CNG电控EPR系统零部件说明和安装手册.doc

电控EPR系统零部件说明及安装要求 玉柴工程研究院电控部气体发动机项目组编制 （内部资料请勿外传） 2007-9-30 1 目 录第一章 引言 . 3第二章 系统概述 . 4 1.0 系统和部件的功能 . 4 2.0 控制策略特性. 7 3.0 通信和诊断特性. 9 4.0 车辆与 HD GCP ECM 的接口. 10第三章 部件安装要求.11 1.0 HD GCP 发动机控制模块. 13 2.0 大功率电控调压器（HD EPR）. 14 3.0 电子节气门. 22 4.0 200DM 空气燃料混合器. 24 5.0 高压 CNG 减压器 . 28 6.0 低压燃料切断阀. 29 7.0 废气旁通控制阀. 30 8.0 TMAP 传感器. 32 9.0 TIP 传感器 . 35 10.0 大气环境传感器（ENVIROTECH 传感器）. 36 11.0 氧传感器 . 38 12.0 LPG 燃料气质传感器 . 40 13.0 爆震传感器. 40 14.0 防喘振阀 . 42 16.0 点火线圈 . 44 17.0 用户自备部件. 45附录 A1 参考文献列表. 48附录 A2 所用术语和缩略语表. 50 2 第一章 引言 电控EPR燃气发动机管理系统是一个综合性的硬件和软件系统，用于控制以天然气（CNG或LNG）或液化石油气（LPG）为燃料的道路及非道路用发动机。该系统的先进设计使发动机能达到很高的升功率水平，同时符合甚至有瞬态试验要求时的低废气排放要求。电控EPR燃气系统已多年应用于经证明符合欧5标准的燃气发动机的生产和制造。 该系统非常适合于未来的排放法规且容易配置。正因为这样，该系统可用于排量范围为5-15L的重型火花点火发动机，自然吸气或是涡轮增压均可。最重要的是，电控EPR燃气系统为燃气发动机提供了出众的驱动性能和燃料经济性。不论是采用当量比燃烧还是稀薄燃烧的燃料控制策略，燃料的供给、点火、负荷限制和速度管理都可以进行任意组合。 本文对系统和部件作了简要的功能描述，列出了一些控制策略特性和诊断方法，并详述了系统基本部件的安装和应用要求。 3 第二章 系统概述 该部分简要描述了系统的一般功能，并列出了一些控制策略特性和诊断方法。1.0 系统和部件的功能 下面讨论的是系统运行的一般原理以及各部件的主要用途。第三章则是针对各产品更详细的描述。 如图II.1.1所示，电控EPR燃气系统包括ECM和多个传感器以及执行器。 高压输入到 EPR EPR 测量这两 TIP 条管路的压差 燃料 补偿阀 传感器 到混合器的低 切断阀 压蒸汽管线 混合器 进气压力 TMAP 节气门体 管路 中间冷 传感器 却器 曲轴 传感器 凸轮传 感器 爆震传感器 冷却液温度传 油压开关 感器 涡轮 Envirotech 催化剂 旁通阀 曲轴箱通风管 执行器 参考压缩空气 带传感器的 废气旁通控制阀 图 II.1.1 41.1 HD GCP ECM 发动机管理系统的核心是HD GCP（重型全局控制平台）发动机控制模块。HDGCP从多个传感器接收输入信号，并就适合的燃料输送速率、点火正时和增压水平发出指令。此外，HD GCP还可以通过控制器区域网（CAN）向车辆和诊断工具发送相关信息。 每种转速下理想的燃料供给速度、点火、正时和增压比以及负荷设定点最初是通过发动机在测功机上的稳定工况来绘制脉谱图表确定的，力求在每种工况下燃料经济性、发动机性能和尾气排放之间能达到合理平衡。 标定文件中提供了发动机转速与进气歧管压力关系表，在这些表中还贮存有预期的空燃比以及发动机的点火正时设定脉谱图。在给定的温度下，空气流量的计算是基于发动机的转速和进气歧管压力的充气效率函数脉谱图进行的，然后再利用计算出的空气流量和所需的空燃比选择燃料供给速度。 在瞬态工况过程中，基于空气流量计算的高级模型和为瞬态工况附加的策略一起被用来修正稳态的燃料供给速度和点火正时。 排气氧传感器用于提供燃料供给时的闭环反馈，并在燃料供给速度达不到理想值时，对该速度进行修正。1.2 电控调压器（EPR） HD EPR（重型电控调压器）通过调节混合器的供气压力来控制发动机的燃料供给速度。1.3 混合器 混合器有助于燃料与空气的混合，它还可以就一定的燃料供应压力，按容积空气流量，以一定的比例对燃料进行计量。1.4 废气旁通控制阀 废气门控制阀用来确定涡轮增压器废气门的位置，从而按照ECM的指令控制发动机的增压水平。 51.5 电子节气门控制器（ETC） 电子节前门用来控制空气燃料混合气送往发动机的速度，从而辅助实现负荷控制和调速功能。1.6 节气门入口压力（TIP）和温度以及进气岐管绝对压力（TMAP）传感器 这些传感器可帮助ECM确定入口处到节气门以及进气岐管中的空气质量。该信息用于增压控制、节流控制和燃料计量。1.7 爆震传感器 该传感器向ECM提供有关发动机爆震的信息，ECM会以适合的动作发出指令。1.8 凸轮轴位置（CMP）和曲轴位置（CNP）传感器 CNP传感器提供发动机转速信息，CMP传感器通知ECM哪个气缸处于压缩状态，并向这个气缸发出点火指令。ECM只在燃烧循环时启动点火线圈。玉柴现在的气体发动机系统配置只用了一个凸轮轴位置（CMP）传感器，同时提供发动机转速信号和点火正时信号。1.9 发动机冷却液温度（ECT）传感器 点火正时、燃料速率和增压水平可配置为随发动机冷却液温度的变化而变化。这是在极冷或极热情况下的典型做法。冷却液温度也用于ECM的空气流模型。1.10 燃料温度和压力传感器 EPR具有ECM进行燃料大流量计算所需要的整体式温度和压力传感器。1.11 Envirotech 传感器 该传感器为大气环境传感器，可提供发动机空气源的湿度信息。ECM可根据湿度来优化点火正时、燃料速率和增压水平。 62.0 控制策略特性 该小节描述了HD发动机管理系统的一些控制特性。2.1 发动机风扇控制 HD GCP可按应用要求配置发动机风扇的开/关控制。2.2 对加注燃料进行湿度补偿 HD GCP具有通过ECI专有Envirotech传感器进行湿度补偿的特性。具体的湿度信息用于修正燃料和增压水平，从而在湿度大的情况下能保持功率，防止燃烧不良。燃料的经济效益也可通过使发动机运行时减小不良燃烧来得到实现。2.3 PTO（动力输出）和远程 PTO HD GCP可通过开关、箭头或向上或向下的指令、或电位计来控制PTO和远程PTO。2.4 车辆限速 HD GCP能从车辆速度传感器接收输入信号来控制最大车辆速度。2.5 比例式废气旁通控制 HD GCP具有通过ECI废气旁通控制阀对比例废气门进行控制的特性。HD GCP还设有高级算法，可用于瞬态补偿、通过节气门的最大压降、以及为改善小负荷工况下的燃料经济性的废气旁通控制。2.6 爆震控制 HD GCP通过每台发动机配备最多达两个传感器来进行高级爆震控制。 自适应点火控制可以使燃料经济性达到最大，同时防止损坏发动机。对爆震强度进行测量，以确定最佳策略。一台好配置的发动机的限功率特性也比较灵活。2.7 起动电动机控制 根据应用要求，HD GCP既可配置成自动起动（直至车辆发动起来）也可配置 （频率太高且起动尝试次数过多时，成限制起动 对起动次数进行限制并禁用起动机）。2.8 交流发电机控制 HD GCP有多个可配置的输出，可用于交流发电机/发电机调节器的停用，从而降低不同情况下对发动机的需求。2.9 带有功率限制和停机保护选项的快速可配置诊断 HD GCP可方便配置系统诊断限制、DTC启用以及故障代码情况下及之后需采取的措施。这些措施包括根据测到的故障代码严重程度，进行多级功率限制、强制空转或系统停车。 72.10 最小-最大/同步/全速调节 HD GCP配备有多个调速选择，包括最小-最大控制、全速、巡航控制（车辆速度限制）、TSC1 J1939 CAN速度和扭矩控制或限制等。所有调速器都可方便地在下降或同步模式下进行配置和校准。2.11 可变截面涡轮增压（VGT）控制 重型发动机单位输出功率的增加以及排放限值的减小正开始强制使用VGT涡轮增压器，使其达到效率和排放目标。装备的HD GCP ECM可用于控制VGT涡轮增压器。当装有微差压力传感器时，ECI比例废气门控制阀相当于一个VGT控制阀。2.12 最小岐管空气压力（MAP）控制 HD GCP配备了软件， 使用户可以选择最小MAP（岐管绝对压力） 目标值。ECM在该值下关闭回路，并在MAP有可能低于目标值的情况下，对节气门进行超程控制。该控制方法通过降低气门导管与气门油封的压力差，大大改善了机油耗，也改善了HC排放。如果对催化剂的寿命所有要求，则该特性是绝对必要的。2.13 基于 CAN 通讯的扭矩和转速控制 可对HD GCP进行配置以执行来自CAN链路口的TSC 1指令，或只使用有限度那样的指令。ECI客户中，有的两种方法都用。2.14 基于高级模型的流量计算 基于模型的流量计算使系统可知道在发动机任何位置处的所有流量情况。该特性提供了更好的空气流测量和控制方法，而勿需空气流量传感器。2.15 减速时的高级燃料切断功能 当驱动器控制负荷为0时，该特性在长时间减速时可减少油耗。燃料经济性和排放情况也会大大改善。2.16 带自适应学习的闭环控制 该特性通过反馈系统可提供准确的燃料控制。HD GCP配备有非常先进的前馈闭环算法，可最小化瞬态时的燃料加注误差，以获得更好的瞬态排放和操纵性能。2.17 基于冷却液温度的修正 基于发动机冷却液温度的调节器用于提供合理的点鹫保诶淙匆何露确浠苯惺实钡目掌鞑饬俊?.18 基于计算出的岐管空气温度（MAT）和气缸壁温度的修正 该特性通过速度-密度测量，使HD GCP具有良好的空气流测量精度，其精度等于甚至好于空气流量传感器。 这就消除了与空气流量传感器相关的封装和耐久性问题。 83.0 通信和诊断特性 该节对HD GCP的一些通信和高级诊断特性进行了概述。3.1 仪表盘、ETC、TSC 和扫描工具诊断等多显示用 CAN（J1939）通信。 HD GCP拥有带全信息支持的CAN J1939通信。3.2 图表记录仪 HD GCP有一个图表记录仪。若应用要求，完整的柱状图可将操作百分数显示为转速和负荷的函数。3.3 必要时的图表记录仪 HD GCP具有事前记录和事后记录（飞行数据记录器）能力。3.4 对 ECM I/O 的诊断 对系统上的每个传感器，HD GCP都有诊断故障码（DTC）。 可方便地配置照明、声响报警、功率限制、强制空转或发动机停车。DTC也适宜于ECM输出（如：HD EPR）。3.5 数据记录 HD GCP允许对多达16个可配置变量进行数据记录，数据存储量可达记录装置硬盘上的可用空间量。3.6 绘图 HD GCP可以使终端用户轻松地安装绘图模板，以实时方式对多达10个变量进行绘图。光标指示可随时用在这些图上进行数据分析。3.7 快照 HD GCP允许对要储存的数据进行快照（固定），以随时捕捉并分析瞬态特性。3.8 计时表 HD GCP可以保持对发动机运转小时数和起动次数的跟踪。现场人员不能对这些值进行复置。3.9 故障码 HD GCP已存有数百个可完全配置的故障码，用于协助发动机进行健康诊断。 94.0 车辆与 HD GCP ECM 的接口 车辆接口可适应各种输入和输出（I/O），且能针对具体用途进行定制。表II.4.1列出了典型的车辆接口I/O。 车辆到HD GCP基本接线口 名称 描述 典型的稳态电压/电流要求 转换点火电路开关时，从钥匙开关到 Vsw lt2A ECM和燃料切断阀 起动机 起动机请求起动机开关输入 lt 100 mA 空档/离合 起动机控制/PTO操作联锁 lt 50 mA 发动机制动指令 通知何时启用发动机制动的输入 lt 50 mA 转速 来自变速箱速度传感器的正信号 峰-峰lt200V 转速- 来自变速箱速度传感器的负信号 踏板信号1 来自踏板的电压（FPP1） 0.2 lt V1 lt 5V 踏板信号2 来自踏板的电压（FPP2） 0.2 lt V2 lt 5V V ref1 至踏板的第一参考电压（5V） 最大350 mA V ref2 至踏板的第二参考电压（5V） 最大10 mA 模拟地反馈 踏板的参考地 最大500mA MIL指示器 提供接地以点亮故障灯 最大500mA继电器 电源熔断保护 线束带熔断保护的电压输出 最大5A CAN CAN输出的正信号 数据信号（必须为最小10匝/ CAN - CAN输出的负信号 英尺的扭绞线对） NGTT 天然气罐的温度 最大2.3 mA NGTP 天然气罐的压力 0 - 5V输入 GOV 1 PTO转速请求 24V信号请求 踏板抑制 抑制踏板请求的信号 24V信号请求 接地 发动机接地 最大10A 表II.4.1 10 第三章 部件安装要求 本节分成若干独立的小节，分别对电控EPR燃气控制系统的各个部件进行介绍。不是每个系统都会用到所有的部件，需视应用、燃料（LPG、CNG、LNG） 、发动机平台（涡轮增压或自然吸气发动机） 、功率输出和 、燃烧（稀薄燃烧或当量燃烧）尾气排放的要求而定。 本节简要介绍了正确使用电控EPR燃气发动机管理系统各部件的要求。任何违背本文件要求的地方都必须事先征得ECI工程部的书面同意，以使保修条款有效。如有要求可以提供图纸、规格书和型号以支持用户的综合工作。附件A1列出了适用的支持文件。 各发动机在功率计上进行校准，以便实现具体的硬件配置。空气、燃