LNG汽车天然气发动机结构及工作原理ppt课件

潍柴天然气发动机2.0系统结构及工作原理,单位：潍柴西港新能源动力有限公司时间：2013年8月,目录,六、点火控制系统,七、水循环系统,第2页共页,天然气的特性,天然气成分主要以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）等烃类气体，氮、二氧化碳、硫化氢非烃类气体。各个地方天然气的形成过程不尽相同，所以成分也不完全一样。天然气在我国分布很广，根据开采和形成的方式不同，天然气可分为5种：纯天然气：从地下开采出来的气田气为纯天然气；石油伴生气：伴随石油开采一块出来的气体称为石油伴生气；矿井瓦斯：开采煤炭时采集的矿井气；煤层气：从井下煤层抽出的矿井气；凝析气田气：含石油轻质馏分的气体。高纯度的天然气是无色、无味、无毒、无腐蚀性、易燃、易爆的气体。为防止泄露时易于觉察，在天然气中添加了加臭剂。燃烧速度：是火焰在可燃气体混合物中的传递速度。燃烧速度也称为点燃速度或火焰传播速度。天然气的燃烧速度比较低，其最高燃烧速度只有0.3m/s。因此天然气燃烧后排温高，需对排气系统部件进行强化。,第3页共页,天然气的特性,1）天然气在压缩（液化）、储运、减压、燃烧过程中,在严格密封的状态进行，不易泄漏；2）天然气密度在426-470kg/m3之间，比空气轻，易挥发，不易聚集，安全性能好。如有泄漏，很快散失，不易着火；3）天然气的着火温度为650，比汽油高约260。4）天然气燃烧范围比较窄，在515之间，天然气的燃烧下限明显高于其他燃料：柴油：1.58，汽油：1.3。,天然气、柴油、汽油比较,安全性,第4页共页,天然气的特性,1)CNG:压缩天然气气瓶内充满气时一般为20Mpa（即200bar)。存储压力很高。天然气因生产区域不同，成分可能不同，若差别较大，需根据CNG气质成分表调整ECU数据。,LNG储存特性隔热保冷:保持真空;分层:长时间停放时,隔几天启动车辆。,2）LNG:液化天然气在常压下、温度为-162度的天然气变为液态。通常条件下，1个体积的LNG将产生600个体积的气体。因此，LNG适用于长途运输和储贮。LNG接触到皮肤时，可造成与烧伤类似的灼伤。从LNG中漏出的气体也非常冷，并且能导致灼伤。,作为车载能源，主要有以下两种贮存形态：,第5页共页,目录,六、点火控制系统,七、水循环系统,第6页共页,天然气发动机与柴油机的区别,第7页共页,天然气发动机的燃烧特点,1、空燃比精确控制，空气进气量决定燃气量进气调节能力决定发动机性能；增压低，系统中不能通过增加燃料来提升动力，否则爆震；排放恶化；经济性变差,2、采用稀燃技术。天然气理论空燃比:16-17，混合气中的天然气浓度小于理论空燃比。稀燃优点：经济性好，排放性能好，热负荷小稀燃注意事项：需高能长时间点火和小的火花塞间隙；失火极限混合气浓度60时会导致燃气流量的减少。性能：燃气温度超过40，30秒钟内关闭,燃气温度低于10，30秒钟内开启。注意事项：节温器的开启与关闭受燃气温度控制，冷却液进口处有“IN”标记，出口处有“OUT”标记，不能接反。工作压力：燃气：10bar冷却液：3.5bar,节温器,第19页共页,燃料计量阀（FMV）,燃气控制系统,作用：根据发动机运行工况，电控单元ECU调整燃料计量阀喷嘴脉宽占空比，控制燃气喷射量，保证发动机在设定的空燃比下运行。结构：喷嘴：FMV配置8/10/12个喷嘴，根据需要配置不同的机型。分成2组平行布置，每个喷嘴一个驱动器，在正常喷射模式下，喷嘴依次轮流喷射，在某些变工况下，喷嘴同时喷射以加快系统反应速度。喷嘴工作电压16V-32V，峰值电流是4A，维持电流是1A；注意喷嘴线束一定要插紧。燃气压力传感器NGP：测量燃气压力，反馈给ECU燃气温度传感器NGT：测量燃气温度，反馈给ECU。维护保养：使用一段时间后，需要清洗，清洗时使用专门的清洗设备，并且应用诊断软件中专门的清洗功能。按潍柴燃气发动机喷嘴清洗规范操作。,作用：将天然气和中冷后的空气充分混合，使燃烧更充分、柔和。有效降低NOx排放和排气温度。结构：采用喉管和十字叉结构，天然气从小孔中进入混合器。维护保养：喉管和十字叉小孔定期拆卸清洗或用化油器清洗剂冲洗。,混合器,第20页共页,进气控制系统,氧传感器,作用：测量排气成分中氧分子浓度，将信号传递给ECU，ECU依此判断混合气实际空燃比相对于设定值稀或浓，控制喷气量增或减，从而修正空燃比，使实际空燃比与设定空燃比相符。是稀薄燃烧闭环控制传感器。注意事项：安装在排气管上，离增压器出口35倍排气管直径的地方。氧传感器不能安装在排气管弯管处。安装在排气制动（若有）后方。氧传感器线束端外包隔热罩，氧传感器线束及接插件尽量远离排气管，防止烧结。氧传感器螺座高度小于10mm，优先考虑竖直安装，允许与竖直方向角度偏差不超过30，以防止排气管中的冷凝水氧传感器头部凝聚，造成传感器失效。,第21页共页,目录,六、点火控制系统,七、水循环系统,第22页共页,进气控制系统,OH1.2,OH1.2,Engine,Engine,Controller,Controller,Engine,发动机,电子节气门,增压器,Air,Air,Filter,Filter,空气滤清器,节气门位置反馈,中冷器,废气控制阀,空气、燃气混合,新鲜空气,节气门前压力传感器,进气温度、压力传感器,混合器,油门脚踏板,进气控制系统图,第23页共页,负荷控制：ECU电控单元主要采集电子脚踏板信号，指挥电子节气门动作，控制发动机输出功率，实现整车负荷对发动机的需求。,进气控制系统,脚踏板和节气门之间不使用机械部件连接；脚踏板踩下时，ECU接受踏板位置信号，并计算转换发出节气门开度命令信号，节气门接受开度命令信号，并将实际开度反馈给ECU；对稀燃而言，信号的传递非常关键。,第24页共页,进气控制系统,作用：脚踏板采用非接触式传感器，输出05V的电压信号，ECU根据脚踏板的信号来控制电子节气门的开度。结构：脚踏板有一电位计（FPP）和怠速确认开关(IVS)，IVS一端接地，另一端接ECU。脚踏板下踩到某个点时，怠速确认开半关闭并发出一个信号通知ECU，电位计开始起作用。特点：脚踏板的参数必须符合潍柴技术要求或装配潍柴专用脚踏板。否则将导致ECU报错。ECU在每一次开电循环后会自动重新标定脚踏板。,脚踏板接头,线束端,脚踏板端,过渡线,电子脚踏板,第25页共页,电子节气门,进气控制系统,电子节气门由电控单元ECU控制其阀门开度大小，以控制混合气进气量，从而改变发动机的输出功率。节气门集成有执行器，位置传感器，节气阀门等。根据ECU指令，有多种工作状态：发动机转速低于怠速值时，节气门进入怠速控制模式，ECU控制节气门开度位置，保持发动机转速在怠速目标值附近；发动机转速超过最大额定转速时，节气门进入最大转速控制模式，即转速越高，节气门开度位置越小。发动机转速在怠速和最大额定转速之间时，节气门进入脚踏板控制模式，即节气门开度位置随脚踏板位置同步变化。,发动机出现故障码时，出现不同程度的限节气门，使得发动机跛行运行；水温过高、进气温度过高、燃气温度过高等情况发生时，会出现不同程序的限节气门模式，使得发动机跛行运行。,第26页共页,进气控制系统,增压压力示意图,增压压力控制：ECU根据进气压力测量值与ECU内部设定压力值之间的差值，通过PID参数，调整废气控制阀的占空比（DC%）,控制增压器产生增压压力的大小，直到实际增压压力MAP等于设定增压压力。气体机使用专用水冷增压器。,废气控制阀,作用：与增压器的放气阀连接，控制增压器废气门驱动气室的气体压力，从而控制增压器产生的增压压力。,增压空气源,增压器放气阀,放气端,线束端,第27页共页,进气控制系统,弹簧力方向,废气控制阀占空比=0时，电磁阀关闭，压缩空气推动增压器废气阀完全打开，增压器排气能量减少，最终降低增压压力；废气控制阀占空比=100%，电磁阀处压缩空气泄漏量最大，增压器废气阀在弹簧力作用下趋向关闭，增压器工作的排气能量增多，增压压力升高。,MAP设定增压压力时,占空比减少，增压器压力降低。,若通至阀门的空气被污染，阀门隔网可能堵塞，空气连接断开可能过增压；连接管路漏气，增压控制可能不稳；如果电气连接断开，则发动机功率下降。,第28页共页,进气控制系统,安装在电子节气门之后，集成压力温度的传感器：压力传感器（MAP）：测量进气管绝对压力，测量范围从真空到增压压力；温度传感器（MAT）：测量进气管温度。用途燃料喷射计算增压控制,进气压力温度传感器,安装在电子节气门之前，用于测量节气门前进气压力。只是压力传感器（PTP）用途作为计算进入发动机空气流量的修正参数，对涉及燃气量修正的充气效率提供基准。许多故障码的判断需要该参数作为参考。（如：SFC331,371,372,373,491）,安装位置不同，所以线束不能插错。,节气门前压力传感器,两者可以互换,湿度传感器,作用：测量进气湿度和温度，将信号传递给ECU，ECU修正空燃比来补偿环境对发动机所造成的影响，使发动机运行在最佳空燃比状态。注意事项：该传感器安装在空滤器和增压器进气口之间的空气管路上。尽量远离空压机取气口，并远离排气管,第29页共页,目录,六、点火控制系统,七、水循环系统,第30页共页,尾气处理系统,催化转化器,作用：将汽车排气系统中的有害物质碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物转化为水蒸气、二氧化碳和氮气。催化器的转化效率除了本身的因素外，还和使用条件密切相关，其中最关键的因素是使用温度和空燃比。催化转化器发热量大、温度高，整车布置时需对净化器转化器做热隔离处理，比如外包隔热材料，建议单独设置可靠的隔热室。催化转换器安装于发动机增压器之后、消音器之前，且安装于氧传感器之后（若有排气制动，则位于排气制动之后）。注意催化转化器的进出气指示箭头方向需与发动机排气流向一致。国三、国四、国五排放标准的发动机分别加装不同规格的催化转化器。,第31页共页,目录,六、点火控制系统,七、水循环系统,第32页共页,点火控制系统,第33页共页,点火控制系统,作用：测量发动机的凸轮轴位置和发动机转速。传递给ECU。ECU获取准确的转速信号后控制进气量、燃料量、点火提前角等。安装：相位传感器和信号盘之间的间隙为10.5mm，以保证发动机在最低转速时能产生波幅大于1V的电压信号。安装时调整点火角度：信号盘通常有一个标记齿（和其它齿不均匀分布）用来确定发动机旋转的绝对位置。安装调整方法：盘车至一缸压缩上止点，信号盘上的TDC标志刻线与相位传感器磁头左侧面外圆面相切。信号盘应可靠固定，以保证信号盘和发动机的相位关系不会改变。调整：准确的点火提前角度需用点火正时灯测量。,信号发生器总成和相位传感器,第34页共页,点火控制系统,水温对查表所得数值有一定补偿,ECU电控单元点火时刻进行开环控制,点火提前角从程序中查表，坐标为发动机转速/进气压力MAP,ECU触发信号上升时，点火模块打开点火驱动并寻找相应的点火线圈，初级电流上升到6.5A，给点火线圈充电，在触发信号下降前初级电流保持在6.5A；触发信号下降时，点火线圈驱动电流降低到初级电流；点火线圈次级端产生高压电；ECU复位脉冲触发点火模块再次在第一缸点火,点火模块,点火指令,点火监控,点火线圈状态；点火线圈维持6.5A电流所需要的Dwell调整量,第35页共页,点火控制系统,点火线圈,初级线圈使用匝数少线圈储存电流，次级线圈含有更多的线圈匝数，从而产生变压器功能（电压升高）,将点火线圈产生的高压电传递给火花塞，高压线属于易损件。日常维护检查需注意漏电检查。严禁用水冲洗。,作用：产生电火花，点燃混合气安装扭矩：2025N.m；火花塞间隙：0.350.05mm注意