphi 15304731 6；④防水塞：G6800-3823056 Delphi 15366067 4；⑤防水塞：G6800-3823053 Delphi 15366066 6。

車輛接口Ⅱ （見圖6）：8 pin接插件。①插接件：G6800-3823041 Delphi 15326655 1；②端子：G6800-3823052 Delphi 15304731 8；③防水塞：G6800-3823053 Delphi 15366066 8。

2）電子油門插接件 （車輛線束端，隨電子油門踏板）

電子油門插接件如圖7所示，主要包括：①接插件：G3900-1115091 AMP 174262-2 1；②鎖扣：G3900-1115092 AMP 174263-7 1；③端子：G3900-1115093AMP 171662-1 5；④防水塞：G3900-1115094 AMP172888-25。

3）診斷及標定插接件 （車輛線束端）

診斷及標定插接件如圖8所示，主要包括：①插接件：G6800-3823061 Delphi 12015798 1；②端子：G6800-3823062 Delphi 12089188 4；③防水塞：G6800-3823063 Delphi 12015323 4。

4.2.4 整車線束布置

整車廠提供整車有關線束圖，玉柴對該線束設計進行確認，包括對國產插接件可靠性要求，考慮線束走向，應防干擾 （如大電流突然接入使電壓降低波動，電感接入使電壓波動），電源要求為18～32 V。

1）整車線束所用導線的粗細必須符合玉柴提供的電路圖的要求。

2）線束的耐溫等級應不低于125℃，同時具備良好的抗氧化能力。

3）每個插接件和電線的連接應能承受90 N拉力而不松脫 （參考QC／T29106—2004）。

4）系統搭鐵和電源負極線接法、規格必須符合電路圖要求；禁止用較小截面的導線作搭鐵線。

5）ECU正極必須直接接至電源正極，ECU供電不受整車開關控制 （具體參照原理篇整車電路圖8）。

6）電子油門踏板導線必須使用屏蔽線，屏蔽層搭鐵牢固。

7）線束布置不允許在排氣管側，要求走向順暢，盡量減少纏繞，同時應避開高溫區，可靠固定，并能防止磨損隱患；線束應作好防水、防油措施。

8）整車線束與發動機線束的連接須采用玉柴指定型號的插接件，所有插接件必須有防水、防油和防松措施。

9）布置發電機線束時，需保證發電機線束與發動機線束分開，避免電磁干擾。

10）整車線束和燃氣管路不能綁在一起，距離不小于100mm。

4.2.5 線束要求

1）線束可靠性要求 玉柴強調要保證整車線束可靠性，包括插接件、防水、防塵、防油污、防擦損等。設計時必須考慮到整車運行幾年后的老化、污損等情況；線束的走向必須避開高溫區。

2）主繼電器要求 玉柴強調主繼電器電流與線徑的要求，要降低線路損失，保證控制器工作電壓。

3）故障指示燈要求 故障指示燈 （采用發光二極管）正確接線。

4）空調開關 是選裝件，要求使用空調離合器控制開關，空調壓縮機離合器結合時，高電平輸入控制器。

5）中冷后進氣溫度 由于中冷后進氣溫度對氣體發動機爆震、氣耗、動力性影響較大，玉柴要求中冷后進氣溫度最高不能超過70℃ （中冷后進氣溫度與環境溫度的差值，即進氣溫升＜30℃）。

5 天然氣發動機的應用

天然氣發動機YC4G180N-30（G2C）天然氣（LNG）的電氣原理圖與原理篇圖8 ECI系統6M、6J、4G系統發動機整車電路圖相同。其技術要求如下。

1）電路圖上所有插接件視圖方向如原理篇圖4所示，特殊注明 （車輛接口Ⅰ、車輛接口Ⅱ）除外。

2）所有導線推薦使用薄皮導線，線徑按原理篇圖8中標注執行，若無該線徑導線，可選用大一型號線徑代替。導線耐熱溫度為-40～120℃。

3）雙絞線絞合度要求按原理篇圖8中標注執行，為防止電磁干擾，部分零件使用屏蔽線。屏蔽線屏蔽層無特殊要求，屏蔽層搭鐵牢固。

4）所有插接件要求有防水、防油、防松措施。

5）圖中所標插接件型號信息除特殊說明外，均指線束部分插接件。

6）車輛線束部分由汽車廠制作，玉柴根據配套協議提供電子油門踏板插接件，故障診斷接口插接件，車輛接口Ⅰ、車輛接口Ⅱ插接件給汽車廠。自動變速器與整車線束連接方式由汽車廠自行設計、采購，圖中所標型號僅供參考！

7）必須使蓄電池負極與底盤相連，并且電源負極、底盤、發動機機體必須通過編織銅帶連接，使電路形成回路。

特別說明：①該電路圖為與發動機配套的整車電路原理圖，僅適用于6M、6J、4G系列天然氣發動機。②ECU必須保持常通電狀態 （維修狀態除外），ECU電源正極線60A必須直接連接至電源正極（不能受整車電源開關控制），ECU電源負極線通過發動機機體、底盤與電源負極相連。整車電源開關必須裝在正極電路中，否則不能實現ECU常通電。③維修開關只在整車需要維修時使用，維修開關直接連接至電源正極。④故障指示燈可采用普通燈泡或發光二極管，若采用發光二極管，則必須串聯一個電阻不小于5kΩ的電阻。⑤由于發動機控制系統電流須通過發動機機體→底盤回流至電源負極，發動機底盤必須與負極相連，并且發動機機體必須與底盤良好接觸。

［1］玉柴天然氣發動機（ECI EPR系統）2010教程［Z］.