潍柴天然气发动机培训资料之三结构及工作原理

1、潍柴天然气发动机之潍柴天然气发动机之发动机结构及工作原理发动机结构及工作原理XXX2011-xx-xx第 2页 共 页潍柴天然气发动机工作原理潍柴天然气发动机工作原理天然气发动机工作原理天然气发动机工作原理天然气发动机工作原理：天然气发动机工作原理：LNGLNG从气瓶体通过管路进入汽化器加热汽化，经过从气瓶体通过管路进入汽化器加热汽化，经过稳压罐稳压后由燃气滤清器滤清稳压罐稳压后由燃气滤清器滤清，之后通过，之后通过电磁切电磁切断阀控制通断进入稳压器稳压断阀控制通断进入稳压器稳压，稳压后的燃气进入，稳压后的燃气进入热交换器热交换器。CNGCNG从压缩气瓶通过管路进入减压器减压至从压缩气瓶通过管路

2、进入减压器减压至7-8bar7-8bar后，经过滤清器进入热交换器。后，经过滤清器进入热交换器。燃气燃气经过热交换器加热后通过节温器进入经过热交换器加热后通过节温器进入FMVFMV，由，由FMVFMV控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。电控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。第 4页 共 页燃气机专用气门座圈及气门燃气机专用气门座圈及气门1 1、耐高温；、耐高温；2 2、耐腐蚀；、耐腐蚀；3 3、自润滑性能好、自润滑性能好4 4、气门阀座和气门寿命与柴油机相同、气门阀座和气门寿命与柴油机相同密封带堆焊密

3、封带堆焊天然气发动机结构特点天然气发动机结构特点( (专用气门及座圈专用气门及座圈) )第 5页 共 页天然气发动机结构特点天然气发动机结构特点( (专用气门密封套专用气门密封套) )气体机专用气门密封套气体机专用气门密封套1 1、提高对气门杆的密封性能、提高对气门杆的密封性能2 2、有效降低机油消耗。、有效降低机油消耗。第 6页 共 页采用加大采用加大内冷振荡油道活塞内冷振荡油道活塞1 1、可以多带走、可以多带走30%30%的热量；的热量；2 2、更高的进气紊流，可以提高燃烧速度、更高的进气紊流，可以提高燃烧速度10%10%；3 3、最高爆发压力为、最高爆发压力为10Mpa10Mpa，对曲轴

4、及轴瓦的磨损更低。，对曲轴及轴瓦的磨损更低。内冷油道内冷油道内冷油道内冷油道喷油入口喷油入口内冷油道内冷油道喷油出口喷油出口内冷油道连杆内冷油道连杆小头喷油口小头喷油口天然气发动机结构特点（专用活塞）天然气发动机结构特点（专用活塞）第 7页 共 页天然气发动机结构特点（专用活塞环）天然气发动机结构特点（专用活塞环）优点：优点：1 1、刮油量大、刮油量大2 2、耐磨性能好、耐磨性能好3 3、传热性能好、传热性能好第 8页 共 页隔热材料排气管隔热材料排气管1 1、可以降低排气管温度、可以降低排气管温度30305050外包隔热材料排气管外包隔热材料排气管天然气发动机结构特点（专用排气管）天然气发动

5、机结构特点（专用排气管）第 9页 共 页冷却水接口冷却水接口采用加大流量水冷增压采用加大流量水冷增压器器1 1、水流量加大；、水流量加大；2 2、通过冷却水冷却机油、通过冷却水冷却机油降低增压器温度降低增压器温度天然气发动机结构特点（专用增压器）天然气发动机结构特点（专用增压器）第 10页 共 页天然气发动机结构特点（燃气供给系统）天然气发动机结构特点（燃气供给系统）气瓶切断阀FMV燃料计量阀混合器滤清器稳压器热交换器节温器燃气供给系统的作用燃气供给系统的作用:q 压力管理压力管理: : 气罐压力气罐压力混合器前极低压力混合器前极低压力q 温度控制温度控制: : 极低温度的燃气将冻结管路和部件

6、，系统件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有效加热并控制燃气温度在合理范围内q 传感器传感器: : 提供稀燃燃烧需要的燃气温度信息，精确控制提供稀燃燃烧需要的燃气温度信息，精确控制 喷嘴喷射量喷嘴喷射量. .q 安全性安全性: : 燃气需要电磁阀控制燃气的开断燃气需要电磁阀控制燃气的开断第 11页 共 页天然气发动机结构特点（燃气供给系统示意图）天然气发动机结构特点（燃气供给系统示意图）第 12页 共 页最大工作压力：最大工作压力：35bar35bar流量：流量：85m85m3 3/h/h 100psig100psig工作温度：工作温度：-40-40107

7、107压降：压降：6.9kPa6.9kPa0.3m0.3m 0.6m 0.6m过滤效率过滤效率95%95%。放水口朝下放水口朝下注意箭头所指的气流方向注意箭头所指的气流方向每每3000km3000km放一次水放一次水天然气发动机燃气供给系统（滤清器）天然气发动机燃气供给系统（滤清器）第 13页 共 页天然气发动机燃气供给系统（电磁阀）天然气发动机燃气供给系统（电磁阀）第 14页 共 页最大进口压力：最大进口压力：28bar28bar出气压力范围：出气压力范围：7 714bar14bar工作温度：工作温度：-40-407575注意箭头所指的气流方向注意箭头所指的气流方向压力表安装在出气端压力表安

8、装在出气端怠速时调整怠速时调整NGPNGP为为8.2bar8.2bar天然气发动机燃气供给系统（稳压器）天然气发动机燃气供给系统（稳压器）热交换器的作用：热交换器的作用： 天然气从液态变为气态天然气从液态变为气态导致燃气温度大幅降低，通过发动机的导致燃气温度大幅降低，通过发动机的冷却液给天然气进一步加热，可防止进冷却液给天然气进一步加热，可防止进入燃料计量阀前的燃气结晶，以免影响入燃料计量阀前的燃气结晶，以免影响燃料计量阀性能。燃料计量阀性能。结构：换热器采用叉流结构以避免因燃气结构：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。过冷和冷却液过热时导致的热冲击。性能：在冷却水温

9、高于性能：在冷却水温高于0 0度的发动机所有工度的发动机所有工况，热交换器能保证燃气始终高于况，热交换器能保证燃气始终高于-40 -40 。冷却水温高于。冷却水温高于82C82C时燃气温度高于时燃气温度高于0 0度。度。天然气发动机燃气供给系统（热交换器）天然气发动机燃气供给系统（热交换器）作用：保持出口燃气在作用：保持出口燃气在0-40 0-40 左右，当燃气出左右，当燃气出口温度口温度 60 60 时会导致燃气流量的减少。时会导致燃气流量的减少。性能：性能：燃气温度超过燃气温度超过4040，3030秒钟内关闭秒钟内关闭燃气温度低于燃气温度低于1010，3030秒钟内开启秒钟内开启注意事项：

10、注意事项：节温器的开启与关闭受燃气温度控制，冷却液的节温器的开启与关闭受燃气温度控制，冷却液的进口与出口不能接反，进口处有进口与出口不能接反，进口处有“ININ”标记，出标记，出口口处有处有“OUTOUT”标记。标记。天然气发动机燃气供给系统（滤清器）天然气发动机燃气供给系统（滤清器）工作原理及作用：将天然气和中冷后的空气充分混工作原理及作用：将天然气和中冷后的空气充分混合，使燃烧更充分、柔和。有效降低合，使燃烧更充分、柔和。有效降低NOxNOx排放和排排放和排气温度。气温度。 结构：采用喉管和十字叉结构：采用喉管和十字叉结构，天然气从小孔中进结构，天然气从小孔中进入混合器。入混合器。天然气发

11、动机燃气供给系统（混合器）天然气发动机燃气供给系统（混合器）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天然气发动机结构特点（空气供给系统）天然气发动机结构特点（空气供给系统）天然气发动机通过脚踏板控制节气门来控制发动机负荷：天然气发动机通过脚踏板控制节气门来控制发动机负荷：电子脚踏板和节气门间不使用机械部件连接。电子脚踏板和节气门间不使用机械部件连接。

12、ECUECU接受电子脚踏板位置信号并转换成节气门开度信号，接受电子脚踏板位置信号并转换成节气门开度信号，节气门从节气门从ECUECU处接受开度命令信号，并将实际开度反馈给处接受开度命令信号，并将实际开度反馈给ECUECU。天然气发动机空气供给系统（负荷控制）天然气发动机空气供给系统（负荷控制）电子节气门集成有执行器，位置传感器，节气阀门等。接收电子节气门集成有执行器，位置传感器，节气阀门等。接收PWMPWM信号由信号由ECUECU控制其开度大小，节气阀门开度大小控制混合气进气量，从而控制其开度大小，节气阀门开度大小控制混合气进气量，从而改变发动机的输出功率。改变发动机的输出功率。电子节气门根据

13、电子节气门根据ECUECU指令，有三种工作状态：指令，有三种工作状态：1 1、当发动机速度低于怠速目标值时，、当发动机速度低于怠速目标值时，ECU ECU 进行怠速控制，即控制节气进行怠速控制，即控制节气门开度位置，保持发动机速度在怠速目标值附近。门开度位置，保持发动机速度在怠速目标值附近。2 2、当发动机速度超过最大额定转速时，、当发动机速度超过最大额定转速时，ECU ECU 限制节气门开度位置，即限制节气门开度位置，即速度越高节气门开度位置越小。速度越高节气门开度位置越小。3 3、当发动机速度在怠速和最大额定转速之间时，节气门开度位置直接、当发动机速度在怠速和最大额定转速之间时，节气门开度

14、位置直接由脚踏板控制，即节气门开度位置随脚踏板位置同步变化。由脚踏板控制，即节气门开度位置随脚踏板位置同步变化。结构特点：结构特点：电子节气门内部包含节气门开度位置传感器，电子节气门内部包含节气门开度位置传感器，ECUECU通过比较节气门通过比较节气门位置传感器反馈信号和节气门开度指令信号之间的差值来确定电子位置传感器反馈信号和节气门开度指令信号之间的差值来确定电子节气门是否处于正常的工作状态。节气门是否处于正常的工作状态。一旦电子节气门发生故障，一旦电子节气门发生故障，ECU ECU 将进入特定的跛行回家模式，发动将进入特定的跛行回家模式，发动机转速和输出扭矩都将受限制。当发生其他某些故障时

15、，机转速和输出扭矩都将受限制。当发生其他某些故障时，ECUECU也进也进入跛行回家模式。入跛行回家模式。天然气发动机空气供给系统（节气门）天然气发动机空气供给系统（节气门）发动机排气能量排气能量损失增压后空气增压器废气阀天然气发动机空气供给系统（增压压力示意图）天然气发动机空气供给系统（增压压力示意图） 作用：与增压器的放气阀连接，控作用：与增压器的放气阀连接，控制增压器废气门驱动气室的气体制增压器废气门驱动气室的气体压力压力On/off On/off 电磁阀开启频率为电磁阀开启频率为 30 Hz30 Hz或或50Hz50Hz注意事项：注意事项：如果通至阀门的空气被污染，如果通至阀门的空气被污

16、染， 阀门的隔网可能堵塞阀门的隔网可能堵塞连接管路长度不可更改，否则增连接管路长度不可更改，否则增压控制可能不稳压控制可能不稳消声器仅用做隔音消声器仅用做隔音如果空气连接断开，发动机功率如果空气连接断开，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）气门来保护发动机和降低功率）如果电气连接断开，则发动机功如果电气连接断开，则发动机功率下降率下降天然气发动机空气供给系统（废气庞统控制阀）天然气发动机空气供给系统（废气庞统控制阀）弹簧力方向废气控制阀废气控制阀PWMPWM信号信号：DC%=0DC

17、%=0时，电磁阀关闭，压缩空气全部用来推时，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，最终降低增压力；压器工作的排气能量减少，最终降低增压力；DC%=100%DC%=100%，电磁阀处压缩空气泄漏量最大，增，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关闭，从而使压器废气阀在弹簧力左右下趋向关闭，从而使增压器工作的排气能量增多，增压压力升高。增压器工作的排气能量增多，增压压力升高。增压控制逻辑为增压控制逻辑为: :MAP MAP MAP 设定增压压力设定增压压力, DC, DC 减少。减少

18、。天然气发动机空气供给系统（废气庞统控制阀）天然气发动机空气供给系统（废气庞统控制阀）TMAP传感器安装在电子节气门之后。安装在电子节气门之后。集成压力温度的传感器集成压力温度的传感器用途用途 燃料喷射计算燃料喷射计算 增压控制增压控制压力传感器压力传感器 测量进气管绝对压力测量进气管绝对压力 测量范围从真空到增压压力测量范围从真空到增压压力温度传感器温度传感器 测量进气歧管温度测量进气歧管温度注意事项：可以和注意事项：可以和PTPPTP传感器互换，但线束不能传感器互换，但线束不能插错。插错。天然气发动机空气供给系统（天然气发动机空气供给系统（TMAPTMAP传感器）传感器）安装在电子节气门之

19、前安装在电子节气门之前仅用来测量压力仅用来测量压力作为计算进入发动机空气流量的修正参数，作为计算进入发动机空气流量的修正参数，对涉及燃气量修正的充气效率对涉及燃气量修正的充气效率(VE)(VE)提供基准提供基准OH2.xOH2.x系统中，有许多错误代码的判断需要系统中，有许多错误代码的判断需要PTPPTP参数作为参考。参数作为参考。（如：（如：SFC331,371,372,373,491SFC331,371,372,373,491）注意事项：可以和注意事项：可以和TMAPTMAP传感器互换，但线束不能传感器互换，但线束不能插错。插错。天然气发动机空气供给系统（天然气发动机空气供给系统（TMAP

20、TMAP传感器）传感器）作用作用：稀薄燃烧闭环控制传感器，通过测量排气成分中：稀薄燃烧闭环控制传感器，通过测量排气成分中氧分子浓度，把此信号传给氧分子浓度，把此信号传给ECUECU， ECU ECU 判断混合气判断混合气的实际空燃比相对于设定值是稀还是浓，并相应控的实际空燃比相对于设定值是稀还是浓，并相应控制喷气量的增减，从修正空燃比。制喷气量的增减，从修正空燃比。安装位置要求：安装位置要求： 1 1）安装在离增压器出口或排气弯管下游）安装在离增压器出口或排气弯管下游3 35 5倍排气倍排气管直径的地方。管直径的地方。 2 2）氧传感器不能安装在排气管弯管处。）氧传感器不能安装在排气管弯管处。

21、 3 3）如果车辆安装有排气制动装置，氧传感器必须安装）如果车辆安装有排气制动装置，氧传感器必须安装在此装置的后方在此装置的后方 4 4）满足上述前提下，氧传感器尽量靠近增压器。）满足上述前提下，氧传感器尽量靠近增压器。 5 5）氧传感器线束及接插件应尽量远离排气管，不能有）氧传感器线束及接插件应尽量远离排气管，不能有被烧结的可能。被烧结的可能。 6 6）氧传感器的安装座面不能太高，焊接在排气管上的）氧传感器的安装座面不能太高，焊接在排气管上的氧传感器螺座高度要小于氧传感器螺座高度要小于10mm10mm，以保证氧传感器头以保证氧传感器头部能完全伸入排气管。部能完全伸入排气管。性能：性能：闭环温

22、度控制，保持传感器在闭环温度控制，保持传感器在 750 C 750 C天然气发动机空气供给系统（氧传感器）天然气发动机空气供给系统（氧传感器）测量相对湿度测量相对湿度(RH) (RH) 及提供及提供RHRH与模拟输出电压的线性关系表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电容式传感器具有更长的稳定性测量大气温度测量大气温度(RHT)(RHT)OH2.0 OH2.0 根据下列参数计算比湿度（根据下列参数计算比湿度（SHSH）: : RHRH RHTRHT BAROBARO传感器安装传感器安装 安装在进气系统，空滤器与增压器压气机之间安装在进气系统，空滤器与增压器压气机之间 湿度对

23、功率的修正是通过对湿度对功率的修正是通过对PHIPHI加浓来补偿的，使用加浓来补偿的，使用 湿度补偿时，软件中的相关数据需要准确标定。湿度补偿时，软件中的相关数据需要准确标定。天然气发动机空气供给系统（湿度传感器）天然气发动机空气供给系统（湿度传感器）天然气发动机结构特点（电气原理图）天然气发动机结构特点（电气原理图）Trigger触发信号触发信号Reset复位信号复位信号V+V+V+IMONPCM128-HDEDM-HD天然气发动机结构特点（点火系统）天然气发动机结构特点（点火系统）作用：发动机控制模块（作用：发动机控制模块（ECMECM）通过发动机转速）通过发动机转速来控制其他参数，包括：

24、进气量、燃料量、点火提来控制其他参数，包括：进气量、燃料量、点火提前角等。这些参数的控制要求发动机控制模块（前角等。这些参数的控制要求发动机控制模块（ECMECM）精确地知道发动机的凸轮轴位置（如应知道）精确地知道发动机的凸轮轴位置（如应知道哪一缸发火）和发动机转速。哪一缸发火）和发动机转速。安装：转速传感器和信号轮之间的间隙应足够安装：转速传感器和信号轮之间的间隙应足够的小，以保证发动机在最低转速时能产生波幅大于的小，以保证发动机在最低转速时能产生波幅大于1V1V的电压信号。安装时，的电压信号。安装时，盘车至一缸压缩上止点，盘车至一缸压缩上止点，传感器齿盘上的传感器齿盘上的TDCTDC标志对

25、准标志对准CAMCAM传感器的中心（使传感器的中心（使齿盘上的刻线竖直），齿盘的信号齿与传感器之间齿盘上的刻线竖直），齿盘的信号齿与传感器之间的间隙为的间隙为1 10.5mm 0.5mm 。信号盘应可靠固定，以保证信号盘和发动机的信号盘应可靠固定，以保证信号盘和发动机的相位关系不会改变。信号盘通常有一个标记齿（和相位关系不会改变。信号盘通常有一个标记齿（和其它齿不均匀分布）用来确定发动机旋转的绝对位其它齿不均匀分布）用来确定发动机旋转的绝对位置。置。调整：准确的点火提前角度需用点火正时灯测调整：准确的点火提前角度需用点火正时灯测量。量。天然气发动机点火系统（信号发生器）天然气发动机点火系统（信

26、号发生器）ECU ECU 点火控制点火控制: :电控单元对点火时刻控制为开环控制，无反馈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，此表坐标为点火提前角从程序中查表，此表坐标为RPM/MAPRPM/MAP水温（水温（ECTECT）对查表所得数值有一定补偿）对查表所得数值有一定补偿天然气发动机点火系统（点火控制模块）天然气发动机点火系统（点火控制模块）感应式点火线圈在初级线圈使用线圈匝数储存电流，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）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

27、次级线圈天然气发动机点火系统（高压线圈）天然气发动机点火系统（高压线圈）潍柴气体机高压线寿命长：潍柴气体机高压线寿命长：燃气混合均匀燃气混合均匀压缩比高压缩比高阻抗小阻抗小绝缘性能好绝缘性能好天然气发动机点火系统（高压线圈）天然气发动机点火系统（高压线圈）作用：产生电火花，点燃混合气。作用：产生电火花，点燃混合气。火花塞的安装扭矩：火花塞的安装扭矩：252540 N.m40 N.m；火花塞间隙：火花塞间隙：0.350.350.05mm0.05mm（严格（严格用塞规调整）；用塞规调整）；调整方法：如果间隙偏大，先把塞调整方法：如果间隙偏大，先把塞尺塞进间隙，用小扳手轻轻敲击侧尺塞进间隙，用小扳手

28、轻轻敲击侧电极拐角部位；如果间隙偏小，先电极拐角部位；如果间隙偏小，先用小虎钳把间隙慢慢调大，然后塞用小虎钳把间隙慢慢调大，然后塞入塞尺，再用小扳手轻轻敲击侧电入塞尺，再用小扳手轻轻敲击侧电极！极！注意：要保证侧电极和中心电极面注意：要保证侧电极和中心电极面平行！平行！1. 绝缘体绝缘体 2.火花塞头部火花塞头部 3.密封垫圈密封垫圈 4.中间柱体中间柱体 5.火花塞体火花塞体 6.玻璃密封剂玻璃密封剂 7.垫圈垫圈 8.电极电极 9.密封垫圈密封垫圈 10.中心电极中心电极 11.地电极地电极天然气发动机点火系统（高压线圈）天然气发动机点火系统（高压线圈）第 35页 共 页l单独的水循环：发

29、动机出水管单独的水循环：发动机出水管-水浴式汽化器水浴式汽化器-水泵进水管水泵进水管 发动机出水管发动机出水管-热交换器热交换器-节温器节温器-水泵进水管水泵进水管 增压器出水管增压器出水管-水泵进水管水泵进水管l水浴式汽化器安装位置不高于发动机出水管水浴式汽化器安装位置不高于发动机出水管天然气发动机结构特点（循环水系统）天然气发动机结构特点（循环水系统）第 36页 共 页天然气发动机结构特点（整车接口）天然气发动机结构特点（整车接口）第 37页 共 页天然气发动机结构特点（整车接口）天然气发动机结构特点（整车接口）序号 护套针脚ECM针脚功能序号 护套针脚 ECM针脚功能1aJ1A22自动变速箱信号15r-120J1C2空调信号2bJ1C5PTO开关（远程油门开关） 16sJ1A23排气制动电磁阀信号3cJ1C10巡航开关17tJ1A5空挡开关信号4dJ1C1巡航加速信号18u-32bJ1B24接地共