潍柴天然气发动机燃气电控系统概要

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1、潍柴天然气发动机培训 第 2页 共 页 目 录 一、企业及产品概况 二、天然气发动机结构及工作原理 三、天然气发动机使用维护保养 四、天然气发动机故障诊断软件安装及使用 五、天然气发动机常见故障排除 第一部分： 企业及产品概况 第 4页 共 页 一、企业概况 （产权结构） 潍柴控股集团有限公司 潍坊潍柴 道依茨公司 潍柴进出口 公司 山东巨力股 份公司 000880SZ 潍柴动力股份 有限公司 2338HK 000338 SZ 陕西 法士特 陕西 重汽 株洲 火花塞 株洲 齿轮 东风 越野车 富通 空调 潍柴西港 新能源 主营业务：动力总成、整车、零部件 重潍柴 中速机业务 重潍柴 高速机 业

2、务 上海 和达 40% 第 5页 共 页 一、企业概况 （公司简介） 公司是潍柴动力控股的新能源发动机制造企业，成立于1999年，现厂房建筑面积2万 余平方米，年生产能力2万台，满负荷生产，年销售收入可达20亿元，建有先进的产品 开发试验装备。公司成功开发了WP5NG、WP6NG、WP7NG、WP10NG、WP12NG等车用气体发 动机产品，功率覆盖120-280千瓦，达到国、国、国排放标准，广泛应用于城市 公交、公路客车、重型卡车等各个领域，并出口到多个国家和地区。 第 6页 共 页 潍柴新能源发动机公司产品试验室占地6000多平方米，有12个气体机专用 整机试验台，其中包括瞬态交流电力测功

3、系统1套，全流排放设备1套，燃烧分 析仪1套，发电机组试验台1个，自动化性能试验台10个，天然气压缩子站一座 ，具有国、国、国气体发动机燃烧开发及性能标定的能力,试验装备达到 世界一流水平. 企业概况 （试验室） 第 7页 共 页 产品介绍 型号 1000转扭矩 (Nm) 最大扭矩 (Nm)/rpm 额定功率 (kW/hp) 额定转速 (r/min) 最低燃气耗 (g/kWh) 1米噪声 dB(A) WP10NG260E30900980/(1200-1600)191/260220019595 WP10NG280E309501160/(1200-1600)206/280220019595 WP1

4、0NG300E3010001230/(1200-1600)220/300220019595 WP12NG330E3010501350/(1200-1600)243/330220019595 WP12NG350E3011001400/(1200-1600)257/350220019595 WP12NG380E3011501500/(1200-1600)280/380220019595 参数说明： NG- 天然气的总称包括CNG(压缩天然气)和LNG(液化天然气) E30-表示达到国排放标准 第二部分：天然气发动机结构及工作原理 天然气发动机结构特点 潍柴天然气发动机是在相应型号潍柴柴油机基础上改

5、制，增加燃气电控系 统而成。目前潍柴LNG发动机采用美国WOODWOOD2.0燃气电控系统。 1、取消了柴油机的燃油系统(高压油泵、喷油器、高压油管等件），增加了燃气 供给系统（气瓶、高压切断阀、减压器、燃气热交换器和节温器、喷射阀等 件）。 2、采用点燃式燃烧方式（气缸盖上的喷油器安装孔改为火花塞安装孔），增加 了点火控制系统（点火控制器、点火线圈、高压线、火花塞）。 3、压缩比比柴油机的小，燃烧室形式（活塞）与柴油机不同。 4、增加了信号发生器，用于判缸和测量发动机转速。 5、增加了混合器和节气门，使燃气和空气在混合器中充分混合。 6、排气温度高，增压器采用水冷中间壳，进、排气门座采用耐磨

6、、耐高温材料 ，采用带隔热材料的排气管。 7、WOODWARD系统单点喷射，稀薄燃烧。 第 10页 共 页 燃气机专用气门座圈及气门 1、耐高温；2、耐腐蚀；3、自润滑性能好 4、气门阀座和气门寿命与柴油机相同 密封带堆焊 专用气门座圈和气门 第 11页 共 页 采用加大内冷振荡油道活塞 1、可以多带走30%的热量； 内冷油道内冷油道 喷油入口 内冷油道 喷油出口 内冷油道连杆 小头喷油口 专用活塞 第 12页 共 页 隔热材料排气管 1、可以降低排气管温度3050 隔热材料排气管 外包隔热材料排气管 第 13页 共 页 潍柴燃气电控系统WOODWARD OH2.0系统结构示意图 三、工作原理

7、 液化天然气从储气瓶流出，经过水浴式汽化器加热后汽化，经过滤清器 过滤杂质后，到达高压切断阀，高压切断阀的开合由ECU控制，减压器的作用 是进一步调整汽化后的天然气压力，调整至7bar-8bar。经调压后的天然气进 入热交换器，热交换器通给天然气加热，以控制燃气温度，然后经过节温器 流入燃料计量阀，燃料计量阀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，进入发动机缸内，经火花塞点 燃进行燃烧，火花塞的点火时刻由ECU控制，氧传感器即时监控燃烧后的尾气 的氧浓度，推算出空燃比，ECU根据氧传感器的反馈信号及时修正天然气喷射 量。 工作原理 燃 气 供 给 系

8、统 燃气供给系统图 气瓶 切断阀 FMV燃料计量阀 混合器 滤清器 低压滤清器 (选装) 稳压器 热交换器 节温器 燃气供给系统的作用: q 压力管理: 气罐压力混合器前极低压力 q 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 q 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. q 安全性: 燃气需要电磁阀控制燃气的开断 第 17页 共 页 滤清器 第 18页 共 页 电磁阀 第 19页 共 页 稳压器 稳压器 热交换器的作用： 天然气从液态变为气态导致 燃气温度大幅降低，通过发动机的冷却液给 天然气进一步加热，可防止进入燃料计量阀

9、 前的燃气结晶，以免影响燃料计量阀性能。 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 性能：在冷却水温高于0度的发动机所有工况， 热交换器能保证燃气始终高于-40 。冷却 水温高于82C时燃气温度高于0度。 热交换器 第 21页 共 页 低温启动性能好最低启动温度：零下30度 1、WOODWARD系统采用独特的板式换热器，对燃气进行二次 换热，保证混合气可靠燃烧。 2、ECU根据水温、空气温度对燃料喷射和点火提前角进行 补偿，保证低温启动性能。 WOODWARD系统独特的 板式换热器 ECU控制低 温启动 热交换器-低温启动性能好 三、节温器 作用：保持出口燃气0-4

10、0 左右，当燃气出口 温度 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，燃气的进 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：根据发动机运行中的各温度、压力、 转速信号来决定供给混合器的天燃气量的多 少。由ECU来控制。 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)

11、； 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 OH1.2OH1.2 EngineEngine ControllerController Engine 发动机 排气管 电子节气门 增压器 AirAir FilterFilter 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

12、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 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

13、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（电性方面）。 电子脚踏板 1. 针脚定义： WILLIAMS 1 WHT APS GND 2 BLK APS SIGNAL 3 RED APS 5V SUPPLY 4 ORN IVS COMMON 5 GRN IVS N.C. 6 BLU NOT USED 2. 接线方式：在连接Williams 脚踏板至线束时请按照下表的连接方式正确连接。 脚踏板接插件针脚脚踏板线束颜色 对应原图纸针脚 1 WHITE 白色 J1A24 2 BLACK 黑色 J1A8 3 RED 红色 J1A11 4 ORANGE 橙色J1A24

14、5 GREEN 绿色 J1B7 6 BLUE 蓝色 NOT USED ECU电控单元 作用： ECU 是一个微缩了的计算机管理中心，它以信号（数据）采集作为输 入，经过计算处理、分析判断、决定对策，然后以发出控制指令、指挥执行器工作作 为输出，同时给传感器提供稳压电源或参考电压。其全部功能是通过各种硬件和软件 来完成的。WOODWARD2.0系统采用PCM128-HD 微处理器。 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嘴； 3、11 个低端输出； 4、2 CAN 通讯口； 5、1 RS-485通讯口。

15、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

16、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，ECU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