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闭环电控燃气发动机培训资料 济柴绿色能源动力装备有限公司 技术部2007 6 27 一 总体概述 济柴牌 190系列闭环电控燃气发动机是与美国WOODWARD公司合作 在国内独家引进该公司的EGS燃气控制系统 对燃气发动机的空然比进行科学严格的控制 采用先进的电控技术和稀薄燃烧控制方式 在第二代燃气发动机基础上融合国际先进的技术和成熟的经验研制开发的一种压气机前混合的新型绿色环保动力 总体概述 机型 目前 主要有两种机型 机组 700GF700kW 1500rpm500GF500kW 1000rpm 广泛应用于天然气 沼气 垃圾填埋气 瓦斯等燃气 型号G12V190ZLT型式四冲程 火花塞点火 水冷 增压 空气中冷 增压器前混合气缸排列V型 60 夹角气缸数12气缸直径 mm 190活塞行程 mm 210活塞总排量 L 71 5压缩比10 1标定转速 r min 1500空载最低稳定转速 r min 600 1512系列燃气发动机的参数 标定功率 12小时功率 kW 800天然气机热耗率 kJ kW h 11000机油消耗率 g kW h 1 6出水温度 90中冷器进水温度 45机油温度 油底壳内 90主轴道机油压力 kPa 500 800稳定调速率 5机油牌号15W40CD或美孚飞马705冷却方式强制水冷 1512系列燃气发动机的参数 二 技术特点 适应于低压燃气采用稀薄燃烧技术燃气的单点喷射和空燃比闭环控制技术失火检测状态检测高能量点火系统高效率中冷器 1 适应于低压燃气 采用增压器前混合的方式 燃气和空气都是被压气机吸入的 通过专用混合器使燃气与空气充分混合 利于优化燃烧及排放 高压燃气可经减压阀调至7 9kP 2 采用稀薄燃烧技术利用美国WOODWARD公司的EGS控制系统 通过采集燃气 空气的进气参数及发动机的运行参数 经分析计算后通过tecjet阀对空燃比 燃气混合浓度 进行精确控制 达到高空燃比 实现稀薄燃烧 解决普通外混机存在的回火 放炮现象 提高了发动机的经济性 3 燃气的单点喷射和空燃比闭环控制技术主控制系统根据测量的参数和预期的空燃比等参数的比较 通过Tecjet阀准确地控制燃气流量 实现空燃比的闭环控制 4 失火 状态检测通过失火检测功能 随时监测各缸工作状况 发现失火 立刻报警 便于维护 可以与计算机通讯 5 高能量点火系统 点火系统包括数字点火模块 高压线圈 高压线 火花塞等 全部采用进口名牌产品 本机采用德国MOTORTECH公司的IC500高能量智能化的点火模块 其优点如下 点火提前角和点火能量都可随意调整 并且各缸的点火提前角可单独调整 点火电压为5万伏 高能量点火 使实现稀薄燃烧成为可能 此点火系统具备超速保护功能 在点火控制器中设置机组运行最高转速 当发动机一旦出现超速运转 达到设定超速转速时 点火控制器自动停止工作 火花塞不点火 从而迫使发动机停车 起到超速保护的作用 失火检测功能 便于机组的维护和运行 6 高效率中冷器 采用按德国GEA公司技术生产的圆管式高效中冷器 代替原扁管式中冷器 散热效率由原73 提高到92 满足了空气质量流量增加对中冷器的要求 使发动机性能及中冷器可靠性得到保证 三 控制系统 气体发动机的燃气控制系统简介 3 1系统简介EGS TecJet组成了一套全功能的电控低压燃气发动机控制系统 使用一套系统 可以适用从到天然气到瓦斯气 沼气的各种燃气 通过Woodward的专利算法 在不需外接甲烷传感器的情况下 可以自动补偿 5 的甲烷变化 采用精确的TecJet燃气控制阀 结合全功能的空燃比控制 不需要氧传感器就可以最大限度降低发动机的排放 杜绝回火放炮现象 同时功率得以保障提高 3 2系统主要功能精确的空燃比控制仅在出厂标定试验时需要氧传感器进行标定 正常运行可以不用氧传感器 依据标定的数据自动查表进行空燃比控制 发动机速度控制EGS控制器本身包含速度控制功能 通过测量发动机的实际速度 结合内部设定速度以及A F的影响因素 综合控制执行器的开度 达到控制速度的目的 发电机负荷控制借助实功功率传感器UMT1监测发电机负荷 构成负荷闭环控制 发动机运行监控 保护 记录功能通过串口RS232通讯电缆把电脑与EGS控制器连接起来 通过事先安装EGS监测软件就可以实时监控发动机运行的各项参数 一旦出现故障 通过程序立刻就能得到报警信息 3 3应用条件供气压力 TecJet燃气控制器阀的最佳供气压力 8 10kPa EGS TecJet系统是用于低压燃气的单点喷射系统 所以对于高压燃气可能需要增设燃气调压器 如果燃气热值很低 适当提高供气压力会有助于发动机稳定运行 但是TecJet的供气压力不能高于30kPa 否则可能损害TecJet内部的传感器 考虑到燃气管路以及各种过滤器 防爆阀的影响 所以实际应用时客户需要提供的燃气压力可能要高一些 对于甲烷成分经常变化幅度较大较频繁的地方 建议安装甲烷传感器 输出4 20mA型 燃气质量要求 进入TecJet阀之前燃气尽量保证干净 水汽少 为此实际施工时应考虑燃气的过滤和除湿措施 3 4系统示意图 基于发动机转速 气缸排量 进气管压力 温度 以及充气效率计算混合气的流量 n 发动机转速 rpm V 发动机排量 l Ve 充气效率MAP 进气管绝对压力 kPa Tn 273 KPn 101 3kPaMAT 混合气温度 K 3 5系统运行的基本原理 计算燃气流量速度密度法speed densityprinciple EGS通过转速传感器 压力传感器和温度传感器 计算出当前发动机的进气量 根据设定的空燃比 计算出实际需要的燃气量 通过TecJet阀精确控制燃气进气量 TecJet通过自身安装的压力和温度传感器 测量出口的燃气压力 温度和阀前后的压差 控制通过TecJet阀的流量 在试车过程中 使用氧传感器对发动机进行标定 设置各个负荷下正确的空燃比和充气系数 在正常运行中 不需氧传感器既可实现燃气品质的闭环控制 3 6系统布线图 仅供参考 以实际正式接线图为准 四 安装 检查设置流程 4 1检查接线所有接线都应该可靠连接 屏蔽线必须根据说明书接地 EGS和TecJet应该共用一个电池 电池负极必须接地或连接到发动机的地 按照 EGS01系统应用说明书 检查接线 4 2检查节气门连杆检查两个节气门是否同步 两个节气门必须同步 如果由于两个节气门间的连杆扭曲 使两个节气门的开度不一致 会导致发动机两侧总排温不一致 并影响发动机的稳定性 执行器的摇臂 连杆要恢复出厂时的设置 4 3检查MAT MAP的安MAT传感器应该安装在中冷器之后 且尽可能靠近中冷器 传感器头部的探头测量的温度应能够良好的反应流动的平均温度 当探头太靠近壁面 发动机零部件的温度会影响测量结果 检查两个MAP传感器是否完好 连接软管是否有破损 泄漏等问题 4 4检查混合器安装 两个混合器的十字部分应该对齐 而且混合器要比安装座低1 2mm 在Case1中 错误的安装方法会使两个混合器的吸入量不均匀 在Case2中 错误的安装方法可能导致燃气从边缘泄漏 4 5获取发动机信息 Parameters Engine Engine 发动机排气量 最大功率 最大MAP是用来控制发动机用的参数 其他参数只是标示发动机的信息 Parameters FuelSystem 用来标示燃气进气系统的信息 参数不参加计算如果是低瓦斯发动机 选定Dualtecjet Parameters FuelParameters 除了燃气的名称外 所有参数必须正确填写 在使用CH4传感器时 必须填写不同CH4含量下的燃气参数 不使用CH4传感器时 只需填写正常燃气参数 Protection Overspeed Protection Pastor Protection Overload 正确设置保护参数 防止发生意外 4 6填写发动机及燃气参数 由于公司的1512系列气体发动机已经是量产机型 故现场服务人员只需设置对应机型的EGS参数即可 故发动机相关参数不必修改 由于不同地方的应用 燃气品质会有较大差异 所以在试车之前应该得到燃气成分等相关参数 输入正确的燃气密度 低热值和当量空燃比 Parameters FuelParameters 如果安装了甲烷成分传感器 则激活 MeasureCH4 选项 CH4 要尽可能的覆盖燃气成分变化的范围 4 7检查MAP传感器的读数 Parameters Sensor MAP 打开Parameters Sensor MAP窗口 并按下Dashboard按钮 比较MAP1和MAP2的读数 并把它们和TecJet的FGP比较 注意MAP的单位是 kPa FGP的单位是 hPa 如果有差异 修改 kPa 列而不是 V mA 列 使两个传感器的读数一致并和TecJet的FGP一致 传感器的下限 V mA 值应当是其中一个传感器在停车时的电压值读数 4 8检查功率传感器设置 检查EGS中的设置是否和UMT1中的设置一致 4mA和20mA分别对应功率传感器的设置 现场人员应根据不同类型的机组 正确设置功率传感器和EGS参数 Parameters Sensor MeasuredPower 4 9控制模式的选择 Parameters speed loadcontrol controlmode 选定GeneratorControl SynchronizationEnable 控制模式的选择 速度的设定 Enginerunningspeed为EGS开始起作用控制TecJet及ProAct的转速 在这个转速前由startPID控制 即起动时节气门首先达到最大开度 Parameters speed loadcontrol speedsetpoints 选定Enableidleinput 该功能为使怠速开关起作用 否则发动机运行一段时间 Idletime 后自动进入额定转速 速度偏置的设定 充气效率表 Parameters engine volumetricalefficiency 总效率表 Parameters engine totalefficiency 五 速度动态参数的调整 5 1动态参数 PID参数 的简单说明 5 1 1GainvsLoad还是GainvsPID PID 的是意思是节气门的开度为全开情况下的百分比 由于大多数燃气尤其是增压的燃气发动机 机组负荷和节气门开度没有线性关系 一个Gain参数不足以满足发动机全工况的使用 所以EGS使用最多五个Gain参数来进行控制 EGS同时将两种模式的Gain相乘得到最终的Gain 所以只要将GainvsPID 中的Gain全部设为1 0000就消除其影响 对于燃气发动机来说 同一个节气门开度 发动机负荷可以在很大范围内变化 所以GainvsPID 不太适合使用 在绝大多数应用中 都选择GainvsLoad 5 1 2Gain的含义 较大的Gain可以使转速迅速回复到较接近原来的状态 Gain就是增益 比例调节系数 当发生负荷的变化时 比例调节使执行器按照一定的比例动作 使发动机转速重新稳定 但是单一的比例调节不能使发动机转速完全恢复到原来的状态 5 1 3Stability的含义 Stability是发动机的时间常数 在EGS中是用来补偿由于发动机本身的反应迟钝 5 1 4Compensation的含义 在EGS中 Compensation是执行器的时间常数 用来补偿执行器自身的转动惯量带来的滞后 5 1 5GainRatio的含义 当负荷突变时 发动机的转速变化较剧烈 原来的Gain很可能不能适应这种变化 需要一个更大的Gain来快速的调节发动机的转速 GainRatio的含义是当发动机的转速超出Window设定值后 实际Gain GainXGainRatio 5 1 6Window的含义 当转速变化超出 Window时 自动运行在高Gain状态 5 2动态参数 PID参数 的调整方法 5 2 1发动机缓慢油车的对策缓慢游车的两种可能原因 Gain太大 并且Stability太低 降低一半的Gain并且稍微增加Stability 不断增加Reset直到满意为止 Gain太低 增加Gain值 如果增加Gain没有改进缓慢的游车 同时执行器仍然抖动厉害 试着降低Compensation 有些时候Compensation可能会降低到0 5 2 2发动机快速游车的对策一般情况下 快速游车都是由于Gain太大所致 试着降低Gain 5 2 3突卸 突增负荷时的转速过冲在突卸 突增负荷的时候 如果转速波动超出范围 试着增大GainRatio 但是同时也要注意不要使GainRatio太大 因为当转速穿过高Gain和低Gain区域时 Gain的变化太大不利于发动机稳定 5 2 4PID参数调整变化的趋势 5 3发动机转速波动时的一般对策 5 3 1PID参数的调整 如果发动机发生有规律的游车 按照5 2节的方法调整 5 3 2调整Ref 和VE表 如果Ref 和VE表数据设置的不恰当 也容易引起发动机转速不稳 1 Ref 太高或VE太低导致发动机某些缸失火 适当少量降低Ref 或增加VE值 对于天然气 Lambda最大可达到1 6 但是对于瓦斯气 Lambda不应