摘要：本文介绍玉柴YC6J210N-40 CNG发动机的工作原理、燃料供给系统、点火系统和发动机电控系统；阐述海格公交客车混联式混合动力系统的组成和工作模式。
    基于提高汽车的经济性，特别是基于环境保护之考虑，作为城市公共交通主要承载工具的公交客车越来越多地采用了燃气（压缩天然气CNGCompressed Natural Gas或液化天然气LNGLiquefied Natural Gas）发动机，而配套柴油机的比例呈迅速下降趋势；另外，自2009年开始，随着国家节能与新能源汽车示范推广财政补助资金的落实，气电混合动力公交客车在国内许多城市已示范运行。本文以苏州金龙海格KLQ6109GCHEV 1A公交客车为例，详细介绍其安装的玉柴YC6J210N-40天然气发动机及海格新能源混联式气电混合动力系统。

    1 玉柴YC6J21ON-40 CNG发动机
    海格KLQ6109GCHEV 1A公交客车安装的发动机为玉柴YC6J210N-40单一燃料CNG发动机，其主要参数见表1。

    CNG发动机工作原理：来自于天然气储气瓶的高压（3～20 MPa）天然气，通过滤清器过滤后，进入高压减压器。高压天然气在高压减压器中被降压为低压天然气（0.60.9 MPa），然后进入电控调压器EPR（Electronic Pressure RegulatorValve），电控调压器对燃气的供给量进行精确控制，经过计量的天然气进入混合器，在混合器中与空气混合成为可燃混合气，并经过电子节气门调节后被吸入气缸；发动机ECU控制点火系统点火，使可燃混合气燃烧；宽域氧传感器UEGO （Universal Exhaust GasOxygen Sensor）实时监测废气中氧的含量，发动机ECU根据氧传感器反馈的信息，按控制MAP图及时修正天然气喷射量，实现对可燃混合气目标空燃比（非理论空燃比）的闭环控制。
    1.1燃料供给系统
    CNG发动机的燃料供给系统主要由天然气储气瓶、充气面板、天然气滤清器、高压减压器、低压切断电磁阀、电控调压器、混合器和电子节气门等组成，如图1所示。

    1）气瓶单个气瓶的容积为120L，共5个，总容积为600L，续航里程近300 km，气瓶安装在客车的顶部（用户也可以选择安装在车辆的侧部或底部）。使用中应确保管路密封与可靠固定。
    2）高压减压器高压减压器的作用是将来自于气瓶的高压天然气（3～20 MPa）经滤清器过滤后，减压为低压天然气（0.6～0.9 MPa）。高压减压器通过2根冷却液管与发动机的冷却系管路连接，以避免天然气在高压减压器中因压力突然减小而大量吸热，产生结冰（甚至冻裂）的现象。
    3）低压切断电磁阀低压切断电磁阀由发动机ECU控制，用于及时切断或恢复对发动机的天然气供给（在发动机不工作时，低压电磁阀切断对发动机的天然气供给。
    4）电控调压器（EPR）电控调压器由内置微处理器和大功率高速电磁阀组成，用于精确控制燃气的供给量。发动机工作时，微处理器根据发动机的工况将经过高压减压器后的天然气压力调整到设定的压力，以控制进入发动机的天然气量，并可在规定范围内闭环控制天然气压力，使发动机在目标空燃比下运行。电控调压器与发动机ECU之间通过CAN数据总线通信。
    5）混合器混合器为机械式，利用了文丘里效应（与化油器的原理类似），用于将天然气和增压中冷后的空气充分混合，使天然气燃烧充分、柔和，并有效降低NOx的排放和排气温度。
    6）电子节气门电子节气门用于控制进入气缸的可燃混合气量，从而控制发动机的转速和负荷。驾驶员通过加速踏板位置传感器将动力需求信号传送给发动机ECU，发动机ECU接收到该信号后，根据发动机工况控制节气门开度，从而控制发动机的转矩输出。
    电子节气门的结构和工作原理与电控汽油机类似，共有6个接线端子，其中2个端子与节气门电动机连接，其余4个端子与节气门位置传感器连接。
    1.2点火系统
    玉柴YC6J210N-40 CNG发动机采用单缸独立高能点火系统，点火电压最高可达40 kV。发动机ECU根据发动机的转速和负荷精确控制点火时刻，有效控制排放；同时精确控制点火线圈的通电时间，以确保有效的点火能量。
    由于天然气热值高，燃烧产生的热量大，加之发动机的压缩比大，因此，对于CNG发动机，火花塞必须满足耐热范围广、耐腐蚀性强、跳火间隙小的特点，玉柴使用的火花塞为NGK公司的铂金或铱金两种火花塞。NGK铂金火花塞（型号：PFR7B-D）的电极标准间隙为0.33±0.05 mm，铱金火花塞（型号：BKR6EIX）的电极标准间隙为0.45±0.05 mm火花塞使用寿命一般为60 000～80 000 km。
    1.3发动机电控系统
    YC6J210N-40 CNG发动机安装了美国E-controls的电控系统，发动机ECU对燃气供给系统进行控制并对点火系统、增压系统等进行综合控制。CNG发动机电控系统的电路图如图2所示。

    发动机电控系统采用的传感器包括：①凸轮轴位置传感器，为带屏蔽线的磁电式，可同时起到判缸、计算曲轴转角及曲轴转速的综合作用；在室温下凸轮轴位置传感器线圈的电阻为540±80Ω。②大气环境传感器，安装在空气滤清器和增压器之间的空气管路上，内部集成了湿度、温度及压力传感器；其功用是测量大气的压力、温度和湿度；大气环境传感器与发动机ECU之间用CAN数据总线传递信息。③2个天然气温度传感器，都为负温度系数，分别测量电控调压器出口处和高压减压器出口处天然气的温度。④冷却液温度传感器，为负温度系数。⑤节气门前进气压力传感器，用于测量进入混合器空气的压力。⑥节气门后进气压力传感器，用于测量进入节气门后混合气的压力。⑦节气门后进气温度传感器，为负温度系数，测量节气门后混合气的进气温度。⑧节气门位置传感器，为双信号式，实时监测节气门的开度。⑨加速踏板位置传感器，实时监测加速踏板的位置及提供怠速触点信号。⑩宽带氧传感器，可用于检测稀混合气，实时检测尾气中氧的含量，发动机ECU利用该信号，通过对电控调压器的控制，修正天然气的供给量，实现对目标空燃比的闭环控制。
    采用的执行器主要包括：电控调压器（EPR），低压切断电磁阀、旁通控制电磁阀（用于限制最大增压压力）、节气门电机、点火线圈及继电器等。

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