l玉柴CNG单燃料发动机EControl系统的组成及工作原理

1、l 玉柴CNG单燃料发动机EControl系统的组成及工作原理图1所示为玉柴CNC单燃料发动机EControl系统的组成。高压的压缩天然气从天然气罐(储气钢瓶出来,经过天然气滤清器过滤后,经高压电磁阀进入高压减压器。高压减压器的作用是将高压的压缩天然气(工作压力为20 MPa3 MPa经过减压加热,将压力调整至700 kPa900 kPa。高压天然气在减压过程中由于减压膨胀,需要吸收大量的热量,为防止高压减压器结冰,须用发动机冷却液在高压减压器里对天然气进行加热。经减压后的天然气进入电控调压器(EPR,电控调压器的作用是根据发动机运行工况精确控制天然气喷射量。天然气与空气在混合器内充分混合,进

2、入发动机气缸内,由火花塞点燃,火花塞的点火时刻由ECM控制,氧传感器即时监控排气管内尾气的氧浓度,推算出空燃比, ECM根据氧传感器的反馈信号和控制MAP及时修正天然气喷射量。另外,ECM对增压器的废气旁通阀的开度进行控制,使发动机的转矩能满足使用要求。1.1增压压力控制如图2所示,HD EPR系统利用废气旁通控制阀提供的一个空气压力,经过隔膜和推杆的推力传递来控制废气旁通阀的开度,通过调整经过漏轮的排气来调整增压压力,使其和发动机的负荷相对应。整车给废气旁通控制阀提供的空气压力应为23.5 Psi(1 Psl=6.895 kPa,有一个压力传感器监控着到隔膜的空气压力,这个压力须等于由ECM

3、计算出来的命令值。通过对增压压力的控制,保证了发动机具有良好的转矩曲线及良好的瞬态性能。Econtrol系统整车提供给发动机增压器的压力为160 kPa(相对压力/260 kPa(绝对压力。1.2负荷控制如图3所示,驾驶人通过加速踏板传递一个电信号(加速踏板位置命令给ECM后,ECM将其转换成一个负荷百分比命令,然后计算出要达到此负荷需要的MAP目标和参考压力指标(TIP目标。ECM控制电子节气门开度和废气旁通阀开度使测量的MAP值达到MAP目标,然后节气门进行调整,校正节气门前后的压差,使TIP测量值达到TIP目标,在调整节气门的过程中不断调整废气旁通阀的开度,保持MAP的测量值和目标值一致

4、。13燃料控制如图4所示,HD EPR系统通过控制电控调压器出口的燃料压力来控制发动机的燃料供应量。EPR里有一个芯片,它接收从ECM传来的燃料压力指令(EPR燃料出口压力和混合器入口处的空气压力之差,同时EPR内的压力传感器测出这个压差的实际值,并把这个燃料压差情况传递给ECM;然后EPR内的电动机驱动调压器内的膜片和杠杆来调整FPR出口压差值,使这个压差满足ECM指令要求。同时ECM通过氧传感器测量尾气中氧浓度,从而测量混合气空燃比。发动机控制系统不断修正天然气的供应量,实现全工况闭环控制,精确控制空燃比,使天然气在缸内燃烧最优化。2玉柴CNG单燃料发动机EComtrol系统主要零部件和安

5、装技术2.1高压减压器高压减压器(图5的工作原理是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。其作用是通过节流和加热使高压的压缩天然气减压至700 kPa900 k Pa的低压天然气。高压减压器的安装要求:安装在底盘上,其位置不能高于发动机散热器顶部;应竖直安装且其接反馈管的一端应朝上;进气接头螺纹部分必须使用螺纹密封胶,并且使用铜垫片进行密封。2.2低压电磁阀低压电磁阀(图6的工作原理是由线圈驱动阀芯,由ECM控制其开合,停机状态下处于常闭状态。其作用是及时切断或恢复燃料供给。低压电磁阀的安装要求:为有效防止低压电磁阀进气接头与低压电磁阀结合部位漏气

6、,安装该接头时,必须使用螺纹密封胶(如乐泰262,并且锁紧接头使铜垫片略有变形,有效密封。23混合器混合器(图7是空气/燃料等比例式混合器。通过发动机的空气流量来决定其内部的膜片的开合大小,进而控制经过膜片的天然气流量。在任何运转状态下,都能精确地控制空气/燃料混合物的比例。混合器能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的排放和排气温度。混合器的安装要求:电控调压器出气管安装在混合器天然气入口处,安装时锥螺纹部分必须使用螺纹密封胶以防止漏气。将混合器垫片安装在混合器接管与混合器的结合面,应注意拧紧螺栓以防止漏气。24电子节气门电子节气门(图8的工作原理及作用:通过控

7、制蝶阀的开度,控制进入气缸内的混合气的量,从而控制发动机的转速和负荷。驾驶人通过加速踏板,将动力需求传送给ECM, ECM接收到加速踏板信号后,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。电子节气门的安装要求:在安装电子节气门时,驱动电动机轴线必须保持水平方向。25电控单元(ECMECM(图9是电控CNC发动机的管理核心,遁过各种传感器监控发动机的运行工况,根据发动机运行工况和控制MAP控制各执行器,并且通过CAN总线与汽车各子系统进行通讯。ECM的工作电压为16 V32 V。ECM可以安装在发动机上,但应尽可能将ECM安装在振动小的位置,并且要有可靠的

8、防水、防油、散热措施。2.6废气旁通控制阀通过控制废气旁通控制阀(图10的占空比,控制废气旁通控制阀的出口压力,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的低速转矩及动力响应性,满足公交车频繁起步的工作要求。废气旁通控制阀应安装在散热条件较好的低温区,保证零部件可靠性。27防喘振阀当发动机突然减速时,通过喘振阀通气软管将节气门后的低压压力传递到防喘振阀压力反馈接头上,打开防喘振阀单向截止膜片,使增压器压气机前后压力平衡,避免增压器喘振,保护增压器。防喘振阀(图11共有3个接口。通过喘振阀通气软管连通防喘振阀和进气管压力,另外2个D25外径的接口分别连接压气机前进气管和压气机后进气管。

9、6G、6J系列CNC发动机使用2个防喘振阀,2个防喘振阀安装时进出气口刚好相反,使气流能相互流通。4G系列CNG发动机只需要1个防喘振阀即可满足要求。防喘振阀2端内径d25的连接管由汽车厂配备。2.8 点火线圈和火花塞 点火线圈（图 12a）接收来自 ECM 的点火指令，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。火花塞（图 12b）接收来自点火线圈的高电压，产 生火花，点燃天然气。安装时，应拧紧火花塞(拧紧力矩为 20 N.m40 N.m和点火线圈的安装螺栓，拧紧火花塞时必 须使用专用火花塞套筒，以保证

10、点火线圈胶套内弹簧与火花 塞头部紧密接触。由于高压电源会在接触表面产生电弧，弹 簧与火花塞头部接触的部位易受热氧化，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 与点火线圈弹簧结合部位涂抹导电膏。在胶套与火花塞接触 的陶瓮部位应该涂抹绝缘润滑油脂，以防止因胶套老化导致 火花塞与气缸盖之间漏电。CNG 火花塞电极间隙为 0.33 mm+0.05 mm。 2.9 电子加速踏板 电子加速踏板（图 13）为接触式单电位计、单 IVS 加速 踏板，驾驶人通过电子加速踏板驱动和控制发动机运行工况， 反映驾驶人的实际动力需求。该

11、加速踏板为接触式电子加速 踏板，安装时应注意将加速踏板布置在防油、防水、防电磁 干扰条件较好的地方。为防止整车电磁干扰影响电子加速踏 板传递给 ECM 的信号，要求电子加速踏板至整车接口信号线 必须使用屏蔽线，并且屏蔽层要搭铁牢固可靠。图 14 所示 为电子加速踏板的输出特性和端子布置图，怠速时，IVS 断 开为高电平。 2.10 氧传感器 系统通过氧传感器（图 15）检测排气中氧的浓度监测燃 烧时的空燃比， 根据测量所得的空燃比修正燃气供给量。 ECM 氧传感器安装在离增压器出口或排气弯管下游 3 倍5 倍排气 管直径（大约 250 mm400 mm）的地方，焊接一个氧传感器 安装座（该零件

12、由玉柴提供） 供安装氧传感器（即 ， UEGO_SENSOR）用；氧传感器应安装在排气管远离发动机的 一侧（不能安装在排气管下方） ，传感器线束走向应尽量远 离发动机和排气管，并可靠固定；氯传感器不能安装在排气 管转弯处；氧传感器在满足前面要求的情况下尽可能靠近涡 轮增压器；如果有排气制动阀，氧传感器应安放在排气制动 阀的下游；氧传感器的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。 2.11 大气环境传感器 系统通过大气环境传感器 （图 16） 测量进气压力、 温度、 湿度，并根据所测得的湿度、压力来修正实际控制空燃比和 天然气供给量，使发动机运行在最佳状态。该传感器要

13、求安 装在空气滤清器和增压器之间的空气管路上，大气环境传感 器安装座由玉柴提供，大气环境传感器安装座焊接在进气管 路上，焊接时必须保证焊接部位密封可靠。为保证大气环境 传感器测量值正确，安装时必须保证传感器底面 4 个湿度测 量小孔不被挡住，并且该传感器温度、压力探头必须置于气 流中以测量出正确值。 2.12 进气压力温度传感器节气门前压力传感器 系统通过进气压力温度传感器节气门前压力传感器 （图 17） 测量中冷后的压力、 温度， 结合发动机转速、 排量、 充气效率，利用速度密度法即可计算出混合气流量。进气压 力温度传感器要求安装在电子节气门下游的进气管上，安装 时尽可能让传感器温度、压力探

14、头置于混合气气流中，以测 量出正确的值；节气门前压力传感器要求安装在混合器之前 的进气管上，安装时尽可能让传感器温度、压力探头置于混 合气气流中，以测量出正确的值。 213 凸轮轴位置传感器 系统通过凸轮轴位置传感器信号轮的触发信号，将第 1 缸活塞压缩上止点位置及时准确地传速给 ECM，同时有测量 曲轴转速的功能，ECM 根据触发信号及控制 MAP 来控制发动 机的点火提前角、空然比、增压压力等参数。图 18 所示为 发动机处于第 1 缸压缩上止点时，信号轮和凸轮轴位置传感 器的相对位置。安装时应注意：信号轮正时标记齿朝外，并 且先将发动机转动到第 1 缸压缩上止点位置，然后调节油泵 齿轮，使信号轮与传感器相对位置如下所示。安装时保证传 感器与信号轮之间的间隙在 0.4 mm-0.8 mm。 2.14 电控调压器(EPR 电控调压器（图 19）是一个电子控制的压力调节器，在 其内部有一个由微处理器控制的大功率的高速电动机，微处 理器通过 CAN 和 ECM 连接传输信息。F,PR 有两个功能：一