天然氣汽車原理培訓資料
1. 天然氣的組成：
天然氣的主要成分是甲烷，此外還含有不同數量的其他烴類（主要是c2~c4的烷烴以及少量更高階的烴類）、h2s、co2、水蒸氣、co、氮氣、氦氣、氬氣和其他微量氣體。從地下開採出的天然氣首先要經過處理才能通過管道輸送和使用。處理的目的主要是除去h2s、高沸點烴和水氣。
經處理後的天然氣甲烷含量在80%~99%之間，其次是乙烷和惰性氣體，另有少量的丙烷、丁烷和更高階的烴類。
2. 天然氣的特點：
(1) 沸點：天然氣沸點為-162度，所以，常溫常壓下為氣態，和空氣混合好，無須氣化，這是排放低的主要原因。但因為是氣態，故在進氣系統流通能力不變的情況下，氣缸充量減少，影響動力性。
(2) 天然氣的自燃點：
天然氣比汽油的300度～400度高200度以上，故應將點火提前角和點火能量加大，以保證破壞這種比汽油更穩定的分子結構.。
(3) 發熱量：按重量，ch4為50050 kj/kg，比汽油44000 kj/kg高；但按體積，天然氣在фa=1的標準狀態下可燃混和氣的熱值為3230 kj/m3，比汽油的3750 kj/m3低，故按氣態進入氣缸後，發熱較少，功率有所下降。
(4) 所需空氣量：燃燒一公斤天然氣需要17.4公斤空氣，比燒汽油需要更多的空氣，故燃燒cng後的空氣量應加大，否則功率會下降。
*理論空燃比：
燃燒的化學方程式—— cahb+xo2→aco2+b/2h2o
燃料完全燃燒並且只生成co2和h2o時的空燃比稱為理論空燃比，汽油約為14.7左右。
(5) 燃燒範圍：燃料與空氣的混合比，汽油為1.5~7.6% ,天然氣為5~15%,cng比汽油空燃比寬，易調整，所以效能比較穩定。
(6) 辛烷值: 天然氣為130.比汽油的70~90高很多,故不易爆震,可將壓縮比提高,這樣可使功率提高,如仍使用汽油機壓縮比,則功率要受影響。
*辛烷值:液體燃料的稀混合氣抗爆性規定用辛烷值表示。
*爆震：是點燃式發動機中的一種不正常燃燒，他發生在燃燒過程的後期。當火花塞點火後，隨著一次火焰在氣缸中的傳播，未燃部分的混合氣已燃氣體的壓縮和熱的傳導，溫度壓力急劇上公升，化學反應加強，形成較多的活動中心。
如果在一次火焰前鋒尚未到達之前，未燃部分區域性的溫度和壓力急劇公升高，這就是爆震現象。
(7) 火焰轉播速度慢,燃燒時間長(見下表):
所以改裝後應選用大一些的點火提前角和大的點火能量。
3、天然氣的優點：
（1）天然氣常態下為氣體，不需要精密的噴油裝置或霧化裝置，發動機構造相對簡單。
（2）能與空氣充分混合，各缸燃料分配均勻，發動機工作平穩。
（3）不存在潤滑油稀釋問題，可以使用黏度較低的潤滑油，減少因摩擦消耗的能量。
（4）有利於組織稀混合氣燃燒，提高燃料經濟性。
（5）辛烷值高，有利於通過提高壓縮比而提高熱效率。
（6）燃料系統密封，燃料的蒸發散失少，燃燒完全度較高，排放汙染少。
4、天然氣使用中的問題與對策：
（1）發動機功率下降問題
天然氣在混合氣中所佔體積較大，因而減少新鮮空氣進入缸的量，降低了充氣係數，再加上天然氣燃燒速度慢，導致發動機功率下降20%以上。一般用提高壓縮比與加大點火提前角來彌補。
（2）減短氣門壽命的問題
天然氣燃燒速度慢，且為氣態不能潤滑氣門，造成氣門（尤其是排氣門）使用壽命縮短。解決方法一般為加裝點火提前裝置，和改變氣門材料。
5、 對單點cng裝置效能情況的技術分析：
圖一圖二
圖三(1) 分析「放炮」原因: 「放炮」在專業上應稱為「回火」，其實質是進氣管道內的混合氣被不正確的點燃，突然**。從圖一可看出,單點雙燃料cng裝置由於採用在節氣門前混合，又加上發動機加長了進氣管流通長度（圖三）,因此混合氣的容積較大,造成進氣管道內儲存著大量的可燃混合氣,一旦有點燃條件即會發生回火,從圖二可看出汽油電噴發動機的噴射位置在進氣門口，所以即使被點燃也不會發生嚴重的回火現象。
（這就是多點裝置的最大改進點）
回火現象的誘發條件主要有以下四點:
分缸線火花塞老化,產生逃火缺火現象,二次點火點燃混合氣.(二次點火是現今電噴發動機採用的新點火技術,即發動機乙個缸每個衝程點兩次點火，所以電噴發動機更容易因兩次點火造成回火現象。其原理如下圖四所示)
除錯混合氣過稀,造成汽缸內有未點燃混合氣,在下一次作功前被點燃.通過開啟的進氣門與進氣管道混合氣一起爆燃。
進氣系統洩露,破壞進氣系統真空度,致使混合氣濃度過稀。
汽化器皮膜老化、靈敏度彈簧硬化造成急加速時反應滯後混合氣突然變稀。
啟動時直接使用cng,由於啟動時需要更大的點火能量，加上天然氣裝置供氣的滯後，造成燃燒室內有混合氣未點燃。
圖四(2) 分析氣耗高的原因:
a. 在電噴發動機的壓縮比、點火提前角、氣門重疊角、進氣量等基本設計係數未被修改的情況下，改裝第二代液化氣的發動機動力性、經濟性必然有所下降。
b. 從文丘里混合氣的設計原理來講，不可能都滿足發動機各工況非線性的混合氣要求。如圖五所示當發動機負荷增加（δph增加），混合器供給的混合氣成分是加濃，其中，在中小負荷範圍內混合氣的加濃程度更為強烈，而在大負荷範圍內只有輕微的加濃，這與簡單化油器特性及其相似。
顯然文丘里混合氣的混合特性不能滿足車用發動機穩定工況和非穩定工況的要求，特別是在中小負荷，因隨著負荷增大（δph增大）發動機要求的混合氣應變稀，而文丘里混合器卻使可燃混合氣變濃。
圖五c. 由於空濾器的設計本身只能滿足汽油的進氣量，且更換周期長，造成空氣進量不斷減少，混合氣逐漸變濃，氣耗上公升。
圖六6、 多點順序噴射原理介紹：
（1） 汽油電噴發動機噴油控制原理
根據燃燒化學方程式——cahb+xo2→aco2+b/2h2o可以計算出汽油的理論空燃比為14.7即ga(空氣質素)/gf（燃料質量）=14.7，空氣質素ga通過發動機空氣流量計測出，則可推算出基本噴射時間tp=ga/14.
7*k(常數對於特定的噴嘴來說)，於是實際噴射時間為：
t=tp*fc/tn
tn——噴油器無效噴射時間，當ecu輸出訊號驅動噴油器工作時，由於噴油器動作滯後，開閥時間to比關閥時間tc長，我們把（to-tc）的時間，即噴油嘴不噴油的時間稱為無效噴射時間
fc——基本噴射時間修正係數，它是考慮空燃比變化時的修正係數，它與下列中的各項有關：
fc=g（fet，fad，fo，f1，fm）
fet——與發動機溫度有關的修正係數；
fad——加減速運轉時的修正係數；
fo——理論空燃比反饋修正係數；
f1——學習控制產生的修正係數
fm——大負荷，高轉速運轉時的修正係數。
圖七（2） 天然氣多點噴射發動機控制原理：
首先，天然氣多點噴射系統的基本資料直接取自於汽油發動機的實際噴射時間t，然後在此基礎上根據天然氣的理論空燃比17.4計算出天然氣的基本噴射時間ttp=tp*17.4/14.
7，最後根據水溫與發動機真空稍作修正計算出實際噴射時間。
圖八7、 單點混合氣與多點順序噴射裝置的優缺點比較
（1） 單點裝置**便宜，安裝工藝簡單。
（2） 單點裝置開環除錯後，由於在混合氣常稀狀態下工作，所以氣耗較低。
（3） 由於單點裝置簡單，維修工藝簡單，維修費用低。
（4） 多點徹底避免回火現象，動力與經濟性分配更合理。
（5） 多點裝置能根據不同工況匹配脈譜圖，排放達到國家標準。
（6） 多點裝置使用效能穩定，不需要經常除錯。
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