國產491汽油機改制成天然氣發動機的分析

張勇　楊宏聲

摘 要：隨著我國燃氣汽車技術不斷發展，將汽油機改為天然氣發動機的需求越來越大。文章對發動機結構設計、天然氣和汽油的區別、項目意義等作了分析，供相關人員參考。

關鍵詞：汽油機；技術改造；天然氣發動機；性能

1 工作原理

該系統如圖1所示，在電動機和天然氣發動機之間裝有聯軸器。當聯軸器閉合后，由天然氣發動機驅動壓縮機進行制冷。

天然氣制冷有許多方面的好處：（1）污染物排放量最低。對于單位制冷量，天然氣空調所產生的污染物是汽油發動機設備的一半左右。天然氣發動機空調的二氧化碳減少60%，尾氣中幾乎不含有氮氧化合物。（2）而且還可解決天然氣在夏季過剩的問題。（3）效率高，天然氣發動機總效率可達到80%。

2 發動機結構設計

（1）減壓器將高壓氣體減壓到大約高于進氣歧管壓力100KPa的壓力。然后CNG經過低壓氣體濾清器并進入氣軌。燃氣再通過氣軌分配到噴嘴。根據發動機的負荷，噴嘴在發動機的進氣門處噴入所需的燃氣量。（2）BJ491天然氣發動機是在BJ491EQ3的基礎上改制的電控單燃料發動機，所以汽油機的油軌、油嘴等不再需要。這樣原來發動機上的油路將空，所以天然氣的發動機將原來的油路改為氣路，將油嘴去掉，安裝燃氣噴嘴。從新設計的氣軌，通過ECU的控制， 定時、定量的向燃氣系統中噴氣。（3）原來的噴嘴是通過螺紋固定在進氣歧管的下體，現采用過盈配合的方法，將氣嘴固定在進氣歧管下體。（4）本發動機用于空調機組，所以原發動機的暖風水管將不再需要。另外壓縮天然氣經過減壓器后，需要吸收熱量，否則會冷凝結冰，所以需要對天然氣進行加熱，正好借用暖風管路。（5）原來的發動機是車用機，所以改制后防盜、空調、電子扇等功能都不需要，所以電腦板需要刷新程序，線束也重新設計。（6）BJ491K型機主要用于空調機組，不需要離合器，直接用皮帶能硬性連接，這樣重新設計止口，但是離合器的安裝孔位都留下，這樣便于試車后，不用拆下飛輪。

3 開發過程中解決的問題

（1）原發動機的性能參數如下：額定功率/轉速：75kW/4500r；最大扭矩/轉速：190N。m/2500r/min；怠速轉速：800r/min。由于功率范圍下降較多，所以節氣門轉過角度很小的時候，就達到了功率要求，這樣對于用戶來講，油門調節的角度范圍狹窄，不易于調節。為了節約開發成本和難度，不希望對節氣門進行改造，所以在節氣門的后面加裝一個限流板，對進氣流量進行控制，而滿足用戶便于調節的要求。（2）在發動機斷電的情況下，由于斷氣，燃氣管路中出現負壓，小批試裝的時候，發現橡膠管有吸癟現象。將橡膠管進行改制，中間層加膠線，硬度進行提高，問題得到解決。

4 項目意義

4.1 節約社會能源，提高經濟效益

我國汽車數量以1000萬輛/年以上的速度遞增，對汽油資源需求量大增，我國每年需要進口大量原油、成品油和LPG。使用燃氣汽車可優化汽柴油的格局，既緩解了汽油供應緊張的問題又滿足交通事業發展的需要。CNG的經濟性取決于天然氣的熱值和價格。由于政府扶持，天然氣價格優勢明顯。至于熱值與其組分有關，不同產地的天然氣因其組分不同，熱值略有不同，我國國產天然氣高位發熱量（20℃，101.325KPa）普遍可達37MJ/m3。

以93號汽油為例，其熱值為32.74MJ/L，從熱值上看，1立方米天然氣相當于1.13L汽油。以2014年8月天然氣和汽油普遍市場價格計算，1立方米CNG售價3.35元，1L汽油價格7.80元，1.13L為8.81元，兩者的價格比為1.0：2.6。假如1輛車每天消耗20.5L汽油，改用CNG后，每天節省90元、一年空調車按運行100天計算，年節約費用9000元，經濟效益十分明顯。同時天然氣燃燒干凈，氣缸積炭少，事故少，減少了維修費用。

4.2 提高排放、綠色環保

天然氣主要成份是甲烷，作為車用燃料，比起石油或目前普遍推廣的LPG更加容易充分燃燒，產生的一氧化碳和碳氫排放量比汽油低50-90%，二氧化碳低20-30%，硫等顆粒物排放幾乎為零，是一種十分理想的低污染燃料，對改善城市空氣質量更有成效。

4.3 項目較具市場前景

CNG天然氣燃料電控發動機可作為城市大巴空調機組，具有較大的市場潛力。按照年產8000臺的產量計算，每年可獲得1700萬的利潤。

5 結束語

利用天然氣發動機的關鍵技術和配件，把某些性能優良的中小功率國產汽油機改制成天然氣發動機，可以解決國內目前天然氣發動機不足。改制的天然氣發動機性能穩定，工作可靠。經濟效益顯著，對合理利用我國寶貴的天然氣資源，減少環境污染，降低石油對外依賴程度具有重要意義。

參考文獻

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