OH2.x 系统简介(潍柴)

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OH2.x简介

2010年9月系统手册/文件系统应用/标定/诊断手册–26312OH2系统新零件SmartCoil应用手册–26313BoschLSU4.2应用手册–26345湿度传感器应用手册–26375PCM-HD硬件手册-26287线束图纸点火系统使用SmartCoil:9930-1021点火系统使用点火模块EDMHD:9971-1380客户端参数SmartCoil–82687PCM-HD–80528_R110EDM-HD-82688OH2.x系统件安装要求OH2系统件的安装布置要求与OH1.2系统一致，无其它特殊要求详情请参考文件《VehicleEvaluationforCNG_05.pdf》气体发动机特点本章节目标:回顾气体发动机的基本信息功率=进气更多进气=更大功率进气压力增加=进气流量增加=扭矩增加发动机对进气调节控制能力决定发动机性能增压低则功率小如果增压低，系统中不能通过增加燃料来提升动力发生爆震问题过多燃料导致排放急剧恶化燃料经济性变差节气门对于柴油机燃料=功率由于预混的CNG不能同柴油机同样程度的稀燃，必须通过其他方式限制发动机动力

节气门为控制空气流动的装置当量比稀浓CNG柴油机汽油机天然气稀燃发动机增压器稀燃发动机运行在大约35%的稀燃范围相对于高强度柴油机(特别是TI)，增压器是必需的；同样对天然气发动机，要想达到与柴油机相当的功率，增压器也是必须得。增压可以增加进气的密度，所以为了保持其同的氧浓度必须有更多的燃料与其相对应。废气旁通控制阀主机厂需要控制扭矩曲线为了能控制扭矩，ECM必须能：控制增压水平以得到所需的扭矩曲线燃料控制必须保持相同的phi低速下必须关闭以获得功率在高速部分负荷下必须开废气旁通阀来控制扭矩如果废气旁通阀不关=功率下降如果废气旁通阀不开=可能敲缸(发动机损坏)废气旁通控制阀中冷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如果无中冷，NOx排放高如果无中冷，则会由于进气密度降低，进而造成功率下降如果中冷器堵塞，上述现象都可能发生Heywood,InternalCombustionEngineFundamentals什么是“稀燃”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稀燃:排气中有过量空气燃烧化学当量混合:

理论上足够的空气燃烧完所有的燃料，燃烧后无氧气和未燃烧燃料残留通常空燃比是以质量比给出。天然气的当量空燃比为16.1:1混合气中多余了燃料称为浓，多余了空气称为稀因为当量空燃比随着燃料成分不同变化，需要不同的数字以知道给定的空燃比是浓还是稀正常的空燃比是以当量比来表示的燃料当量比:(A/F)stoich/(A/F)actual USA(

,phi)

表示多余的燃料--

>1表示浓

<1表示稀空气当量比:(A/F)actual/(A/F)stoich Europe(

,lambda)

表示多余的空气--

>1表示稀,

<1表示浓稀燃CNG能在当量比的+/-35%范围内燃烧为满足排放法规，稀燃发动机保证必须在30%到35%稀燃界限内排气温度、冷却液量和效率与柴油机相似当量比稀浓CNG柴油机汽油机稀燃发动机稀燃的优点燃料经济性热负荷排温传至发动机冷却液的热量降低稀燃的注意事项需要高能长时间的点火因为高增压，需要小的火花间隙在下面范围内燃烧失火极限爆震极限高的空气湿度（温度高和雨天）易导致失火燃料控制控制燃料以保持目标空燃比氧传感器确认此控制气体组分CNG–气体组分变化大80-100%MethaneCH4甲烷0-15%EthaneC2H6乙烷0-5%Propane(丙烷)*andLargerHC’s0-5%Other

CO2,H2,N2,O2,etc.LNG93-98%MethaneCH42-7%EthaneC2H6爆震(末端气体爆震)爆震是气缸中正常火焰燃烧产生的压力温度上升，从而导致未燃燃料同空气的自燃现象。爆震是不正常的长时间的爆震会导致发动机系统损坏(活塞环、火花塞、活塞、气阀)爆震同柴油机燃烧相似爆震在低速高负荷下最严重爆震（续）下述情况可导致爆震：过多的积炭(过高的机油灰分)机油消耗过大，发动机过浓燃烧燃料浓于设定点~5%中冷器污染(过高进气温度)增压不能控制或过高点火定时不准燃料品质差(低辛烷值)爆震的影响辛烷值降低-爆震趋势上升当量比上升–爆震趋势上升KnockOpenLoopOctane#EquivalenceRatioKnockClosedLoopOctane#EquivalenceRatio失火影响优化的CNG发动机可以高于35%当量比稀燃过低的稀燃导致高的碳氢排放并降低发动机功率排气中增加的HC含量，使稀燃氧传感器错误的判断发动机过浓闭环控制更稀，发动机失火和驾驶性进一步恶化失火影响标定包含了失火极限以防止最初的失火高湿度使得失火的余度降低-湿度因素没有考虑进去失火也可能是其他零部件失效所致（如点火系统）线圈火花塞橡胶护套排放

FullpoweroperationpointHC,CO影响过浓->HC,CO增加气缸积碳->HC增加失火->HC增加机油消耗->HC增加OH2系统部件介绍电控单元OH2.0PCM128-HDOH1.2ECMPCM128-HD的开发MotoTron™公司现在已被Woodward收购MotoTron公司专门负责给美国水星海事专门提供电控ECU的开发和测试。Motorola负责设计和生产ECU，而这些ECU都是基于MotoTron/Woodward提供的硬件规范上的.Woodward电控单元PCM128-HD的硬件规范都是通过MotoTron一起开发定义的.Woodward设计应用于PCM128-HD的所有程序软件(使用GAP™软件),以及应用软件Toolkit™PCM128-HDvs.OH1.2ECM

处理器比较

PCM128-HDI/O功能PCM128-HD(128pins)

最大有34模拟量输入（电压输入）

最大5个数字输入

可以控制2个UEGO2个额外的EGO传感器控制(除UEGO外)5speed/PWM输入

霍耳式

或磁电式，根据软件设置最大支持12个喷嘴驱动1个驱动单独对应一个喷嘴SmartInductiveCoil－可控制16个点火驱动使用爆震传感器时，最高可有4个平坦响应曲线(flatresponse)11个低端输出2个5A的H-bridge驱动1个10A的H-bridge驱动ISO-91412CAN通讯口1RS-485通讯口PCM128-HD电源和接地两个从ECM到传感器的5Volt电源输出传感器由ECM内部电源供电两电源相互独立如果5v电源短路，电压下降并会导致许多系统错误有一专门应用于连接传感器和ECM的接地，以保证传感器的精确读数PCM128-HD通信ECU有两个专用于通信连接RS485用于Toolkit软件连接，故障检查和标定SAEJ1979用于车辆的其他功能模块发送通用的J1979报文信息已经在国内成功应用无问题ECU数据保存程序程序保持在FLASH中，并可在ECU长时间断电情况下保存ECU程序可修改保存ECU可用TOOLKIT重复多次刷写设置设置值在ECU长期断电后仍可保存在EEProm出厂设定此设置不可擦除ECM的系列码为一例子Field/EOL设置如果不同Prom/ID的新程序载入，此设置自动消除例如燃料计量标定，速度调速限值和点火定时补偿OH2CNG燃料控制OH2燃料系统图气瓶高压切断阀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综述压力管理:气罐高压

混合器前极低压力温度控制:极低温度的燃气将冻结管路和部件，系统件

有效加热并控制燃气温度在合理范围内传感器:提供稀燃燃烧需要的燃气温度信息，精确控制

喷嘴喷射量安全性:高压燃气需要电磁阀控制燃气的开断OH2燃料系统图气瓶高压切断阀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到混合器间的压力管理=高压气体~20-300bar(290-4350psi)=中压气体~6-10bar(87-145psi)=低压气体~PTP+0to0.5bar(0-7.25psi)高压滤清器至少能过滤95%的0.3至0.6微米微粒过滤油污保护减压器及FMV需要定期保养

滤清器未定期保养，导致减压器内存在油污杂质，腐蚀膜片

高压滤清器

低压滤清器，可选，进一步保护FMV高压切断阀主动切断的安全装置如果减压器失效，导致系统燃气压力异常增高时，关闭切断阀保护系统当FMV上的NGP检测到燃气压力过低时(燃气从减压器MAP偏平衡管处泄漏),关闭切断阀

监测气瓶到FMV处的燃气压力，当泄漏时关闭HPLO高压切断阀HPLOKeyOff(关闭状态)，Fuelin处为气瓶压力HPLO:状态1.KeyOn时，（Armature）针阀上升，（PilotValve）预开阀打开，燃气进入减压器

，压力为气瓶压力，但体积少。前后压力不平衡，针阀未完全开启HPLO:状态2.当（PilotValve）预开阀后与减压器间充满燃气时，压力达到平横，预开阀将完全开启，大流量燃气通过HPLO减压器针对Woodward系统独特设计的调压器铝制冷却液容器无节温器机构MAP偏平衡管有多项选择新调压器有MAP偏平衡管泄压装置靠近出口相关参数最大允许入口压力：3600PSIG(24.8MPa)最小允许入口压力：250PSIG(1.72MPa)出口压力8～9bar流量：0-125lb/hr(0～57Kg/hr)工作温度：-40℃～125℃泄压设置值：15+/-2bar减压器减压器内部结构出口压力通过膜片上的弹簧调整通过偏平衡管可以动态自调整出口压力（+-15psi）热交换器CNG从200bar降至8bar导致燃气温度大幅降低换热器采用叉流结构以避免因燃气过冷和冷却液过热时导致的热冲击（热应力过大）在冷却水温高于0度的发动机所有工况，换热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冷却水温高于82C时燃气温度高于0度避免燃气中的水分结冰影响燃料计量阀性能相关参数：天然气流量：0~150lb/hr(0~68kg/hr)天然气入口温度：-115℃~120℃天然气出口温度：-40℃~120℃发动机冷却水入口温度：-20℃~120℃发动机冷却水出口温度：-40℃~120℃可承受压力：天然气：0~90bar冷却水：0~14bar节温器保持出口燃气0~40℃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秒钟内关闭燃气温度低于10℃，30秒钟内开启工作压力：燃气：10bar冷却水：3.5barCNG燃料计量阀燃气出口BOSCH喷嘴OH2最多可以支持12个喷嘴每个喷嘴都单独控制，即一个驱动对应一个喷嘴使用新的NGI2喷嘴时，无低压切断阀混合器用户自行设计空气与燃气混合的均匀性对发动机性能影响很大OH2.0点火控制点火系统使用点火模块EDM-HDTrigger触发信号Reset复位信号V+V+V+IMONPCM128-HDEDM-HD点火系统使用SmartCoilPCM128-HDOH2.0点火系统特点特点HDSmartCoilEDM-HD是否与当前（OH1.2）点火线圈匹配

点火初级监控(IMON)

有无高压线

保持电流（dwellcurrent）可调

6.5A控制电流(即使出现overdwell)

次级电流足够时有足够长的持续点火(即使次级击穿电压很高时)

(与点火线圈有关)根据需要增大次级能量/点火持续时间的能力

OH2.0点火系统控制原理PCM-HD点火控制:电控单元对点火时刻控制为开环控制，无反馈点火提前角从程序中查表，此表坐标为RPM/MAP水温（ECT）对查表所得数值有一定补偿OH2.0点火系统控制原理EDM-HD点火控制:EDMHD=电子分配器（点火模块）–仅仅是个驱动模块，它从电控单元收到指令，何时给点火线圈提供dwell电流及何时点火，EDM-HD也提供电控单元IMON的反馈信号

IMON=点火监控，其反馈给电控单元：线圈状态每次点火，每个线圈维持6.5A电流所需要的Dwell调整量OH2.0点火系统控制原理当触发（Trigger）信号上升沿传递给电控单元PCM-HD时:点火模块打开点火驱动以选作对应点火线圈，初级电流上升，一直达到6.5A，初级电流将保持电流在6.5A，直到触发信号下降沿出现，当触发信号下降时，点火模块关闭初级线圈电路的电流，从而产生火花点火，重置(reset)脉冲信号触发时，电控单元指示点火模块选择第一缸工作Trigger触发信号Reset复位信号IMONOH2.0点火系统控制原理Woodward点火控制感应式点火线圈在初级线圈使用线圈匝数储存电流，次级线圈部分含有更多的线圈匝数，从而产生变压器功能（电压升高）V+初级线圈次级线圈OH2.0点火系统控制原理OH2.0点火系统控制原理点火正时测量点初级线圈处为低电压，从此处测得的点火角度不稳定，切记不能从此处取信号测量应从次级线圈后，即高压线处测量V+初级线圈次级线圈高压线OH2空气控制系统OH2空气控制系统OH2空气控制系统图OH1.2OH1.2EngineEngineControllerControllerEngine发动机排气管电子节气门增压器AirAirFilterFilter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PTP/TMAP传感器PTP及TMAP传感器均使用Bosch传感器，集成了压力和温度。TMAP传感器功能及要求与OH1.2系统一样。PTP传感器在OH2系统中为强制要求的传感器：作为计算进入发动机的空气流量的修正参数，对涉及燃油量修正的充气效率(VE)提供基准OH2.x系统中，有许多错误代码的判断需要PTP参数作为参考

（如：SFC331,371,372,373,491）BOSCH

NGVI线传电控系统脚踏板和节气门间不使用机械部件连接脚踏板踩下，ECU接受油门位置信号并计算转换成节气门开度信号，节气门从ECU处接受开度命令信号，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，怠速确认必须是关闭的脚踏板产品的公差必须经伍德沃德认证另外，脚踏板有特殊的标定ECU在每一次开电循环后会自动重新标定脚踏板（做排放试验时需与试验台架匹配）F系列节气门载重车用高可靠性节气门：35,000小时使用寿命集成有执行器，位置传感器，节气阀门由ECU控制其开度接收PWM信号废气旁通控制阀增压器工作原理发动机排气能量排气能量损失增压后空气增压器废气阀增压压力控制原理增压压力控制是通过PID参数，调整废气控制阀的占空比（DC%）,直到实际增压压力MAP=设定增压压力Desired设定增压压力是从OH程序中查表所得（转速与节气门的2D表格）增压控制逻辑为:如果MAP<desired,DC％

增加；如果MAP>desired,DC％

减少。增压压力设定表弹簧力方向废气旁通控制阀废气控制阀PWM信号：DC%=0时，电磁阀关闭，压缩空气全部用来推动增压器废气阀，使其完全打开，从而推动增压器工作的排气能量减少，最终降低增压压力；DC%=100%，电磁阀处压缩空气泄漏量最大，增压器废气阀在弹簧力左右下趋向于关闭，从而使增压器工作的排气能量增多，增压压力升高。废气旁通控制阀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（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OH2.0其它部件湿度传感器测量相对湿度(RH)及提供RH与模拟输出电压的线性关系表电容式传感器具有更长的稳定性测量大气温度(RHT)OH2.0根据下列参数计算比湿度（SH）:RHRHTBARO传感器安装安装在进气系统，空滤器与增压器压气机之间

或中冷后高压部分，如PTP传感器附件位置。（现有OH2暂时不支持此种布置，根据客户要求可添加）O-型圈密封成本低，同时可保证精确度/稳定性湿度传感器湿度对功率的修正是通过对PHI加浓来补偿的，使用湿度补偿时，右表需要准确标定。BoschLSU氧传感器现阶段仅支持LSU4.2氧传感器内部ASICLSU芯片可提供更高级,更多的诊断功能可进行大气标定以提高传感器精确度，以补偿长时间使用导致的漂移BoschLSU技术比NGK的漂移量大(从现有数据看)闭环温度控制，保持传感器在750C氧传感器精确度主要取决于温度稳定性24V系统下，独特的加热模型比NGKUEGO的成本更低支持BoschLSU4.9氧传感器

需要特定PCM-HD硬件(元件值变化)需要额外软件升级，更新（现阶段暂不支持）OH2整车匹配功能介绍OH2整车匹配功能概述OH2系统支持的整车功能有：支持CAN/J1939通讯，（CAN仪表）支持车速控制(RSG)；

支持巡航功能；支持排气制动；

支持自动变速箱控制；支持混合动力；支持电子风扇控制;支持远程油门控制（RemotePTO）

支持门锁保护功能；

支持CANTSC1扭矩限值控制；支持空调怠速提升功能支持CAN/J1939通讯OH2的采用SAEJ1939协议进行CAN通讯，发送的所有报文都符合J1939/31及1939/21中定义的CAN2.0B_29位拓展数据帧格式。使用的波特率为J1939/11中定义的250kbps。在J1939/71中定义有标准的J1939PGNsandSPNs,包括报文的传输速度，优先级，数据长度，参数缩放和数据范围。伍德沃德自定义的PGNs也符合J1939/71标准。OH2系统支持DM1（激活故障码），DM2（历史故障码），DM3（重置历史故障码）。伍德沃德使用DM2作为激活及历史故障码，具体格式详见通讯软件toolkit。由于使用标准CANJ1939，可以实现与仪表盘的通讯，在仪表盘上显示大部分发动机数据：水温，油压，气耗，故障代码等支持车速控制(RSG)伍德沃德软件中有开关量可选择是否使用车速控制功能。车速信号来源于车速传感器或CAN通讯。RSG功能的目的是控制车速，并使其低于设定限值。需要注意的是RSG功能仅仅为控制车速限值，只有当油门超过当前车速控制下的节气门需求值时才对车速进行PID控制通过调整正确的PID参数和车速设定限值，可以实现很好的稳态性能。实际车速可以维持在设定车速±5kph的波动范围内。支持巡航功能（cruisecontrol）巡航功能的目的为维持车速在一个驾驶员控制的设定值上，通过控制系统的节气门位置来实现。当下列任何一个输入信号（neutral空挡，clutch离合，brake制动）为True时，系统将退出巡航功能。有四个输入/输出量将连接到ECU上：Cruiseenable：on/OFF开关量输入，控制是否激活巡航功能；Cruiseset：点触式开关输入，巡航功能激活后，按下并松开此开关，系统捕捉当前车辆转速并将其设置为巡航功能车速设定值；