第七章 燃气发动机电控技术简介

1、2005年6月 2005年6月 一、一、燃气汽车的发展燃气汽车的发展 二、二、燃气汽车的类型燃气汽车的类型 三、三、燃气发动机供给系统燃气发动机供给系统 2005年6月 一、燃气汽车的发展一、燃气汽车的发展 1.燃气汽车的发展历程燃气汽车的发展历程 2.我国燃气汽车的发展现状我国燃气汽车的发展现状 3. 燃气汽车的发展趋势燃气汽车的发展趋势 2005年6月 1. 燃气汽车的发展历程：燃气汽车的发展历程： 1872年天然气发动机问世；三十年代初由意大利年天然气发动机问世；三十年代初由意大利 人率先采用天然气作为汽车燃料。人率先采用天然气作为汽车燃料。 七十年代燃气汽车技术逐渐快速发展。七十年代燃

2、气汽车技术逐渐快速发展。 九十年代后天然气汽车数量迅速增加九十年代后天然气汽车数量迅速增加 。 2005年6月 2. 我国燃气汽车的发展现状我国燃气汽车的发展现状 20世纪世纪50时年代开始天然气汽车的研究；时年代开始天然气汽车的研究； 80年代中期开始发展天然气汽车；年代中期开始发展天然气汽车； 1994年起上海组织开展液化石油气燃气汽车样车的适年起上海组织开展液化石油气燃气汽车样车的适 用及研究；用及研究； 2001年底我国燃气汽车保有量已超过年底我国燃气汽车保有量已超过11万辆万辆,预计到预计到 2005年，我国燃气汽车的保有量将达到年，我国燃气汽车的保有量将达到100万辆，到万辆，到2

3、001 年将达到年将达到150万量。万量。 2005年6月 3.燃气汽车的发展趋势燃气汽车的发展趋势 目前，两用燃料单点喷射系统和单一燃料目前，两用燃料单点喷射系统和单一燃料 （天然气或液化石油气）闭环多点顺序喷射系统（天然气或液化石油气）闭环多点顺序喷射系统 相继问世，而闭环多点顺序喷射系统是当今燃气相继问世，而闭环多点顺序喷射系统是当今燃气 发动机电控技术发展的主流和方向。发动机电控技术发展的主流和方向。 2005年6月 二、燃气汽车的类型二、燃气汽车的类型 1. 按所用气体燃料的种类按所用气体燃料的种类 液化石油气汽车、天然气汽车、液化石油气汽车液化石油气汽车、天然气汽车、液化石油气汽车

4、 以液化石油气作为燃料；天然气汽车以天然气作为燃以液化石油气作为燃料；天然气汽车以天然气作为燃 料。料。 2. 按所用燃料的数量和形式按所用燃料的数量和形式 单燃料燃气汽车、两用燃料燃气汽车、混合燃料单燃料燃气汽车、两用燃料燃气汽车、混合燃料 燃气汽车单燃料燃气汽车只使用天然气或液化石油气燃气汽车单燃料燃气汽车只使用天然气或液化石油气 中的一种作为发动机燃料。中的一种作为发动机燃料。 2005年6月 三、燃气发动机供给系统三、燃气发动机供给系统 1. 燃气发动机供给系统类型燃气发动机供给系统类型 2. 机械控制式燃气供给系统机械控制式燃气供给系统 2005年6月 1. 燃气发动机供给系统类型燃

5、气发动机供给系统类型 （1）按燃气供给量的控制方式按燃气供给量的控制方式 （2）按燃气供给方式按燃气供给方式 （3）按空燃比控制方式按空燃比控制方式 （4）按发动机的类型按发动机的类型 2005年6月 （1）按燃气供给量的控制方式）按燃气供给量的控制方式 机械控制式燃气供给系统、电子控制式燃气供给系统、电子控机械控制式燃气供给系统、电子控制式燃气供给系统、电子控 制式燃气供给系统由各种传感器采集并向制式燃气供给系统由各种传感器采集并向ECU输送发动机的工况输送发动机的工况 信息，信息，ECU则根据这些信息和内存控制模型直接控制功率阀或燃则根据这些信息和内存控制模型直接控制功率阀或燃 气喷射器工

6、作，以实现对供气量的控制。气喷射器工作，以实现对供气量的控制。 电子控制式燃气供给系统的燃气与空气可以采用缸内混合方式，电子控制式燃气供给系统的燃气与空气可以采用缸内混合方式， 也可采用缸外混合方式。也可采用缸外混合方式。 2005年6月 （2）按燃气供给方式）按燃气供给方式 混合气供给系统、燃气喷射系统混合气供给系统、燃气喷射系统 混合气供给系统的燃气与空气采用缸外混合方式，与传统混合气供给系统的燃气与空气采用缸外混合方式，与传统 的化油器式汽油发动机类似。的化油器式汽油发动机类似。 燃气喷射系统与空气可以采用缸内混合方式，也可采用缸燃气喷射系统与空气可以采用缸内混合方式，也可采用缸 外混合

7、方式。外混合方式。 缸内混合方式与柴油机类似，在发动机压缩行程接近上止缸内混合方式与柴油机类似，在发动机压缩行程接近上止 点时，将一定量的燃气经安装在气缸盖上的高压燃料阀（或喷点时，将一定量的燃气经安装在气缸盖上的高压燃料阀（或喷 嘴）直接喷入气缸，在气缸内部使燃气与空气混合形成可燃混嘴）直接喷入气缸，在气缸内部使燃气与空气混合形成可燃混 合气。合气。 缸外混合方式是将燃气定时、定量的喷入各缸进气歧管中缸外混合方式是将燃气定时、定量的喷入各缸进气歧管中 的进气门处。的进气门处。 2005年6月 （3）按空燃比控制方式）按空燃比控制方式 开环控制系统和闭环控制系统开环控制系统和闭环控制系统 机械

8、控制燃气供给系统均属开环控制系统机械控制燃气供给系统均属开环控制系统 闭环控制系统是由闭环控制系统是由ECU根据氧传感器的反馈信号对供根据氧传感器的反馈信号对供 气量进行修正。气量进行修正。 2005年6月 （4）按发动机的类型）按发动机的类型 单燃料发动机供给系统、两用燃料发动机供给系统、单燃料发动机供给系统、两用燃料发动机供给系统、 混合燃料发动机供给系统。混合燃料发动机供给系统。 2005年6月 2.机械控制式燃气供给系统机械控制式燃气供给系统 （1）单燃料发动机燃气供给系统单燃料发动机燃气供给系统 （2）两用燃料发动机供气系统两用燃料发动机供气系统 （3）燃料发动机供给系统燃料发动机供

9、给系统 2005年6月 （1）单燃料发动机燃气供给系统）单燃料发动机燃气供给系统 单燃料发动机燃气供给系统一般利用节气门根据工况要单燃料发动机燃气供给系统一般利用节气门根据工况要 求实现对混合气量的控制，而可燃混合气一般利用火花塞点求实现对混合气量的控制，而可燃混合气一般利用火花塞点 燃。燃。 2005年6月 （2）两用燃料发动机供气系统）两用燃料发动机供气系统 化油器式汽油机改装的汽油化油器式汽油机改装的汽油/CNG两用燃料发动机供给系统两用燃料发动机供给系统 结构特点：即在原汽油机上加装一套结构特点：即在原汽油机上加装一套CNG燃气供给系统，包括燃气供给系统，包括 高压钢瓶、高压管路、滤清

10、器、调节器、混合器等，在燃用天高压钢瓶、高压管路、滤清器、调节器、混合器等，在燃用天 然气时，替代原汽油机供给系统向发动机提供天然气空气混然气时，替代原汽油机供给系统向发动机提供天然气空气混 合气。合气。 化油器式汽油机改装的汽油化油器式汽油机改装的汽油/LPG两用燃料发动机供给系统两用燃料发动机供给系统 由燃料转换开关控制两个电磁阀实现燃用汽油与由燃料转换开关控制两个电磁阀实现燃用汽油与LPG的切换，的切换， LPG经过滤清器过滤后，进入调节器进行减压并蒸发，气态的经过滤清器过滤后，进入调节器进行减压并蒸发，气态的 LPG流入混合器与空气混合形成可燃混合气进入气缸。流入混合器与空气混合形成可

11、燃混合气进入气缸。 2005年6月 （3）燃料发动机供给系统）燃料发动机供给系统 柴油柴油/CNG混合燃料发动机供给系统组成：燃料供给系混合燃料发动机供给系统组成：燃料供给系 统、发动机控制保护系统、天然气供给和调节系统、天然气统、发动机控制保护系统、天然气供给和调节系统、天然气 储存系统。储存系统。 2005年6月 一、一、电控燃气供给系统的功能电控燃气供给系统的功能 二、二、混合器供气电控系统的组成混合器供气电控系统的组成 三、三、混合器供气电控系统工作原理混合器供气电控系统工作原理 2005年6月 一、电控燃气供给系统的功能一、电控燃气供给系统的功能 1. 模拟汽油喷射信号模拟汽油喷射信

12、号 发动机在燃用燃气时必须在切断汽油喷射的同发动机在燃用燃气时必须在切断汽油喷射的同 时，由电控燃气供给系统向汽油时，由电控燃气供给系统向汽油ECU输入模拟的汽输入模拟的汽 油喷射信号。油喷射信号。 2模拟氧传感器信号模拟氧传感器信号 电控燃气供给系统必须向汽油电控燃气供给系统必须向汽油ECU输入一个理输入一个理 想的模拟氧传感器信号，以便切换到燃用汽油时汽想的模拟氧传感器信号，以便切换到燃用汽油时汽 油油ECU能够正常工作。能够正常工作。 2005年6月 二、混合器供气电控系统的组成二、混合器供气电控系统的组成 1 基本组成基本组成 除与电控汽油喷射系统共用的元件外，增加的主除与电控汽油喷射

13、系统共用的元件外，增加的主 要电控元件有：转换开关、模拟器、燃气要电控元件有：转换开关、模拟器、燃气ECU、步进、步进 电机功率阀等。电机功率阀等。 2 主要元件位置主要元件位置 燃气供给系统中的调节器、混合器、步进电动机燃气供给系统中的调节器、混合器、步进电动机 功率阀等均安装在发动机室内，燃料转换开关安装在驾功率阀等均安装在发动机室内，燃料转换开关安装在驾 驶室内仪表盘附近，不同车型高压气瓶安装位置不同，驶室内仪表盘附近，不同车型高压气瓶安装位置不同， 手动供气阀、电磁阀等安装位置不同。手动供气阀、电磁阀等安装位置不同。 2005年6月 三、混合器供气电控系统工作原理三、混合器供气电控系统

14、工作原理 1 开环控制系统开环控制系统 2 闭环控制系统闭环控制系统 2005年6月 1 开环控制系统开环控制系统 电控汽油喷射发动机改装的汽油电控汽油喷射发动机改装的汽油/CNG两用燃料两用燃料 发动机开环控制供气系统，在进气管前，该系统的发动机开环控制供气系统，在进气管前，该系统的 燃气供给和汽油供给两个燃料供给系统是并列的。燃气供给和汽油供给两个燃料供给系统是并列的。 在发动机工作时由油气转换开关控制燃气电磁阀和在发动机工作时由油气转换开关控制燃气电磁阀和 电动燃油泵，同一时刻，只允许发动机燃用汽油或电动燃油泵，同一时刻，只允许发动机燃用汽油或 燃气一种燃料。燃气一种燃料。 发动机燃用天

15、然气时，将燃料转换开关转到发动机燃用天然气时，将燃料转换开关转到“气气” 位置，此时燃气电磁阀开启、电动燃油泵停止工作，位置，此时燃气电磁阀开启、电动燃油泵停止工作， 天然气经减压调节器减压后，在经动力调节阀进入天然气经减压调节器减压后，在经动力调节阀进入 混合器，并与来自空气滤清器的清洁空气混合后供混合器，并与来自空气滤清器的清洁空气混合后供 往气缸。往气缸。 2005年6月 2 闭环控制系统闭环控制系统 闭环控制系统，在减压调节器和混合器之闭环控制系统，在减压调节器和混合器之 间安装由间安装由ECU控制的功率阀，并加装氧传感器控制的功率阀，并加装氧传感器 实现空燃比闭环控制，则可使发动机在

16、各种工实现空燃比闭环控制，则可使发动机在各种工 况下都能获得最佳的空燃比。况下都能获得最佳的空燃比。 2005年6月 混合燃料发动机混和供气电控系统是纯混合器混合燃料发动机混和供气电控系统是纯混合器 供气电控系统与第一代柴油机电控燃油喷射系统的供气电控系统与第一代柴油机电控燃油喷射系统的 结合，混合燃料发动机采用压缩自然式的点火方式，结合，混合燃料发动机采用压缩自然式的点火方式， 没有点火系统，而引燃柴油的喷射量和喷射正时由没有点火系统，而引燃柴油的喷射量和喷射正时由 柴油机电控燃油喷射系统控制。柴油机电控燃油喷射系统控制。 CNG/柴油混和燃料非增压发动机混和器供气系柴油混和燃料非增压发动机

17、混和器供气系 统组成：天然气供气系统、引燃柴油供给系统、电统组成：天然气供气系统、引燃柴油供给系统、电 子控制单元。子控制单元。 2005年6月 天然气供气系统主要由高压气瓶、电磁阀、天然气供气系统主要由高压气瓶、电磁阀、 调节器、功率阀、混和器组成。调节器、功率阀、混和器组成。 电子控制单元的主要功能是根据各传感器信电子控制单元的主要功能是根据各传感器信 号来确定供油齿条和功率阀的位置，并根据燃料号来确定供油齿条和功率阀的位置，并根据燃料 转换开关等控制天燃气电磁阀的通断，同时燃气转换开关等控制天燃气电磁阀的通断，同时燃气 ECU也具有失效保护功能。也具有失效保护功能。 2005年6月 一、

18、一、电控气态燃气喷射系统电控气态燃气喷射系统 二、二、电控液态燃气喷射系统电控液态燃气喷射系统 2005年6月 一、电控气态燃气喷射系统一、电控气态燃气喷射系统 1. 电控气态燃气喷射系统的分类电控气态燃气喷射系统的分类 2.单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷 射系统射系统 3.混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统 4.电控燃气直接喷射系统电控燃气直接喷射系统 2005年6月 1 电控气态燃气喷射系统的分类电控气态燃气喷射系统的分类 （1）按使用燃料）按使用燃料 电控气态电控气态CNG喷射系统、电控气态喷射系统、电控气态LP

19、G喷射系统喷射系统 下一页 2005年6月 （2）按燃气）按燃气ECU工作原理工作原理 直接采集信号控制系统、间接采集信号控制系统。直接采集信号控制系统、间接采集信号控制系统。 直接采集信号控制系统的燃气直接采集信号控制系统的燃气ECU直接采集各种传感器信号，如直接采集各种传感器信号，如 发动机转速、节气门位置、氧传感器等信号，经过分析计算，确定喷发动机转速、节气门位置、氧传感器等信号，经过分析计算，确定喷 入各缸的燃气量。入各缸的燃气量。 间接采集信号控制系统的燃气间接采集信号控制系统的燃气ECU只相当于一个转换器，它充分只相当于一个转换器，它充分 利用汽油利用汽油ECU的控制功能，采集汽油

20、的控制功能，采集汽油ECU输出的喷油器控制信号并将输出的喷油器控制信号并将 其转化为燃气喷射器控制信号再用来控制燃气喷射器的喷射时刻和喷其转化为燃气喷射器控制信号再用来控制燃气喷射器的喷射时刻和喷 射时间。射时间。 2005年6月 2.单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷射单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷射 系统系统 电控多点燃气喷射系统将燃气喷射器布置在各电控多点燃气喷射系统将燃气喷射器布置在各 缸进气歧管的进气门处，采用顺序喷射控制方式分缸进气歧管的进气门处，采用顺序喷射控制方式分 别对每个缸的燃气喷射器进行控制。如图日本本田别对每个缸的燃气喷射器进行控制。如图日本本田 公司研制的电控

21、多点燃气喷射系统。公司研制的电控多点燃气喷射系统。 2005年6月 3 混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统 混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统与混混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统与混 合器供气电控系统相比，只是采用的燃气供给方合器供气电控系统相比，只是采用的燃气供给方 式不同，多点燃气喷射系统中取消了功率阀和混式不同，多点燃气喷射系统中取消了功率阀和混 合器，利用燃气喷射器控制燃气供给量。如图柴合器，利用燃气喷射器控制燃气供给量。如图柴 油机电控燃油喷射系统与电控多点燃气喷射系统油机电控燃油喷射系统与电控多点燃气喷射系统 组成的柴油组成的柴油/CNG混和燃料

22、发动机供给系统。混和燃料发动机供给系统。 2005年6月 4 电控燃气直接喷射系统电控燃气直接喷射系统 电控燃气直接喷射系统利用燃气喷射器直接电控燃气直接喷射系统利用燃气喷射器直接 向气缸内供气，并由燃气向气缸内供气，并由燃气ECU控制喷气量和喷气控制喷气量和喷气 正时正时 。 2005年6月 二、电控液态燃气喷射系统二、电控液态燃气喷射系统 电控液态燃气喷射系统以液化石油气为燃料，电控液态燃气喷射系统以液化石油气为燃料， 主要部件包括，主要部件包括，LPG燃料泵、压力调节器、压力燃料泵、压力调节器、压力 传感器、喷射器及传感器、喷射器及ECU等。等。 目前研制的电控液态目前研制的电控液态LP

23、G喷射系统都是间接喷射系统都是间接 采集信号的控制系统，即燃气采集信号的控制系统，即燃气ECU都是利用汽油都是利用汽油 ECU的喷油器控制信号（包括同步喷射信号和异的喷油器控制信号（包括同步喷射信号和异 步喷射信号），来控制燃气喷射器的工作。步喷射信号），来控制燃气喷射器的工作。 2005年6月 一、 一、功率阀功率阀 二、二、模拟器模拟器 三、三、点火提前调节器点火提前调节器 四、四、燃气喷射器燃气喷射器 2005年6月 一、功率阀一、功率阀 （1）功率阀的安装位置功率阀的安装位置 （2）功率阀的类型功率阀的类型 （3）功率阀的控制原理功率阀的控制原理 2005年6月 （1）功率阀的安装位置

24、）功率阀的安装位置 功率阀安装在燃气压力调节器与混合器之间功率阀安装在燃气压力调节器与混合器之间 的低压输气管路中。的低压输气管路中。 2005年6月 （2）功率阀的类型）功率阀的类型 步进电动机功率阀、占空比功率阀。步进电动机功率阀、占空比功率阀。 步进电动机功率阀采用步进电动机驱动调节阀步进电动机功率阀采用步进电动机驱动调节阀 来执行燃气来执行燃气ECU的指令，实现燃气供给量调节。的指令，实现燃气供给量调节。 占空比功率阀采用占空比控制型电磁阀来执行占空比功率阀采用占空比控制型电磁阀来执行 燃气燃气ECU的指令，实现燃气供给量调节。的指令，实现燃气供给量调节。 2005年6月 （3）功率阀

25、的控制原理）功率阀的控制原理 功率阀通过改变低压输气管路的流通截面来控制供功率阀通过改变低压输气管路的流通截面来控制供 气量。气量。 双步进电动机功率阀双步进电动机功率阀 2005年6月 二、模拟器二、模拟器 （ （1） 模拟器的功用模拟器的功用 （2） 模拟器的类型及工作原理模拟器的类型及工作原理 2005年6月 （1） 模拟器的功用模拟器的功用 发动机燃用燃气时，产生并向汽油发动机燃用燃气时，产生并向汽油ECU输送模输送模 拟喷油器工作的信号。拟喷油器工作的信号。 2005年6月 （2） 模拟器的类型及工作原理模拟器的类型及工作原理 电压驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接通短电压驱动方式：当

26、燃用汽油时，模拟器接通短 路开关即可将蓄电池路开关即可将蓄电池12V电源不经电阻电源不经电阻R输送给喷输送给喷 油器，喷油器正常工作。当燃用燃气时，模拟器断油器，喷油器正常工作。当燃用燃气时，模拟器断 开短路开关，此时汽油开短路开关，此时汽油ECU仍能正常向喷油器输仍能正常向喷油器输 送喷油信号，由于接通喷油器搭铁回路后，蓄电池送喷油信号，由于接通喷油器搭铁回路后，蓄电池 12V电源经过串联电阻电源经过串联电阻R输送给喷油器，使通过喷输送给喷油器，使通过喷 油器的电流减小，喷油器线圈产生的电磁力不足以油器的电流减小，喷油器线圈产生的电磁力不足以 吸开针阀，所以喷油器不喷油，但输送给汽油吸开针阀

27、，所以喷油器不喷油，但输送给汽油 ECU的仍是的仍是12V电压信号。电压信号。 下一页 2005年6月 电流驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接电流驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接 通喷油器电路而断开电阻通喷油器电路而断开电阻R电路，喷油器正常工电路，喷油器正常工 作。当燃用燃气时，模拟器则断开喷油器电路作。当燃用燃气时，模拟器则断开喷油器电路 而接通电阻而接通电阻R电路，喷油器不喷油，由于喷油器电路，喷油器不喷油，由于喷油器 并联电阻与喷油器电阻相等，所以输送给汽油并联电阻与喷油器电阻相等，所以输送给汽油 ECU的电流信号不变。的电流信号不变。 a）电压驱动式喷油器）电压驱动式喷油器 b）电流驱动式喷油器）电流驱动式喷油器 2005