出處來源：http://www.carnews.com.tw/1car/1car.asp

一、CNG引擎之控制策略
目前世界上使用天然氣作為燃料的車種，其引擎有兩種不同的控制策略，一為採用當量(Stoichiometric)燃燒，也就是在最佳化學當量條件下，空氣與燃料以最適當的重量或體積混合比混合，進入引擎燃燒室中燃燒；另一種為稀薄(Lean Burn)燃燒，也就是供給的燃料量低於當量所需的範圍。北美地區的CNG引擎製造廠皆是採用後者作為主要之燃燒策略，本文將針對稀薄燃燒的控制模式進行探討。以下就稀薄燃燒的特性逐一說明：
(1) 可燃範圍廣：在燃燒室中，相對於當量±35%範圍混合氣均可以被點燃，因此將此應用在稀薄燃燒系統中。
(2) 污染值最低：將燃油的比例控制在稀薄燃燒的範圍，其所對應產生的廢氣曲線(如圖1所示)正好是座落在HC曲線末端，CO、NOx顯示最低的區域，因此所產生的CO、NOx十分有限，而在HC中(THC)，高達80%～90%屬於甲烷類碳氫化合物，因此實際列入管制的非甲烷類碳氫化合物(NMHC)之值將會更低。
(3) 加裝渦輪增壓：為因應稀薄燃燒所造成的馬力損失，採用稀薄燃燒的CNG引擎均於進氣歧管前加裝渦輪增壓器，以增加進氣壓力，提高引擎的輸出馬力。
(4) 燃燒範圍的控制：稀薄燃燒的範圍大約是在λ=1.1～1.35的範圍，依照不同的行車模式進行變化，如果在燃料的控制上不得當，也就是燃料供應不足所需求量的5%以上，將造成熄火；而在高負載下，配合渦輪增壓功效，若燃料供應超過需求量10%以上，活塞十分容易熔毀，因此燃料量的控制技術在稀薄燃燒的應用上是十分重要的一環。
(5) 使用燃料較節省：由於使用稀薄燃燒技術，故燃料供應量較低，比當量燃燒方式，一段里程行駛下來，燃料的消耗量低，因此在同樣條件下之續航力亦較為高。
以本中心此次承接「台北市天然氣公車示範計畫」中所租用引進之Blue Bird(配備John Deere 8.1L CNG Engine)和Daewoo(配備DE12Gi 11L CNG Engine)之CNG公車為例(如圖2、3所示)，其引擎皆採用稀薄(Lean Burn)燃燒策略，引擎的空氣燃氣當量比約在1.1～1.35左右，但是因為此比值係針對甲烷，因此因應不同的天然氣品，亦有不同的補償值，如表1所示。然而不論引擎是採用稀薄燃燒控制策略或是當量燃燒的控制策略，其引擎燃燒室、活塞頂部及燃料系統本身並無差異(渦輪增壓器除外)，所差別者僅在於供氣量大小及控制方式。
與一般的CNG引擎相當，稀薄燃燒 CNG引擎的作法係將空氣與燃氣進行充份混合後，再進入燃燒室中燃燒。因此須有節氣門(Throttle)、混合器(Mixture)、壓力調節器(Regulator)結合燃氣噴嘴(或文氏管)等裝置。而燃燒產生的廢氣以含氧感知器進行偵測，以了解實際排放的結果，來提供回饋訊號給引擎的電子控制單元(ECU)進行判斷與修正。因為天然氣本身可燃範圍廣(9.5～11.1體積比)，因此ECU所控制的燃料量幾乎在點火的臨界點附近，比一般供應量要少，若其氣品中甲烷成份低，也可以在含氧感知器中得到回饋，以補充更多的燃氣。而根據Blue Bird公車中John Deere CNG引擎的控制策略，只要天然氣中甲烷的含量達80%以上，則無須進行引擎的調整(Tuning)。
二、稀薄燃燒引擎之構造
稀薄燃燒之CNG引擎之構造與一般其它型式的CNG引擎並無不同，最大的改變在於燃料系統的安排，以這兩型公車所採用的燃料系統為例，均使用相同的燃氣控制系統(WOODWARD)以及類似模式的供氣零件，其系統如圖4所示，說明如下：
 進氣冷卻裝置(After Cooler)：經由渦輪增壓後之氣體，經過冷卻後方進行燃氣的混合，可提高進入燃燒室裡空氣的密度，如圖5所示。
 渦輪增壓閥門(Waste Gate)位於渦輪增壓排氣端附近，配合引擎轉速與操作狀況適度地開啟閥門，如圖6所示，當引擎於低轉速時，電磁閥關閉，進氣壓力轉向彈簧膜片而開啟旁通閥門，此時排氣旁通(By-pass)造成推動渦輪的力量大減，因此進氣的推動力亦降低；反之當加速運轉時，電磁閥接受訊號打開，以洩放排氣壓力造成旁通閥門關閉，此時排氣全部經過渦輪推動轉子，因此進氣效率提高，馬力相對增加。
 電子節氣門(Electric Throttle)位於進氣歧管前方，以伺服馬達帶動氣門閥片的開啟程度，閥片為長橢圓形設計，可提升細微進氣之精確度，並彌補進氣量的不足。此節器門之伺服馬達完全由ECU控制，如圖7所示，ECU根據油門踏板的位置及引擎狀況下達指令，因此並無一般引擎具有惰轉旁通管路及引擎轉速限制器(Governor)的設計，完全由電子節氣門來控制。
 壓力調節器(Regulator，如圖8所示)內具有兩段轉換，直接將天然氣鋼瓶中之高壓3000psig降至115 psia左右，若壓力轉換裝置故障以致於無法達標準設定壓力時(超過300psi)，則會自動洩壓。
 噴射供氣(Injector)裝置由八個噴氣嘴所組成，如圖9所示，每個噴嘴上方配置一個電磁閥，藉由ECU控制電磁閥打開的時機來進行供氣的動作，當引擎惰轉時，僅有兩個噴嘴，以輪流開啟的方式進行供氣，當引擎輸出增加時，則同時有4～6個噴嘴輪流同時供氣，以提高馬力輸出，並可提供精確的燃氣，達到稀薄燃燒的要求。而所噴出的氣體則導入混合器中與空氣混合以進行燃燒。
 含氧感知器(Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor，UEGO)是整個閉迴路(Close Loop)系統的重心，該感知器係針對此型CNG引擎所設計，具有自我加熱的功能，如圖10所示，因此可避免啟動初期，因引擎未達工作溫度而無法回饋的缺點。該感知器根據排氣狀況，回饋ECU以計算出最佳的空氣燃油比，因此即使氣品中的甲烷含量不高，亦可由上述之供氣噴嘴進行氣體補償的動作。
 CNG引擎為火花點火引擎(Spark Ignition)，配合各別單一的點火線圈，由電子點火控制(ICU)單元進行點火時機的控制，當然ICU的指令來自於ECU的下達，因此依照不同的引擎狀態進行點火角度的控制。由於CNG引擎需較高之點火能量，因此有的廠商將點火線圈直接設計位於火星塞上緣，以防止傳統高壓導線所造成的干擾。
三、引擎訊號回饋系統
在此款CNG引擎的控制上，ECU所擷取的引擎參數相當多，並據以作為判斷供氣量多寡的依據，說明如下：
 有關引擎狀況之訊號：進氣歧管絕對壓力感知器(MAP)、引擎轉速計(CPS)、進氣溫度感知器(MAT)、冷卻水溫感知器(ECT)、排氣壓力感知器(PTP)、節氣門開啟度(TP)及機油壓力感知器(OPS)等，其中MAP及CPS是本引擎用以計算空氣流量的基礎，再加上MAT、ECT及PTP等，可以速度-密度方式計算正確的氣體流量。
燃氣供應裝置部份之訊號有：氣瓶壓力與溫度(NGTP & NGTT)、供氣噴嘴的壓力與溫度(NGP & NGT)。
閉迴路污染控制之訊號，利用含氧感知器(UEGO)及排氣背壓感知器(EBP)可偵測排放廢氣的品質，依此回饋ECU以進行空氣燃氣(A/F)比的修正。
 人為輸入訊號，如油門踏板位置(FPP)、快惰轉開關(FIS)及啟動開關等。
當ECU接收上述訊號後，所輸出之控制訊號如下說明：
節氣門開啟訊號：控制節氣門伺服馬達開啟節氣門的角度。
渦輪增壓閥(Waste Gate)電磁開關：判斷增壓閥是否打開之訊號。
供油噴嘴時機電磁閥：提供供氣的訊息。
氣體遮斷閥：分別於氣瓶出口及供氣噴嘴前端設置一組燃氣遮斷電磁閥，由ECU控制遮斷時機。
點火系統(ICU)：提供各氣缸點火順序與點火之時機。
故障訊號燈：當引擎運轉異常時之燈號，以提醒使用人注意。