第十二章其他类型车用发动机 教学提要 目的与要求：1.掌握常用的几种代用燃料的特性 2.掌握压缩天然气汽车发动机性能特点 3.掌握液化石油汽汽车发动机性能特点 4.掌握电动汽车结构特点 内容：1.压缩天然气汽车及液化石油汽汽车 2.电动汽车 方法：理论联系实际案例式、启发式教学 时间：4学时 地，点：多媒体专业教室 器材保障：压缩天然气汽车发动机教具模型 液化石油汽汽车发动机教具模型 电动汽车模型教具
1 第十二章 其他类型车用发动机 教学提要 目的与要求：1．掌握常用的几种代用燃料的特性 2．掌握压缩天然气汽车发动机性能特点 3. 掌握液化石油汽汽车发动机性能特点 4．掌握电动汽车结构特点 内容：1．压缩天然气汽车及液化石油汽汽车 2．电动汽车 方法：理论联系实际案例式、启发式教学 时间：4 学时 地点：多媒体专业教室 器材保障：压缩天然气汽车发动机教具模型 液化石油汽汽车发动机教具模型 电动汽车模型教具
教学进程 教学环节设计 车用发动机大部分是汽油机和柴油机，即前 面介绍的内容。但是从解决能源短缺、环境污染 和生态失衡等问题，发展起来了其它类型动力机 械。近些年来，人们一直在研究混合动力汽车、 电动汽车和代用燃料汽车。本章主要介绍压缩天 然气汽车、液化石油气汽车及电动汽车。 第一节压缩天然气汽车及液化石油里幸课摩· konr12_01_01.htm 气汽车 Kenr 12_01_13.htm 一、概述 以压缩天然气和液化石油气为燃料的汽车 分别称为压缩天然气汽车(CNGV)和液化石油气 汽车(LPGV)。天然气是从天然气田直接开采出来 的，其主要成分是甲烷，极难液化。因此，目前 大都将其压缩到20MPa的高压，充入车用气瓶中 储存和供汽车使用，即所谓的压缩天然气(CNG) 石油气是石油催化裂化过程和油田伴生气回收 轻烃过程中的产品。石油气在常温下加压到 1.6MPa即可液化而成液化石油气(LPG)。从油田
2 教 学 进 程 教学环节设计 车用发动机大部分是汽油机和柴油机, 即前 面介绍的内容。但是从解决能源短缺、环境污染 和生态失衡等问题，发展起来了其它类型动力机 械。近些年来，人们一直在研究混合动力汽车、 电动汽车和代用燃料汽车。本章主要介绍压缩天 然气汽车、液化石油气汽车及电动汽车。 第一节 压缩天然气汽车及液化石油 气汽车 一、概述 以压缩天然气和液化石油气为燃料的汽车， 分别称为压缩天然气汽车(CNGV)和液化石油气 汽车(LPGV)。天然气是从天然气田直接开采出来 的，其主要成分是甲烷，极难液化。因此，目前 大都将其压缩到 20MPa 的高压，充入车用气瓶中 储存和供汽车使用，即所谓的压缩天然气(CNG)。 石油气是石油催化裂化过程和油田伴生气回收 轻烃过程中的产品。石油气在常温下加压到 1.6MPa 即可液化而成液化石油气(LPG)。从油田 配套课件： kcnr12_01_01.htm— Kcnr12_01_13.htm
气制得的LPG,其主要成分为丙烷、丁烷和少量 的乙烷和戊烷，不含稀烃，适于作车用燃料。从 炼油厂得到的LPG,除含丙烷、丁烷外，还含有 较多的烯烃，不宜作车用燃料。因为烯径在常温 下化学安定性差，在储运过程中容易生成胶质， 燃烧后容易积炭。 天然气、液化石油气及若干其他燃料的理化 性质 CNG和LPG的主要优点有： 代用燃料车性能的 1)天然气和液化石油气在常温下为气态，容 优缺点 易与空气混合形成均匀的可燃混合气，燃烧完 全，可以大幅度减少CO、HC和微粒的排放。 外，天然气和液化石油气的火焰温度低，因此 NOx的排放量也相应减少。 2)天然气辛烷值高达130，液化石油气的辛 烷值也在100左右，因此，燃用天然气或液化石 油气可提高发动机的压缩比，从而获得较高的发 动机热效率。 3)冷起动性和低温运转性能良好，在暖机期
3 气制得的 LPG，其主要成分为丙烷、丁烷和少量 的乙烷和戊烷，不含稀烃，适于作车用燃料。从 炼油厂得到的 LPG，除含丙烷、丁烷外，还含有 较多的烯烃，不宜作车用燃料。因为烯径在常温 下化学安定性差，在储运过程中容易生成胶质， 燃烧后容易积炭。 天然气、液化石油气及若干其他燃料的理化 性质 CNG 和 LPG 的主要优点有： 1)天然气和液化石油气在常温下为气态，容 易与空气混合形成均匀的可燃混合气，燃烧完 全，可以大幅度减少 CO、HC 和微粒的排放。另 外，天然气和液化石油气的火焰温度低，因此 NOx 的排放量也相应减少。 2)天然气辛烷值高达 130，液化石油气的辛 烷值也在 100 左右，因此，燃用天然气或液化石 油气可提高发动机的压缩比，从而获得较高的发 动机热效率。 3)冷起动性和低温运转性能良好，在暖机期 代用燃料车性能的 优缺点
间无需加浓混合气。 4)燃烧界限宽，稀燃特性优越。燃烧稀混合 气，可以减少NOx的生成和改善燃料经济性。 5)不稀释润滑油，可以延长润滑油更换周期 和发动机使用寿命。 LNG和LPG的缺点是： 1)因为天然气在常温、常压下是气体，所以 其储运性能差。目前广泛采用将压缩天然气充入 车用气瓶内储运的办法，这些气瓶既增加了汽车 自重，又减少了载货空间。虽然可以通过深冷液 化技术制成液化天然气LNG),但技术复杂，生 产成本高。 2)一次充气的续驶里程短。 3)CNG或LPG均呈气态进入气缸，使发动 机充量系数降低：另外，与汽油或柴油相比，CNG 或LPG的理论混合气热值小，因此，燃用CNG 或LPG将使发动机功率下降。 切入点：结构与功 能相适应
4 间无需加浓混合气。 4)燃烧界限宽，稀燃特性优越。燃烧稀混合 气，可以减少 NOx 的生成和改善燃料经济性。 5)不稀释润滑油，可以延长润滑油更换周期 和发动机使用寿命。 LNG 和 LPG 的缺点是： 1)因为天然气在常温、常压下是气体，所以 其储运性能差。目前广泛采用将压缩天然气充入 车用气瓶内储运的办法，这些气瓶既增加了汽车 自重，又减少了载货空间。虽然可以通过深冷液 化技术制成液化天然气(LNG)，但技术复杂，生 产成本高。 2)一次充气的续驶里程短。 3)CNG 或 LPG 均呈气态进入气缸，使发动 机充量系数降低；另外，与汽油或柴油相比，CNG 或 LPG 的理论混合气热值小，因此，燃用 CNG 或 LPG 将使发动机功率下降。 切入点：结构与功 能相适应
二、两用燃料发动机 此内容应结合典型 车型案例分析 (一)汽油/CNG两用燃料发动机 将汽油机改装为汽油/CNG两用燃料发动机 之后，当燃用天然气时，发动机的功率和转矩都 会明显下降。有研究表明，适当提高改装机的压 缩比不仅可以减小功率损失还能改善发动机的 燃料经济性。 1.CNG供给系统组成及工作原理 目前，汽油/CNG两用燃料发动机的CNG供 给系统有多种类型。国产CYTZ-l00型CNG供 给系统是采用步进电机伺服阀和比例调节式混 合器的闭环控制系统。 车用气瓶的容量为50L,压力为20MPa,通 过安装在每个气瓶上的连通阀及高压管路将数 个气瓶连通。当驾驶人将汽油/CNG转换开关25 置于气”位置时，电控单元(ECU)24向CNG电磁 阀10通电，电磁阀开启。车用气瓶6内的CNG 经充气阀7、过滤器8、手动截止阀9和电磁阀 进入减压调节器14。CNG在减压调节器内降压， 低压的天然气经步进电机15控制的低压通道进
5 二、两用燃料发动机 (一)汽油/CNG 两用燃料发动机 将汽油机改装为汽油/CNG 两用燃料发动机 之后，当燃用天然气时，发动机的功率和转矩都 会明显下降。有研究表明，适当提高改装机的压 缩比不仅可以减小功率损失还能改善发动机的 燃料经济性。 1.CNG 供给系统组成及工作原理 目前，汽油/CNG 两用燃料发动机的 CNG 供 给系统有多种类型。国产 CYTZ-100 型 CNG 供 给系统是采用步进电机伺服阀和比例调节式混 合器的闭环控制系统。 车用气瓶的容量为 50L，压力为 20MPa，通 过安装在每个气瓶上的连通阀及高压管路将数 个气瓶连通。当驾驶人将汽油/CNG 转换开关 25 置于“气”位置时，电控单元(ECU)24 向 CNG 电磁 阀 10 通电，电磁阀开启。车用气瓶 6 内的 CNG 经充气阀 7、过滤器 8、手动截止阀 9 和电磁阀 进入减压调节器 14。CNG 在减压调节器内降压， 低压的天然气经步进电机 15 控制的低压通道进 此内容应结合典型 车型案例分析
入混合器16。在混合器中天然气与空气混合后进 入气缸。ECU根据氧传感器21和发动机转速传 感器20的信号，通过调节步进电机伺服阀的行 程来改变减压调节器至混合器之间的低压通道 通过面积，以控制天然气的流量。 2.减压调节器 由于气瓶内的CNG压力随着燃料的消耗不 断变化，因此要想保持稳定的天然气与空气的混 合比例，需安装减压调节器。减压调节器可以保 证在气瓶内的压力发生变化时进入混合器的天 然气压力基本恒定。减压调节器将气瓶内CNG 的压力由20MPa降至常压一般要经过三级减压， CYTZ-100型三级减压调节器的结构。 减压调节器工作原理：当发动机不工作或不 燃用CNG,即没有CNG进入减压调节器时， 级阀口、二级阀口和三级阀口均处于常开状态。 当发动机工作时，CNG经进气口进入减压调节 器，并通过一级阀芯和密封片之间的一级阀口进 入减压调节器A腔，进行一级减压，压力由 20MPa降至0.8MPa左右。若压力超过0.8MPa, 6
6 入混合器 16。在混合器中天然气与空气混合后进 入气缸。ECU 根据氧传感器 21 和发动机转速传 感器 20 的信号，通过调节步进电机伺服阀的行 程来改变减压调节器至混合器之间的低压通道 通过面积，以控制天然气的流量。 2.减压调节器 由于气瓶内的 CNG 压力随着燃料的消耗不 断变化，因此要想保持稳定的天然气与空气的混 合比例，需安装减压调节器。减压调节器可以保 证在气瓶内的压力发生变化时进入混合器的天 然气压力基本恒定。减压调节器将气瓶内 CNG 的压力由 20MPa 降至常压一般要经过三级减压。 CYTZ-100 型三级减压调节器的结构。 减压调节器工作原理：当发动机不工作或不 燃用 CNG，即没有 CNG 进入减压调节器时，一 级阀口、二级阀口和三级阀口均处于常开状态。 当发动机工作时，CNG 经进气口进入减压调节 器，并通过一级阀芯和密封片之间的一级阀口进 入减压调节器 A 腔，进行一级减压，压力由 20MPa 降至 0.8MPa 左右。若压力超过 0.8MPa
则一级膜片在CNG的压力作用下克服主弹簧的 预压力而向上弯曲，并带动一级阀芯向上将一级 阀口关闭。A腔内的CNG经二级阀口进入B 腔，进行二级减压，压力降至0.02kPa。随着CNG 进入B腔，A腔内的压力逐渐降低，若压力低 于O.8MPa,则一级膜片在主弹簧预压力的作用下 向下弯曲，并带动一级阀芯向下使一级阀口开 启。进入B腔的CNG经三级阀口进入C腔，进 行三级减压，压力降至3.OMPa,然后经步进电机 伺服阀进入混合器。若B腔内的CNG压力超过 0.02MPa,则CNG压力经通气孔作用到二级膜 片，使其向上压缩二级弹簧，同时压迫二级顶杆 将二级阀口关闭。若由于B腔内的CNG不断流 入C腔而使B腔内的压力下降至0.02MPa以 下时，则二级膜片在二级弹簧的作用下放松二级 顶杆及二级阀片将二级阀口开启。 减压调节器上装有一级调压螺栓和三级调 压螺栓，分别用来调节一级减压压力和三级减压 压力。CNG流过减压调节器时，压力大幅度降低， 温度也随之急剧下降，CNG中的水分可能结冰 造成阀口和管道堵塞。因此，减压调节器设有加 >
7 则一级膜片在 CNG 的压力作用下克服主弹簧的 预压力而向上弯曲，并带动一级阀芯向上将一级 阀口关闭。 A 腔内的 CNG 经二级阀口进入 B 腔，进行二级减压，压力降至 0.02kPa。随着 CNG 进入 B 腔， A 腔内的压力逐渐降低，若压力低 于 0.8MPa，则一级膜片在主弹簧预压力的作用下 向下弯曲，并带动一级阀芯向下使一级阀口开 启。进入 B 腔的 CNG 经三级阀口进入 C 腔，进 行三级减压，压力降至 3.0MPa，然后经步进电机 伺服阀进入混合器。若 B 腔内的 CNG 压力超过 0.02MPa， 则 CNG 压力经通气孔作用到二级膜 片，使其向上压缩二级弹簧，同时压迫二级顶杆 将二级阀口关闭。若由于 B 腔内的 CNG 不断流 入 C 腔而使 B 腔内的压力下降至 0.02MPa 以 下时，则二级膜片在二级弹簧的作用下放松二级 顶杆及二级阀片将二级阀口开启。 减压调节器上装有一级调压螺栓和三级调 压螺栓，分别用来调节一级减压压力和三级减压 压力。CNG 流过减压调节器时，压力大幅度降低， 温度也随之急剧下降，CNG 中的水分可能结冰， 造成阀口和管道堵塞。因此，减压调节器设有加
热用循环水套，利用发动机的冷却液对CNG加 热，以防止其减压后温度降至冰点以下。 车用气瓶的容量为50L,压力为20MPa,通 过安装在每个气瓶上的连通阀及高压管路将数 个气瓶连通。当驾驶人将汽油/CNG转换开关置 于“气”位置时，电控单元(ECU)向CNG电磁阀通 电，电磁阀开启。车用气瓶内的CNG经充气阀 过滤器、手动截止阀和电磁阀进入减压调节器。 CNG在减压调节器内降压，低压的天然气经步进 电机控制的低压通道进入混合器。在混合器中天 然气与空气混合后进入气缸。ECU根据氧传感器 和发动机转速传感器的信号，通过调节步进电机 伺服阀的行程来改变减压调节器至混合器之间 的低压通道通过面积，以控制天然气的流量。 3.比例调节式混合器 混合器的作用是将空气和天然气按一定比 例混合，形成一定浓度的可燃混合气。比例调节 式混合器的工作原理是利用进气管真空度同 控制空气和天然气通道的通过面积，以控制混合 气的空燃比
8 热用循环水套，利用发动机的冷却液对 CNG 加 热，以防止其减压后温度降至冰点以下。 车用气瓶的容量为 50L，压力为 20MPa，通 过安装在每个气瓶上的连通阀及高压管路将数 个气瓶连通。当驾驶人将汽油/CNG 转换开关置 于“气”位置时，电控单元(ECU)向 CNG 电磁阀通 电，电磁阀开启。车用气瓶内的 CNG 经充气阀、 过滤器、手动截止阀和电磁阀进入减压调节器。 CNG 在减压调节器内降压，低压的天然气经步进 电机控制的低压通道进入混合器。在混合器中天 然气与空气混合后进入气缸。ECU 根据氧传感器 和发动机转速传感器的信号，通过调节步进电机 伺服阀的行程来改变减压调节器至混合器之间 的低压通道通过面积，以控制天然气的流量。 3.比例调节式混合器 混合器的作用是将空气和天然气按一定比 例混合，形成一定浓度的可燃混合气。比例调节 式混合器的工作原理是利用进气管真空度同时 控制空气和天然气通道的通过面积，以控制混合 气的空燃比
混合器安装在化油器的进气口上。混合器的 C腔经化油器与进气歧管连通，A腔与发动机的 空气滤清器相连，D腔则通天然气低压通道，膜 片室B通过气孔与C腔相通。当发动机工作 时，进气管真空度传至C腔，并通过气孔传入 膜片室B,使膜片室产生真空。由于A腔接近 于大气压力，因此膜片在A腔与膜片室的压力 差作用下，克服膜片自身的重力和弹簧的弹簧力 向上弯曲，打开天然气阀口和空气入口，使天然 气和空气进入C腔并在其中混合后进入发动 机。在发动机工作期间，膜片将随着进气管真空 度的变化而上下运动，天然气阀口和空气入口的 开度也就随之变化。当发动机停机时，A腔、C腔 和膜片室B均为大气压力，膜片在其自身的重 力和弹簧力的共同作用下，向下弯曲并将天然气 阀口和空气入口关闭。 4.手动截止阀 我国汽车行业标准QC/T245-1998规定天然 气汽车应安装手动截止阀，当CNGV在充气、修 理或入库停车时，用其截断气瓶到减压调节器之 9
9 混合器安装在化油器的进气口上。混合器的 C 腔经化油器与进气歧管连通，A 腔与发动机的 空气滤清器相连，D 腔则通天然气低压通道，膜 片室 B 通过气孔与 C 腔相通。当发动机工作 时，进气管真空度传至 C 腔，并通过气孔传入 膜片室 B，使膜片室产生真空。由于 A 腔接近 于大气压力，因此膜片在 A 腔与膜片室的压力 差作用下，克服膜片自身的重力和弹簧的弹簧力 向上弯曲，打开天然气阀口和空气入口，使天然 气和空气进入 C 腔并在其中混合后进入发动 机。在发动机工作期间，膜片将随着进气管真空 度的变化而上下运动，天然气阀口和空气入口的 开度也就随之变化。当发动机停机时，A 腔、C 腔 和膜片室 B 均为大气压力，膜片在其自身的重 力和弹簧力的共同作用下，向下弯曲并将天然气 阀口和空气入口关闭。 4.手动截止阀 我国汽车行业标准 QC/T 245-1998 规定天然 气汽车应安装手动截止阀，当 CNGV 在充气、修 理或入库停车时，用其截断气瓶到减压调节器之
间的CNG通路。 在截止阀阀体内装有柱阀，柱阀左端面嵌有 密封垫，弹簧的预压力作用在柱阀的右端，保持 柱阀常开，CNG从气瓶经柱阀流出截止阀。当转 动手轮时，心轴向左压迫膜片并推动柱阀左移压 在阀座上，使截止阀关闭。膜片由薄钢片或黄铜 片制造，其作用是防止CNG通过心轴向外泄漏 在心轴上接一个加长轴，目的是为了把手轮装入 驾驶室，以便驾驶人能在驾驶室内操纵截止阀的 开闭。 5.汽油/CNG转换开关 汽油/CNG转换开关有三个位置，当转换开 关置于"油"位置时，接通电动汽油泵电路，同时 切断CNG电磁阀电路：当转换开关置于"气"位 置时，接通CNG电磁阀电路，同时切断电动汽 油泵电路；转换开关置于"中间"位置时，不接通 两者之中任何一个电路。 (二)汽油/儿PG两用燃料发动机 1.LPG供给系统组成及工作原理 典型车型（部分公 交)的案例分析
10 间的 CNG 通路。 在截止阀阀体内装有柱阀，柱阀左端面嵌有 密封垫，弹簧的预压力作用在柱阀的右端，保持 柱阀常开，CNG 从气瓶经柱阀流出截止阀。当转 动手轮时，心轴向左压迫膜片并推动柱阀左移压 在阀座上，使截止阀关闭。膜片由薄钢片或黄铜 片制造，其作用是防止 CNG 通过心轴向外泄漏。 在心轴上接一个加长轴，目的是为了把手轮装入 驾驶室，以便驾驶人能在驾驶室内操纵截止阀的 开闭。 5.汽油/CNG 转换开关 汽油/CNG 转换开关有三个位置，当转换开 关置于"油"位置时，接通电动汽油泵电路，同时 切断 CNG 电磁阀电路；当转换开关置于"气"位 置时，接通 CNG 电磁阀电路，同时切断电动汽 油泵电路；转换开关置于"中间"位置时，不接通 两者之中任何一个电路。 (二)汽油/LPG 两用燃料发动机 1.LPG 供给系统组成及工作原理 典型车型（部分公 交）的案例分析