天然气培训初级教材(即基本电控部件介绍)解读

锡柴天然气发动机基础培训教材,目 录,天然气发动机电控系统简介天然气发动机电控系统结构与特点天然气发动机电控系统工作原理 一、燃料控制部分 二、空气控制部分 三、点火控制部分,天然气发动机电控系统简介,目前，我厂的天然气发动机采用的电控系统为美国伍德沃德控制器公司开发的OH1.2系统。OH1.2系统功能1）怠速提升2）发动机保护3）巡航4）环境影响的修正5）诊断,天然气发动机电控系统主要由中央控制器ECM、燃气供给系统、空气控制部分以及点火控制系统组成。燃气供给系统分别有高压电磁阀、天然气减压器、热交换器、节温器、燃料喷射器、电子节气门、混合器、进气压力温度传感器组成。空气控制系统由节气门前压力传感器、电子节气门、混合器、进气温度压力传感器、废气旁通控制阀、氧传感器等组成。点火控制系统由点火模块、点火线圈、高压线以及火花塞组成。而增压器废气门控制系统可以使增压压力在每个工作点都能得到精确的控制。,天然气发动机电控系统结构,天然气发动机的实物图,电控系统组成图,燃气系统原理图,天然气发动机电控系统基本工作原理,储气瓶中的压缩天然气经滤清器过滤后，由天然气高压电磁阀控制通断、经减压器减压后进入喷射器、喷射器根据ECM的指令控制天然气流量，天然气在混合器中与增压中冷后的空气混合，节气门根据驾驶员要求的开度控制天然气进入气缸燃烧。进入气缸的混合气由点火系统依次对各缸点火，点火系统由点火模块、点火线圈、高压线、火花塞、点火线束组成。,ECM,2个连接接口60针I/O8-32V系统兼容可进行软件编程Motorola Hc12微处理器通信 ECM有两个专用于通信连接 RS232 ：用于PC Tools和标定 SAE J1708：用于车辆的其他功能模块,主要作用,中央控制器（ECM）根据发动机驾驶员的油门位置要求及转速信号计算需要的天然气流量和点火提前角，从而控制天然气流量和点火提前角，并由氧传感器实测的进行空燃比闭环控制。ECM对系统采集的参数进行监控，当发动机运行参数异常时输出故障代码。,燃气及电控系统在发动机上的布置图,天然气系统主要零部件布置在发动机上，从油泵功率输出端通过相位传动轴总成检测发动机工作相位火花塞、高压线与点火线圈分别为独立元件，高压线从缸盖罩壳顶面引出，各缸采用独立高压点火线圈。发动机线束和点火线束布置在发动机上。由于天然气发动机排温比一般柴油机排温要高，故采用水冷增压器。天然气混合器和电控节气门布置在发动机前端。,电控系统在发动机上的布置简述,天然气发动机电控系统的特点,1、高精度空燃比闭环控制：ECU通过采集发动机的各种实时参数，精确控制天然气的喷射量及增压压力，并根据氧传感器对空燃比进行闭环控制。2、采用水冷增压器及电控废气放气阀，增加反应速度。3、采用高能点火系统，各缸独立点火，充分利用点火能量，高燃烧效率，而且系统能在电瓶电压832V之间稳定点火。4、怠速和超速控制，利用电子节气门，使发动机具有超速保护功能及在怠速时更容易驱动空调，适合公交车辆的需求。5、 采用稀薄燃烧，最优点火提前角控制，使发动机具有很好的经济性，降低了发动机的热负荷并增加了爆震余度。6、具有故障诊断功能。7、多种发动机保护功能，确保发动机安全可靠的运行,基本术语解释,稀薄燃烧：是指在发动机大负荷时，利用增压中冷提高进气质量密度，实现稀燃，既提高经济性又可保证发动机功率。“当量混合气”理论上燃烧所有燃料所需的空气量，燃烧后无燃料和氧气剩余混合气中多余燃料称为浓，多余空气称为稀闭环控制是指ECM根据氧传感器反馈的发动机工作时的实际空燃比信号，实时的对发动机供气进行修正和补偿。以强化催化转化器的工作效率,一、燃料控制部分,燃料系统图,高压切断阀,= 高压燃气 ：20-300 bar,= 低压燃气 ：8-10 bar,FMV燃料计量阀,混合器,高压滤清器,低压滤清器 (选装),调压器,热交换器,节温器,气瓶,高压滤清器,至少能过滤95% 的0.3 至0.6 微米微粒滤清器能减少颗粒、润滑油对系统的污染,高压切断阀,主动切断的安全装置刀阀 开关导通启动延时特性能确保发动机启动前阀两端压力相等12/24Volt都可提供电阻261（环境温度6080,按ECM指令将来自天然气瓶的燃料及时切断或恢复燃料供给由ECM供电控制电磁线圈工作驱动阀芯动作，来控制高压燃料切断阀开通或闭合，使气路处于开、闭状态。停机后处于常闭状态。此阀安装过程中，进气端联接气瓶过来的管路，出气端联接高压减压器。为有效防止高压电磁阀进气接头与高压电磁阀结合部位漏气，并且锁紧接头使铜垫略有变形，有效密封。,调压阀,最大允许入口压力为24.8MPa最小允许入口压力为1.72MPa出口压力89bar；流量057kg/hr工作温度：-40125泄压设置值：152bar,作用：将高压天然气通过节流和加热，使高压的压缩天然气减压并稳定在8bar9bar的低压天然气工作原理：通过压力膜片克服弹簧阻力，带动杠杆，调整节流孔的流通面积，从而控制减压后的天然气压力减压后的天然气出口，通过一根压缩软管，接节温器入口。高压减压器必须通过一根压力反馈表与进气管连接，目的是为了根据工况控制调压器出口压力。调压器应安装在靠近发动机进气管和振动较小的位置，但不应直接安装在发动机上，所以减压阀一般安装在汽车（底盘）大梁上。设计调压阀支架时，应注意减压阀的安装位置不能高于发动机散热器顶部，否则加热水不能流经减压器，导致减压器结冰冻裂。,热交换器,由于天然气从200bar降至8bar导致燃气温度大幅降低，此时热交换器采用叉流结构以避免燃气过冷和冷却液过热时导致热冲击。在冷却水温高于0C的发动机所有工况，热交换器能保证燃气始终高于-40，可防止进入燃料计量阀前的燃气结晶。,由于压缩天然气减压过程中要对外吸热，导致减压器和喷射器结冰，因此在减压器和喷射器之间还装有热交换器，利用发动机循环水对天然气进行加热。为了控制天然气温度恒定，由节温器对加热水流量进行控制。,天然气减压过程中要对外吸热，容易使周围管道结霜，需要通过热交换器的冷却水来加热天然气，使管道内不至于产生冰堵现象。,热交换器燃气与冷却液的走向,节温器,保持出口燃气040左右，当燃气出口温度60 时会导致燃气流量的减少。相关参数：性能： 燃气温度超过40 ，30秒内关闭 燃气温度低于10 ，30秒内开启,燃气进口,燃气出口,冷却液进口,冷却液出口,反向可互换,有方向要求!,天然气燃料计量阀实物图,燃气出口,燃气压力,BOSCH喷嘴,燃气温度,燃气入口,低压切断阀,燃料计量阀的组成及作用,8个脉宽调制BOSCH（天然气）喷射阀一体式燃气压力传感器（NGP）一体式燃气温度传感器（NGT）一体式电磁切断阀节气门体上游喷射，保证良好的空气、燃气混合喷射阀与各缸时序对应（瞬态除外）,喷射阀驱动不能同时控制喷射阀的正负端驱动测量并控制最大电流 峰值和维持电流开始部分电流可达8Amps（峰值），之后下降至维持电流2Amps。,OH1.2ECM使用4组电磁阀驱动8个喷嘴 每个驱动器有两个平行的喷嘴 每个驱动器产生8A的峰值和2A的保持电流 每个喷嘴会有4A的峰值和1A的保持电流通常一次喷射会从在上止点的那一缸开始 对6缸机而言，因为只有4个驱动器驱动，所以相同的驱动器不总是对同一缸进行喷射,低压切断阀,作用：按ECM指令将来自高压减压器内的燃气及时切断或恢复燃气的供给。工作原理：由ECM供电控制电磁线圈工作驱动阀芯动作，来控制低压电磁阀开通或闭合，使气路处于开、闭状态。停机后处于常闭状态。,用机械压力表测量从热交换器出来到燃料计量阀的燃气压力可达到89bar,二、空气控制部分,空气控制系统图,OH1.2,OH1.2,Engine,Engine,Controller,Controller,Engine,发动机,排气管,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,排气,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,氧传感器,油门脚踏板,注意：由于压缩后的进气空气温度很高，如果无中冷，发动机容易发生爆震，NOx排放高，同时会造成进气密度降低，进而造成功率下降。,温度压力传感器（TMAP）,集成压力温度的传感器用途 1）燃料喷射计算 2）增压控制 3）测量进气管绝对压力 4）测量进气歧管温度注：不可同节气门前压力传感器（PTP）互换,节气门前压力传感器（PTP）,集成温度压力传感器 仅用来测量压力与TMAP不同的标定注：不能与温度压力传感器（TMAP）互换,电子节气门,电子节气门开度由ECM控制控制信号为脉宽调制信号 占空比由10%到90%节气门开度命令信号可同反馈信号对比节气门的动作可以由软件设定，使得对发动机转速的控制更加灵活,工作原理及作用：通过控制蝶阀的开度，控制进入缸内的混合气的量，从而控制发动机的转速和负荷。驾驶者通过油门踏板，将动力需求传送给ECM，ECM接收到油门踏板信号后，根据发动机运行工况控制电子节气门开度。通过控制蝶阀开度，控制怠速转速和调速特性曲线。,混合器,非运动件注：1）形状很重要 2）出入口的清洁很重要,混合器,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。有效减少有害物质排放物NOx和降低排气温度。工作原理：该混合器是空气/燃料等比列式混合器。它通过发动机的空气流量来决定它内部的膜片的开合大小，进而控制经过膜片的燃气流量。在任何运转状态下，都能较精确地控制空气/燃料混合物的比例。,废气旁通控制阀,废气旁通控制阀的相关注意点ON/OFF电磁阀开启频率为30HZ或50HZ增压空气和废气控制阀的正确连接非常重要如果通至阀门的空气被污染，阀门的隔网可能堵塞连接管路长度不可更改，否则增压控制可能不稳消声器仅用做隔音如果空气连接断开，发动机功率过大可能会损坏发动机，或者产生故障码（注：该故障码通过限制节气门来保护发动机和降低功率）如果电气连接断开，则发动机功率下降,带有小孔和网筛的接头,消声器,增压空气源,至废气控制阀,此阀带有更大的小孔和30Hz开启/关闭频率,废气旁通阀各部分图,废气门控制阀用于对增压器增压压力进行调节，以控制发动机功率达到目标值，并保证发动机具有良好的动态性能，因此发动机废气门工作状态对发动机的动力性能起着重要的作用。通过控制废气旁通控制阀的占空比，控制废气旁通阀的出口压力，从而控制发动机的增压压力。采用该技术能有效提升发动机低速扭矩，满足公交车频繁起动的工作要求。,增压器废气门控制用压缩空气管路示意图,氧传感器,UEGO：测量排气氧含量能使系统正常运行的关键的传感器OH1.2ECM可以测量出从稀燃50%到富燃10%的计量比,作用：通过检测排气中的氧分子浓度，从而测量燃烧时的空燃比，ECM根据测量所得的空燃比修正燃气供给量氧传感器不能安装在排气管下方或转弯处，安装位置处不能进雨水，氧传感器和发动机之间最好有隔热罩等隔热装置,氧传感器有四个主要部件：1、加热器将传感器加热到合适的温度（约800度）2、泵室将氧气泵入或泵出感应电池，同时也是测量燃/空比的基础3、感应电池用来测量的部位，按计量比反馈泵电池添加或削减氧气4、标定电阻用来补偿泵电池的,脚踏板,脚踏板必须有一电位计和怠速确认开关（IVS）当脚踏板踩下时，怠速确认开关必须是关闭的。脚踏板需要有特殊的标定OH1.2ECM在每一次开店循环后重新标定脚踏板,三、点火控制系统,点火控制系统示意图,OH1.2ECM,OH1.2ICM点火模块,信号盘信号,判缸信号,V+,V+,V+,火花塞1,点火线圈1,点火线圈2,点火线圈3,火花塞2,火花塞3,感应式点火线圈,护套,点火线圈体(初级和次级线圈),接插头,感应式点火线圈,感应式点火线圈初级电子绕线存储电流具有多个绕线的次级线圈用来进行变压转换（电压上升）,点火线圈,作用：接收来自ECM点火指令，产生高电压并将高电压传递给火花塞，产生火花，点燃天然气。点火线圈能根据ECM指令控制点火时刻，使发动机实现低排放、低气耗。该车采用的是独立点火方式，每一个气缸由一个独立的点火线圈控制点火。安装时拧紧点火线圈安装螺栓，以保证点火线胶套弹簧与火花塞头部紧密接触。由于高压电源会在接触表面产生电弧，弹簧与火花塞头部易受热氧化，导致接触部位电阻过大，分压作用过大导致火花塞点火能量降低，严重时会导致失火。,点火控制,点火时间是开环控制点火时间编程在OH1.2ECM中有模块IMON对点火持续时间进行反馈IMON可以告诉ECM 1）每个点火线圈的初级电路是否正常 2）调整点火持续时间确保所有线圈每次点火初级电流至6.5A,点火控制模块,ICM：点火控制模块ICM只是一个驱动盒，在点火线圈开始充电时它从ECM接收到信号当来自于ECM的触发信号上升时1）ICM打开点火驱动并寻找相应的点火线圈2）初级电流上升到6.5A3）在触发信号下降前初级电流保持在6.5A4）当触发信号下降时，ICM驱动电流降低到初级电流5）产生火花6）来自ECM的复位脉冲触发ICM再次在第一缸点火,火花塞,1、绝缘体2、火花塞头部3、密封垫圈4、中间柱体5、火花塞体7、垫圈8、电极9、密封垫圈10、中心电极11、地电极,作用：接收来自点火线圈的高压电，产生电火花，点燃进入气缸内的混合气安装要求：安装时拧紧火花塞，拧紧火花塞必须使用专用火花塞套筒。由于高压电源会接触表面产生电弧，弹簧与火化塞头部易受热氧化，导致接触部位电阻过大，分压作用过大导致火花塞点火能量降低，严重时会导致失火。所以安装火花塞和点火线圈时，必须在火花塞头部涂抹导电管。在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应涂抹绝缘润滑油脂，以