闭环电控燃气发动机培训资料

1、济柴绿色能源动力装备有限公司济柴绿色能源动力装备有限公司 技术部 2007.6.27 一、总体概述： “济柴牌”190系列闭环电控燃气发动机是与美国 WOODWARD公司合作，在国内独家引进该公司的EGS 燃气控制系统，对燃气发动机的空然比进行科学严 格的控制。采用先进的电控技术和稀薄燃烧控制方 式，在第二代燃气发动机基础上融合国际先进的技 术和成熟的经验研制开发的一种压气机前混合的新 型绿色环保动力。 总体概述总体概述-机型机型 目前,主要有两种机型(机组) 700GF 700kW1500rpm 500GF 500kW1000rpm 广泛应用于天然气、沼气、垃圾填埋气、瓦斯等燃气 型号型号

2、G12V190ZLT 型式型式 四冲程、火花塞点火、水冷、增压、空气中冷、四冲程、火花塞点火、水冷、增压、空气中冷、 增压器前混合增压器前混合 气缸排列气缸排列 V型、型、60夹角夹角 气缸数气缸数 1212 气缸直径（气缸直径（mm) 190mm) 190 活塞行程（活塞行程（mm) 210mm) 210 活塞总排量（活塞总排量（L） 71.5 压缩比压缩比 10:1 标定转速（标定转速（r/min） 1500 空载最低稳定转速（空载最低稳定转速（r/min） 600 1512系列燃气发动机的参数系列燃气发动机的参数 标定功率（12小时功率、kW） 800 天然气机热耗率(kJ/kWh) 1

3、1000 机油消耗率(g/kWh ) 1.6 出水温度() 90 中冷器进水温度() 45 机油温度(油底壳内) 90 主轴道机油压力(kPa) 500800 稳定调速率(%) 5 机油牌号 15W40CD或美孚飞马705 冷却方式 强制水冷 1512系列燃气发动机的参数系列燃气发动机的参数 二二、技术特点技术特点 适应于低压燃气适应于低压燃气 采用稀薄燃烧技术采用稀薄燃烧技术 燃气的单点喷射和空燃比闭环控制技术燃气的单点喷射和空燃比闭环控制技术 失火检测失火检测 状态检测状态检测 高能量点火系统高能量点火系统 高效率中冷器高效率中冷器 1、适应于低压燃气、适应于低压燃气 采用增压器前混合的方

4、式，燃气和空气都是被压气机吸入的。通过专用混合 器使燃气与空气充分混合，利于优化燃烧及排放。高压燃气可经减压阀调至 79kP; 2、采用稀薄燃烧技术、采用稀薄燃烧技术 利用美国WOODWARD公司的EGS控制系统，通过采集燃气、空气的 进气参数及发动机的运行参数，经分析计算后通过tecjet阀对空燃比（燃 气混合浓度）进行精确控制，达到高空燃比，实现稀薄燃烧，解决普通 外混机存在的回火、放炮现象，提高了发动机的经济性。 3 、燃气的单点喷射和空燃比闭环控制技术、燃气的单点喷射和空燃比闭环控制技术 主控制系统根据测量的参数和预期的空燃比等参数的比较，通过 Tecjet阀准确地控制燃气流量，实现空

5、燃比的闭环控制。 4、失火、状态检测失火、状态检测 通过失火检测功能，随时监测各缸工作状况。发现失火，立刻报警。便于维护。 可以与计算机通讯 5、高能量点火系统、高能量点火系统 点火系统包括数字点火模块、高压线圈、高压线、火花塞等，全部 采用进口名牌产品。本机采用德国MOTORTECH公司的IC500高能量 智能化的点火模块。其优点如下： 点火提前角和点火能量都可随意调整，并且各缸的点火提前角可 单独调 整。 点火电压为5万伏，高能量点火，使实现稀薄燃烧成为可能。 此点火系统具备超速保护功能。在点火控制器中设置机组运行最 高转速，当发动机一旦出现超速运转，达到设定超速转速时，点火 控制器自动停

6、止工作，火花塞不点火，从而迫使发动机停车。起到 超速保护的作用。 失火检测功能，便于机组的维护和运行。 6、高效率中冷器、高效率中冷器 采用按德国GEA公司技术生产的圆管式高效中冷器，代替原扁管 式中冷器。散热效率由原73%提高到92%，满足了空气质量流量增 加对中冷器的要求，使发动机性能及中冷器可靠性得到保证。 三、控制系统三、控制系统 气体发动机的燃气控制系统简介气体发动机的燃气控制系统简介 3.1系统简介系统简介 EGS+TecJet组成了一套全功能的电控低压燃气发动机控制系统。使用一套系 统，可以适用从到天然气到瓦斯气、沼气的各种燃气。通过Woodward的专利算法， 在不需外接甲烷传

7、感器的情况下，可以自动补偿5%的甲烷变化。 采用精确的TecJet燃气控制阀，结合全功能的空燃比控制，不需要氧传感器就可以 最大限度降低发动机的排放，杜绝回火放炮现象，同时功率得以保障提高。 3.2系统主要功能系统主要功能 精确的空燃比控制精确的空燃比控制 仅在出厂标定试验时需要氧传感器进行标定，正常运行可以不用氧传感器，依据 标定的数据自动查表进行空燃比控制。 发动机速度控制发动机速度控制 EGS控制器本身包含速度控制功能。通过测量发动机的实际速度，结合内部设定 速度以及A/F的影响因素，综合控制执行器的开度，达到控制速度的目的。 发电机负荷控制发电机负荷控制 借助实功功率传感器UMT1监测

8、发电机负荷，构成负荷闭环控制。 发动机运行监控发动机运行监控/保护保护/记录功能记录功能 通过串口RS232通讯电缆把电脑与EGS控制器连接起来，通过事先安装EGS监测软 件就可以实时监控发动机运行的各项参数；一旦出现故障，通过程序立刻就能得到 报警信息。 3.3应用条件应用条件 供气压力TecJet燃气控制器阀的最佳供气压力：810kPa。 EGS+TecJet 系统是用于低压燃气的单点喷射系统，所以对于高压 燃气可能需要增设燃气调压器。如果燃气热值很低，适当提高供气压力 会有助于发动机稳定运行。但是TecJet的供气压力不能高于30kPa，否 则可能损害TecJet 内部的传感器。 考虑到

9、燃气管路以及各种过滤器、防爆阀的影响，所以实际应用时客 户需要提供的燃气压力可能要高一些。 对于甲烷成分经常变化幅度较大较频繁的地方，建议安装甲烷传感器， 输出4-20mA型。 燃气质量要求进入TecJet 阀之前燃气尽量保证干净、水汽少。为此 实际施工时应考虑燃气的过滤和除湿措施。 3.4系统示意图系统示意图 基于发动机转速、气缸排量、进气管压力/温度，以及充 气效率计算混合气的流量。 n=发动机转速（rpm） V=发动机排量（l） Ve=充气效率 MAP=进气管绝对压力(kPa) Tn=273K Pn=101.3kPa MAT=混合气温度（K） 3.5系统运行的基本原理系统运行的基本原理

10、计算燃气流量 速度密度法 speed/density principle EGS通过转速传感器、压力传感器和温度传感器，计算出当前发动机的进 气量。根据设定的空燃比，计算出实际需要的燃气量，通过TecJet阀精确控制 燃气进气量。 TecJet通过自身安装的压力和温度传感器，测量出口的燃气压力、温度和 阀前后的压差，控制通过TecJet阀的流量。在试车过程中，使用氧传感器对发 动机进行标定，设置各个负荷下正确的空燃比和充气系数。在正常运行中，不 需氧传感器既可实现燃气品质的闭环控制。 3.6 系统布线图（系统布线图（仅供参考，以实际正式接线图为准仅供参考，以实际正式接线图为准 ） 四、安装四、

11、安装/ /检查设置流程检查设置流程 4.1 检查接线检查接线 所有接线都应该可靠连接； 屏蔽线必须根据说明书接地； EGS和TecJet应该共用一个电池； 电池负极必须接地或连接到发动机的地； 按照EGS01系统应用说明书检查接线； 4.2 检查节气门连杆检查节气门连杆 检查两个节气门是否同步；两个节气门必须同步。 如果由于两个节气门间的连杆扭曲，使两个节气门的开度不一 致，会导致发 动机两侧总排温不一致，并影响发动机的稳定性。 执行器的摇臂、连杆要恢复出厂时的设置。 4.3 检查检查MAT/MAP的安的安 MAT传感器应该安装在中冷器之后，且尽可能靠近中冷器。传感器头部的探 头测量的温度应能

12、够良好的反应流动的平均温度。当探头太靠近壁面，发动机 零部件的温度会影响测量结果。 检查两个MAP传感器是否完好，连接软管是否有破损，泄漏等问题。 4.4 检查混合器安装检查混合器安装 两个混合器的十字部分应该对齐，而且混合器要比安装座低12mm。 在Case 1中，错误的安装方法会使两个混合器的吸入量不均匀。 在Case 2中，错误的安装方法可能导致燃气从边缘泄漏。 4.5 获取发动机信息获取发动机信息 ParametersEngineEngine 发动机排气量，最大功率，最大MAP是用来控制发动机用的参数， 其他参数只是标示发动机的信息 ParametersFuel System 用来标示

13、燃气进气系统的信息，参数不参加计算 如果是低瓦斯发动机，选定 Dual tecjet ParametersFuel Parameters 除了燃气的名称外，。 在使用CH4传感器时，必须填写不同CH4含量下的燃气参数。 不使用不使用CH4传感器时，只需填写正常燃气参数传感器时，只需填写正常燃气参数 Protection OverspeedProtectionPastor. ProtectionOverload 正确设置保护参数，防止发正确设置保护参数，防止发 生意外生意外 4.6 填写发动机及燃气参数填写发动机及燃气参数 由于公司的1512系列气体发动机已经是量产机型，故现场服务人 员只需设置

14、对应机型的EGS参数即可，故发动机相关参数不必修改。 由于不同地方的应用，燃气品质会有较大差异，所以在试车之前应该 得到燃气成分等相关参数。输入正确的燃气密度、低热值和当量空燃比。 Parameters/Fuel Parameters： 如果安装了甲烷成分传感器，则激活“Measure CH4”选项。CH4%要尽 可能的覆盖燃气成分变化的范围。 4.7 检查检查MAP传感器的读数传感器的读数 Parameters/Sensor/MAP 打开Parameters/Sensor/MAP窗口，并按下Dashboard按钮，比较MAP1 和MAP2的读 数，并把它们和TecJet的FGP比较。注意MA

15、P的单位是kPa， FGP的单位是hPa。 如果有差异，修改kPa列而不是V/mA列，使两个传感器的读数一致并 和TecJet的FGP一致。传感器的下限V/mA值应当是其中一个传感器在 停车时的电压值读数。 4.8 检查功率传感器设置检查功率传感器设置 检查EGS中的设置是否和UMT1中的设置一致，4mA和 20mA分别对应功率传感器的设置。现场人员应根据不 同类型的机组，正确设置功率传感器和EGS参数。 Parameters/Sensor/Measured Power 4.9 控制模式的选择控制模式的选择 Parametersspeed/load controlcontrol mode 选定

16、Generator Control, Synchronization Enable 控制模式的选择 速度的设定速度的设定 Engine running speed 为EGS开始起作用控制TecJet及ProAct的转 速，在这个转速前由start PID控制，即起动时节气门首先达到最大开度。 Parametersspeed/load controlspeed setpoints 选定Enable idle input，该功能为使怠速开关起作用，否则发动机运行一段时间 （Idle time）后自动进入额定转速。 速度偏置的设定速度偏置的设定 充气效率表充气效率表 Parametersengine

17、 volumetrical efficiency 总效率表总效率表 Parametersengine total efficiency 五、速度动态参数的调整速度动态参数的调整 5.1动态参数动态参数(PID参数参数)的简单说明的简单说明 5.1.1Gain vs Load还是还是Gain vs PID% PID%的是意思是节气门的开度为全开情况下的百分比。 由于大多数燃气尤其是增压的燃气发动机，机组负荷和节气门开度 没有线性关系，一个Gain参数不足以满足发动机全工况的使用，所以 EGS使用最多五个Gain参数来进行控制。 EGS同时将两种模式的Gain相乘得到最终的Gain，所以只要将 G

18、ain vs PID%中的Gain全部设为1.0000就消除其影响。 对于燃气发动机来说，同一个节气门开度，发动机负荷可以在很大 范围内变化。所以Gain vs PID%不太适合使用。在绝大多数应用中， 都选择Gain vs Load。 5.1.2 Gain的含义的含义 较大的Gain可以使转速迅速回复到较接近原来的状态。 Gain就是增益，比例调节系数。 当发生负荷的变化时，比例调节使执行器按照一定的比例动作，使发动 机转速重新稳定。但是单一的比例调节不能使发动机转速完全恢复到原 来的状态。 5.1.3 Stability的含义的含义 Stability是发动机的时间常数，在EGS中是用来补

19、偿由于发动机本身 的反应迟钝。 5.1.4 Compensation的含义的含义 在EGS中，Compensation是执行器的时间常数，用来补偿执 行器自身的转动惯量带来的滞后。 5.1.5 Gain Ratio的含义的含义 当负荷突变时，发动机的转速变化较剧烈，原来的Gain很可能 不能适应这种变化，需要一个更大的Gain来快速的调节发动机 的转速。Gain Ratio的含义是当发动机的转速超出Window设定 值后，实际Gain=Gain X Gain Ratio。 5.1.6 Window的含义的含义 当转速变化超出+/-Window时，自动运行在高Gain状态。 5.2 动态参数动态

20、参数(PID参数参数)的调整方法的调整方法 5.2.1 发动机缓慢油车的对策发动机缓慢油车的对策 缓慢游车的两种可能原因： Gain太大，并且Stability太低。降低一半的Gain并且稍微增加Stability。 不断增加Reset直到满意为止； Gain太低。增加Gain值，如果增加Gain没有改进缓慢的游车，同时执 行器仍然抖动厉害，试着降低Compensation，有些时候Compensation可 能会降低到0。 5.2.2 发动机快速游车的对策发动机快速游车的对策 一般情况下，快速游车都是由于Gain太大所致。试着降低Gain。 5.2.3 突卸突卸/突增负荷时的转速过冲突增负荷

21、时的转速过冲 在突卸/突增负荷的时候，如果转速波动超出范围，试着增大Gain Ratio。 但是同时也要注意不要使Gain Ratio太大，因为当转速穿过高Gain和低 Gain区域时，Gain的变化太大不利于发动机稳定。 5.2.4 PID参数调整变化的趋势参数调整变化的趋势 5.3 发动机转速波动时的一般对策发动机转速波动时的一般对策 5.3.1 PID参数的调整参数的调整 如果发动机发生有规律的游车，按照5.2节的方法调整。 5.3.2 调整调整Ref.和和VE表表 如果Ref.和VE表数据设置的不恰当，也容易引起发动机转速不稳。 (1) Ref.太高或VE太低导致发动机某些缸失火。适当

22、少量降低 Ref.或增加VE值。对于天然气，Lambda最大可达到1.6，但是 对于瓦斯气，Lambda不应高于1.4，在轻负荷或空载，Lambda 在1.01.2之间最安全； (2) 有时在发动机合闸并网前转速不稳定，可能是由于Ref.或VE值随转 速变化太剧烈，使发动机燃气进气不稳定，也不利于发动机稳定。最好 上下两行，左右两列的Ref.和VE值都保持一致，这样消除燃气进气量的 变化，有利于发动机在空载时的稳定。 5.4 调试经验调试经验 问题描述原因解决办法备注 不能正常启动， 有时Qgn=0， TecJet突然关 闭。 VE表或Lambda表不正确，严 重偏离实际值，导致计算燃气 流量

23、Qgn=0，出现异常。 TecJet会按照Qgn=0的指令关 闭阀门，导致启动不顺利。 OEM提供正确的VE表。设置有利于启动的 Lambda表 不能启动， Qgn显示有流 量。但是 PosIst很小。 TecJet有问题，观察启动时 TecJet的阀门指示器的位置， 是否有明显变化。如果指示器 几乎不动，说明阀门有卡死的 现象。 替换TecJet。TecJet在通电复位时，会将 阀门指示器复位，如果不能正常复位，说 明有问题。 Pcal=0，导致 发动机始终处 于启动时的工 况。Pmech正 常 Pcal和Qgn、LHV、Te等相关， 检查相关设置是否正确。LHV 设置不正确，也有可能导致

24、Pcal一直为0。 发动机突然不 能稳定。 可能是点火系统工作不稳定， 或点火能量不足导致。 更换火花塞或重新调整一下间隙。 sl PnMAT TnMAPVeVn Qmix/ 602 desstQgasQmix1 desst Qmix Qgas 1 问题描述原因解决办法备注 发动机在加载 的时候放炮， 加载困难。 有可能增压器不能达到要求的 流量。 重新设计、匹配增压器。 不能启动，启 动过程中 TecJet关闭。 检查MAP的设置，MAP的诊断 设置是否正确。 发动机并网后 加负荷不稳， 功率波动很大 对于燃气机组，负荷应该缓慢 增加。 升速率不应太快。 不能正常启动， 有时Qgn=0， T

25、ecJet突然关 闭。 在诊断菜单中的MAP的U_min 设置错误导致发动机停机， EGS关闭TecJet。 发动机在额定 空载时不稳定 有可能是两个节气门开度不一 致，导致两侧进气不一致。 检查节气门连杆。 不能正常启动测量电池电压正常，但是启动 时，EGS的80，81电源输入电 压只有17VDC左右。 电源电力不足。虽然测量电池电压能 够达到24VDC，但是由于电池能量 不足，不能提供足够的工作电流。 电池需要充电。 六、发动机的故障分析和排除方法 6.1发动机不能起动 故 障 原 因排 除 方 法 1、电缆接触不良或损坏 2、点火开关损坏 3、燃料气供应不足 4、火花塞不跳火 5、燃料气

26、含空气过多或含水 6、起动转速太低 7、EGS不工作 1、检查电缆并修复。 2、更换点火开关。 3、检查天然气管系阀门、电磁阀和执行器 。 4、检查高压及低压电缆的接触情况。点火 线圈潮湿或损坏应更换，检查火花塞， 如因积碳造成短路时，应调整到正确的 间隙值，检查点火信号传感器间隙。 5、检查燃料气供给系统 6、检查起动马达及其电源。 7、检查EGS 故 障 原 因排 除 方 法 1、点火系统工作不正常 2、天然气管线压力低 3、A/F调整不适或速度PID 调整不当 4、发动机故障 5、速度传感器问题 6、执行器或连杆问题 7、实测的功率信号的滤波 时间不合适:太小或太大 8、控制器损坏 9、

27、气门间隙调整不正确或 气门漏气 1、全面检查所有点火系统的部件及电缆接触情况。 2、检查天然气管线是否漏气。检查压力调节阀膜片是 否损坏及其阀座接触是否良好，两台以上发动机共 用的天然气管线应有足够的天然气，且天然气压力 应符合要求。 3、把A/F或速度PID调整数据和试车时的数据进行比较 ，必要的话进行调整。 4、检查增压器、气路等，有无漏气、磨损等机械故障 5、检查接线、磁头磨损情况、比较信号电压和试车时 有无变化 6、使用“Test Mode”检查执行器或连杆（确认在发动 机停机时进行），重新调整调速器.调整杠杆使其动 作灵活。 7、正常设定值=0.01-0.2S ( 见菜单Parame

28、terSensorMeasure Power) 8、检查控制器并修复或更换 9、重新调整气门间隙，并研气门 6.2 发动机功率不足 1.天然气压力低或压力调节阀损 坏 2、燃料气成份及热值波动大 1.天然气压力调整到规定要求,或更换压 力调节阀。 2.检查燃料气成份及热值应符合要求。 3、空气进气量不足3、检查空气过滤器是否堵塞。 检查进气压力是否达到规定要求。 4、调速器控制杠杆或蝶阀不平 衡 4、调整杠杆并使蝶阀平衡(同步)。 5、气阀间隙过大 6、电缆损坏 7、高压线圈损坏 8、火花塞跳火不良 9、点火定时不正确 10、增压器因积碳过多造成转 速下降 5、按规定要求调整气阀间隙。 6、检

29、查电缆是否损坏,火花塞上的接头 是否破裂或潮湿。 7、检查连接处是否松动。潮湿或短路 。 8、检查火花塞规格是否符合要求，安 装时是否漏气，火花塞陶瓷是否破裂， 调整火花塞间隙并擦干净必要时更换新 火花塞。 9、检查点火模块参数,全部电缆应无松 动。 10、清洗积碳。 6.3 排气温度高 1、进气管漏气 2、排气管系漏气 3、进排气管系阻力过大 4、点火定时错误 5、混合气过浓 1、检查进气管压力及空气过滤器 阻力,解决漏气及清洗过滤器。 2、检查排气管系并解决漏气。 3、清洗异常部位。 4、按规定要求调整。 5、将混合气浓度调稀（调大） 6.4 发动机转速不足 1、负荷过大 2、气量不足 1

30、、检查带动的附件是否超载.降 低输出负荷 2、检查增压器、燃气管路 6.5 控制器故障排除 1. EGS不工作不工作 可能原因应对方案 没有加电检查EGS 端子 81(+)和82(-)的电压是否有24Vdc，如没有电压， 请检查供电系统。 没有Fuel On信号给EGS检查EGS端子10到82的电压(应为24Vdc)，如果没有电压，请 检查10端子信号线。 EGS有问题更换新的EGS控制器 COM端口设置不正确在EGS软件中检查System菜单中的设置，请修改为正确的设 置 RS232通讯线装配错误通讯线9针插座两端的2,3脚要对应焊接，不需要交叉, 我们称 之为1:1的通讯电缆。RS232线

31、只需要焊接2,3,5针 EGS监控软件与控制器中的软件 版本不同 请使用正确版本的软件 2.发动机不能启动发动机不能启动 可能原因应对方案 没有燃气压力检查燃气切断阀上游的压力 如果没有燃气压力，请检查并修复燃气切断阀上游的供气系统 。 燃气切断阀没有打开打开View菜单中的TecJet bank1窗口，检查启动前和启动过程 中的FGP值。 在启动前，FGP值是环境绝对压力。启动过程中FGP应该增 加到环境绝对压力+供气表压 如果在启动过程中FGP没有增加，是因为燃气切断阀没有打开 。请检查并修复切断阀的问题 启动后，FGP值和启动前一样请检查切断阀 TecJet安装方向可能错误 没有点火或点火正时不正确请检查点火系统 EGS报警或发动机报警查看在View菜单中的Diagnosis Alarm Status和Engine Alarm Status窗口，复位报警 如果报警还是发生，请参考2.8查询故障代码 EGS没有检测到转速信号打开View菜单中Mono Control窗口，检查启动过程中的 rpm读数， 如果读数始终是0，请检查EGS端子57和58之间的电压和频率， 如果检测不到电压/频率，请检查线束连接。 检查屏蔽线连接是否正确。检查传感器距离是否正确