天然气发动机燃气电控系统课件

1、潍柴天然气发动机培训 ? ? 天然气发动机的基础概念 一、进气=功率 1、更多进气 = 更大功率 （意味着不能一味加大油门来提升马力） 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 2、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 二、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 三、稀燃 正常的空燃比是以当量比来表示的。 1

2、、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。通常空燃比以质量比给出。 用表示过量空气系数，当量混合时即 柴油机空燃比：14.5 天然气发动机 空燃比：16-17 2、稀燃:混合气中多余了空气称为稀， 1表示稀， （多余了燃料称为浓， 60 时会导致燃气流量的减少。 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 注意事项： 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“IN”标记，出口 处有“OUT”标记。 节温器 燃料计量阀 作用：由ECU根据发动机运行中的各温度、压力、转速信号发出指令，来决定供给混合器

3、的天然气量。 结构特点： 脉宽调制 (PWM) 喷射阀，每个喷嘴都单独控制，即一个驱动对应一个喷嘴。 节气门体上游喷射； 喷射阀与各缸时序对应 (瞬态除外)； 一体式燃气压力传感器 (NGP)； 一体式燃气温度传感器 (NGT)； OH2最多可以支持12个喷嘴 在喷射阀上安装有压通式单向阀以用于检测 燃气压力，安装FMV时应保证便于检测燃气压 力。 燃料计量阀 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NOx排放和排气温度。 结构：采用喉管和十字叉结构，天然气从小孔中进入混合器。 混合器 空 气 控 制 系 统 OH2空气控制系统图 OH1.2 Engin

4、e Controller Engine 发动机 排气管 电子节气门 增压器 Air Filter 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 线传电控系统 电子脚踏板和节气门间不使用机械部件连接。 电子脚踏板踩下，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 潍柴燃气发动机脚踏板采用非接触式传感器，输出电压信号：05V，ECU根据脚踏板的信号来控制电子节气门的开度。 电子脚踏板有一电位

5、计（FPP）和怠速确认开关(IVS) IVS 一端接地，另一端接ECU。 当油门脚踏板没有踩下去的时候，IVS 开关是开着的，当油门脚踏板下踩到某个点时，IVS 将关闭并发出一个信号通知ECU。 燃气发动机结构原理（电子脚踏板） 电子脚踏板 电子脚踏板必须有一电 位计和怠速确认开关 (IVS)当脚踏板踩下， 怠速确认必须是关闭 的。 电子脚踏板有特殊的标 定。 ECU在每一次开电循环 后会自动重新标定脚踏 板。 IVS 一端接地，另一端接ECM。当油门脚踏板没有踩下去的时候，IVS 开关是开着的。当油门脚踏板下踩到某个点时，IVS 将关闭并发出一个信号通知ECM，IVS 和电位计两者保持一致（

6、电性方面）。 电子脚踏板 线束端 脚踏板接头 针脚对关针脚对应关系：34C（J1A11）3 51 （J1A8）2 33C（J1A24）1 33d（J1A24）4 52（J1B7）5系 34C（J1A11）3 51 （J1A8）2 33C（J1A24）1 33d（J1A24）4 52（J1B7）5 线束端 脚踏板接头 ECU电控单元 作用：电控发动机的控制中心，接收各传感器传送来的发动机运行信息，加以运算处理后控制各执行器动作 ，同时给传感器提供稳压电源或参考电压。 结构： 1、最大有34 模拟量输入，5 个数字量输入 ，5 PWM 输入等； 2、最大支持12个喷嘴驱动，1 个驱动单独对应一个喷

7、嘴； 3、11 个低端输出； 4、2 CAN 通讯口； 5、1 RS-485通讯口。 电源：两个从ECU到传感器的5 Volt电源输出， 传感器由ECU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。 接地：有一专门应用于连接传感器和ECU的接地，以保证传感器的精确读数。 通信：ECU采用RS485用于Toolkit软件连接，故障检查和标定。 电子节气门 电子节气门集成有执行器，位置传感器，节气阀门等。接收PWM信号由ECU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。 电子节气门根据ECU指令，有三种工作状态： 1、当发动机速度低于

8、怠速目标值时，ECU 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。 2、当发动机速度超过最大额定转速时，ECU 限制节气门开度位置，即速度越高节气门开度位置越小。 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： 电子节气门内部包含节气门开度位置传感器，ECU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，ECU 将进入特定的跛行回家模式，在该模式中燃气流量大量减少，发动机以极低转速运行。当发生其他某些故障时，EC

9、U也进入跛行回家模式。 进气压力控制示意图 发动机排气能量 排气能量损失 增压后空气 增压器废气阀 进气压力控制原理 ?天然气发动机的工作特点之一为功率=进气，天然气发动机的性能取决于增压压力的控制,在发动机软件设计中，针对发动机的每一工况，均设有明确的增压压力值，该值是通过不断的试验优化所得。压力控制是通过PID参数，调整废气控制阀的占空比（DC%）,使实际增压压力MAP=设定增压压力。 第 36页 共 页 冷却水接口 采用加大流量水冷增压器 1、水流量加大； 2、通过冷却水冷却机油降低增压器温度 水冷增压器 废气旁通控制阀 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压力On

10、/off 电磁阀开启频率为 30 Hz或50Hz 注意事项： 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 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关闭，从而使增压器工作的

11、排气能量增多，增压压力升高。 增压控制逻辑为: MAP 设定增压压力, DC 减少。 TMAP传感器 ?安装在电子节气门之后。 ?集成压力温度的传感器 ?用途 ?燃料喷射计算 ?增压控制 ?压力传感器 ?测量进气管绝对压力 ?测量范围从真空到增压压力 ?温度传感器 ?测量进气歧管压力 ?注意事项：可以和PTP传感器互换，但线束不能插错。 PTP传感器 安装在电子节气门之前 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，对涉及燃气量修正的充气效率(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） 注意事项

12、：可以和TMAP传感器互换，但线束不能插错。 氧传感器 作用：实现稀薄燃烧闭环空燃比控制的关键传感器，它把排气含氧浓度信号传给ECU， ECU 判断混合气的实际空燃比相对于设定值是稀还是浓，并相应控制喷气量的增减，从而使空燃比保持为设定值。 安装位置要求： 1）安装在离增压器出口或排气弯管下游35倍排气管直径的地方。 2）氧传感器不能安装在排气管弯管处。 3）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 4）满足上述前提下，氧传感器尽量靠近增压器。 5）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。 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螺座高度要小

13、于10mm，以保证氧传感器头部能完全伸入排气管。 性能：闭环温度控制，保持传感器在 750 C 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）: ?RH ?RHT ?BARO ?传感器安装 ?安装在进气系统，空滤器与增压器压气机之间 ?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，软件中的相关数据需要准确标定。 ? 点火系统 点火系统示意图 Trigger触发信号 Reset复位信号 V+ V+ V+ IMON PCM128-HD EDM-HD 转速传

14、感器（凸轮轴信号传感器） 作用：发动机控制模块（ECM）需利用发动机转速来控制众多参数，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（ECM）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。 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1V的电压信号。安装时，盘车至一缸压缩上止点，传感器齿盘上的TDC标志对准CAM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的间隙为10.5mm 。 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（和其它齿不均匀分布）用来确定发动机旋

15、转的绝对位置。 调整：准确的点火提前角度需用点火正时灯测量。 ECU电控单元（点火控制） ECU 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 点火模块ICM 点火模块= 电子分配器 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 点火模块 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 点火产生的过程 当触发信号上升沿传递给电控单元时，点火模块打开点火驱动以选作

16、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6.5 A，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， 重置脉冲信号触发时，电控单元指示点火模块选择第一缸工作 点火线圈 ?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 高压线 潍柴气体机高压线寿命长： 燃气混合均匀 压缩比高 阻抗小 绝缘性能好 火花塞 作用：产生电火花，点燃混合气。 火花塞的安装扭矩：2540 N.m； 火花塞间隙：0.350.05mm（严格用塞规调整）； 调

17、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 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 入塞尺，再用小扳手轻轻敲击侧电 极！ 注意：要保证侧电极和中心电极面 平行！ 1. 绝缘体 2.火花塞头部 3.密封垫圈 4.中间柱体 5.火花塞体 6.玻璃密封剂 7.垫圈 8.电极 9.密封垫圈 10.中心电极 11.地电极 水温传感器 原理：高灵敏度NTC（负温度系数热敏电阻）电阻阻值随温度下降而增大 结构：1、电子接头 2、壳体 3、NTC电阻 4、冷却液 作用：在水温较低时用来修正怠速转速、点火提前角、最大增压压力限值及混合气浓度。 发动机工作模式（开环） 一

18、、开环：ECU根据混合气进气量和空燃比目标值计算天燃气的流量，并根据发动机转速和喷嘴数量将天燃气流量换算成喷嘴每次喷气量（速度密度法MAP, MAT, ECT, PTP, RPM） 开环状态下： UEGO 信息忽略 发动机每次启动时进入开环模式 每次启动后最初10秒 设置在闭环模式禁用时产生的系统故障码 开环时有特殊加浓和降增压功能 特殊的开环模式 仅在瞬态时暂时启用 如果 CL/OL 表要求 发动机工作模式（闭环） 闭环：根据空燃比目标值和实际值（修正后的测量值）之间的差值，ECU 计算空燃比闭环修正系数CL，然后对开环燃气喷气量进行修正，调整喷嘴脉冲宽度，使空燃比保持在目标值附近。 发动机

19、闭环工作时利用氧传感器反馈信息。 在下列情况下闭环控制无效(CL = 0)： 某些系统故障禁止闭环控制（如氧传感器故障）； 传感器预热（发动机起动过程）； 瞬态变工况（加速、减速）； 禁止闭环控制的工况区。ECU 内存中存有闭环控制表（纵坐标为发动机转速，横坐 标为进气歧管压力），在某些工况下禁止闭环控制。 发动机工作模式（自适应） ECU 内存中存有自适应校正 系数（AL）表。AL 的作用在于对 较长时间内的空燃比偏差作出修 正，AL值起作用时，发动机进入 自适应工作模式。 自适应工作原理：相当于记忆保 存的闭环。 自适应表每个数值为MAP和RPM的函数 自适应表存储ECU内存中 系统中很多

20、故障码可导致自适应功能禁用 第 55页 共 页 燃气气路流向示意图 第 56页 共 页 水路连接示意图 ?第三部分： 日常使用及维护保养 日常操作 1、启动前检查： 1）常规检查：机油、冷却液等 2）检查气瓶与支架、燃气管路与支架固定是否牢固，天然气气管接头是否漏气。 3）检查传感器接头是否松动，线束是否有脱落靠近排气管，是否有磨蹭、拉拽。 4）检查燃气管路是否有磨损、裂纹 5）检查各橡胶水管是否有老化、裂纹、压瘪 6）检查燃气表压力是否正常，CNG车辆燃气压力需高于3MPa,LNG车辆燃气压力需高于7bar。 7）LNG车辆需要观察液位显示，判断瓶内的存液量。 2、启动发动机： 1）启动发动

21、机时先接通点火钥匙，停顿3-5秒后再启动发动机， 保证燃气管路内能够充满燃气，ECU供电（WOODWARD 2.0系统，需等听到“哒”的一声响后,再启动） 日常操作 2）启动时不要踩脚踏板，节气门开度和喷气量由ECU控制,需等水温达到40以上，车辆再运行 3）发动机启动后怠速运行30秒，检查机油压力和水温，不要启动后就空踩踏板。 4）若3次启动不成功，应重新仔细检查燃气部分和电路部分。 5）为保护启动机每次启动时间不超过15秒，每次启动间隔应大于30秒。 3、行驶过程中缓踩油门。过积水路面时，应减速慢行，防止水溅到电器元件上。发现发动机故障时，应停车检查，防止故障扩大化。故障灯亮时，若发动机机械部分无异常时，可继续行驶，到合适区域报修。 4、车辆运行后，发动机温度很高，此时，不要立即停熄发动机，需怠速运转3-5分钟，待各部分正常冷却后，再停熄发动机。 5、LNG车辆第一次加液后，如果静