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1、第七章第七章 燃气发动机电控技术简介燃气发动机电控技术简介 第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 两用燃料发动机混合器供气电两用燃料发动机混合器供气电 控系统控系统 第三节第三节 混合燃料发动机混合器供气电混合燃料发动机混合器供气电 控系统控系统 第四节第四节 电控燃气喷射系统电控燃气喷射系统 第五节第五节 电控燃气供给系统主要元件电控燃气供给系统主要元件 第一节第一节 概概 述述 一、燃气汽车的发展 二、燃气汽车的类型 三、燃气发动机供给系统 一、燃气汽车车的发发展 w 燃气汽车的发展历程 w 我国燃气汽车的发展现状 3. 燃气汽车的发展趋势 1. 燃气汽车的发展历程： 1872年天然气发
2、动机问世；三十年代初由意大利 人率先采用天然气作为汽车燃料。 七十年代燃气汽车技术逐渐快速发展。 九十年代后天然气汽车数量迅速增加 。 2. 我国燃气汽车的发展现状 20世纪50时年代开始天然气汽车的研究； 80年代中期开始发展天然气汽车； 1994年起上海组织开展液化石油气燃气汽车样车的适 用及研究； 2001年底我国燃气汽车保有量已超过11万辆,预计到 2005年，我国燃气汽车的保有量将达到100万辆，到2001年 将达到150万量。 3.燃气汽车的发展趋势 目前，两用燃料单点喷射系统和单一燃料（ 天然气或液化石油气）闭环多点顺序喷射系统相继 问世，而闭环多点顺序喷射系统是当今燃气发动机
3、电控技术发展的主流和方向。 二、燃气汽车车的类类型 1. 按所用气体燃料的种类 液化石油气汽车、天然气汽车、液化石油气汽车 以液化石油气作为燃料；天然气汽车以天然气作为燃 料。 2. 按所用燃料的数量和形式 单燃料燃气汽车、两用燃料燃气汽车、混合燃料 燃气汽车单燃料燃气汽车只使用天然气或液化石油气 中的一种作为发动机燃料。 三、燃气发动发动 机供给给系统统 1. 燃气发动机供给系统类型 2. 机械控制式燃气供给系统 1. 燃气发动机供给系统类型 （1）按燃气供给量的控制方式 （2）按燃气供给方式 （3）按空燃比控制方式 （4）按发动机的类型 （1）按燃气供给量的控制方式 机械控制式燃气供给系统
4、、电子控制式燃气供给系统、电子控 制式燃气供给系统由各种传感器采集并向ECU输送发动机的工况信息 ，ECU则根据这些信息和内存控制模型直接控制功率阀或燃气喷射器 工作，以实现对供气量的控制。 电子控制式燃气供给系统的燃气与空气可以采用缸内混合方式 ，也可采用缸外混合方式。 （2）按燃气供给方式 混合气供给系统、燃气喷射系统 混合气供给系统的燃气与空气采用缸外混合方式，与传统的 化油器式汽油发动机类似。 燃气喷射系统与空气可以采用缸内混合方式，也可采用缸外 混合方式。 缸内混合方式与柴油机类似，在发动机压缩行程接近上止点 时，将一定量的燃气经安装在气缸盖上的高压燃料阀（或喷嘴） 直接喷入气缸，在
5、气缸内部使燃气与空气混合形成可燃混合气。 缸外混合方式是将燃气定时、定量的喷入各缸进气歧管中的 进气门处。 （3）按空燃比控制方式 开环控制系统和闭环控制系统 机械控制燃气供给系统均属开环控制系统 闭环控制系统是由ECU根据氧传感器的反馈信号对供 气量进行修正。 （4）按发动机的类型 单燃料发动机供给系统、两用燃料发动机供给系统、 混合燃料发动机供给系统。 2.机械控制式燃气供给系统 （1）单燃料发动机燃气供给系统 （2）两用燃料发动机供气系统 （3）燃料发动机供给系统 （1）单燃料发动机燃气供给系统 单燃料发动机燃气供给系统一般利用节气门根据工况要 求实现对混合气量的控制，而可燃混合气一般利
6、用火花塞点 燃。 （2）两用燃料发动机供气系统 化油器式汽油机改装的汽油/CNG两用燃料发动机供给系统 结构特点：即在原汽油机上加装一套CNG燃气供给系统，包括 高压钢瓶、高压管路、滤清器、调节器、混合器等，在燃用天 然气时，替代原汽油机供给系统向发动机提供天然气空气混 合气。 化油器式汽油机改装的汽油/LPG两用燃料发动机供给系统 由燃料转换开关控制两个电磁阀实现燃用汽油与LPG的切换， LPG经过滤清器过滤后，进入调节器进行减压并蒸发，气态的 LPG流入混合器与空气混合形成可燃混合气进入气缸。 （3）燃料发动机供给系统 柴油/CNG混合燃料发动机供给系统组成：燃料供给系 统、发动机控制保护
7、系统、天然气供给和调节系统、天然气储 存系统。 第二节第二节 两用燃料发动机混合器两用燃料发动机混合器 供气电控系统供气电控系统 一、电控燃气供给系统的功能 二、混合器供气电控系统的组成 三、混合器供气电控系统工作原理 一、电控燃气供给系统的功能 1. 模拟汽油喷射信号 发动机在燃用燃气时必须在切断汽油喷射的同 时，由电控燃气供给系统向汽油ECU输入模拟的汽 油喷射信号。 2模拟氧传感器信号 电控燃气供给系统必须向汽油ECU输入一个理 想的模拟氧传感器信号，以便切换到燃用汽油时汽 油ECU能够正常工作。 二、混合器供气电控系统的组成 1 基本组成 除与电控汽油喷射系统共用的元件外，增加的主 要
8、电控元件有：转换开关、模拟器、燃气ECU、步进电 机功率阀等。 2 主要元件位置 燃气供给系统中的调节器、混合器、步进电动机 功率阀等均安装在发动机室内，燃料转换开关安装在驾 驶室内仪表盘附近，不同车型高压气瓶安装位置不同， 手动供气阀、电磁阀等安装位置不同。 三、混合器供气电控系统工作原理 1 开环控制系统 2 闭环控制系统 1 开环控制系统 电控汽油喷射发动机改装的汽油/CNG两用燃料 发动机开环控制供气系统，在进气管前，该系统的燃 气供给和汽油供给两个燃料供给系统是并列的。在发 动机工作时由油气转换开关控制燃气电磁阀和电动燃 油泵，同一时刻，只允许发动机燃用汽油或燃气一种 燃料。 发动机
9、燃用天然气时，将燃料转换开关转到“气” 位置，此时燃气电磁阀开启、电动燃油泵停止工作， 天然气经减压调节器减压后，在经动力调节阀进入混 合器，并与来自空气滤清器的清洁空气混合后供往气 缸。 2 闭环控制系统 闭环控制系统，在减压调节器和混合器之 间安装由ECU控制的功率阀，并加装氧传感器实 现空燃比闭环控制，则可使发动机在各种工况下 都能获得最佳的空燃比。 第三节第三节 混合燃料发动机混合器供气混合燃料发动机混合器供气 电控系统电控系统 混合燃料发动机混和供气电控系统是纯混合器 供气电控系统与第一代柴油机电控燃油喷射系统的 结合，混合燃料发动机采用压缩自然式的点火方式 ，没有点火系统，而引燃柴
10、油的喷射量和喷射正时 由柴油机电控燃油喷射系统控制。 CNG/柴油混和燃料非增压发动机混和器供气系 统组成：天然气供气系统、引燃柴油供给系统、电 子控制单元。 天然气供气系统主要由高压气瓶、电磁阀、 调节器、功率阀、混和器组成。 电子控制单元的主要功能是根据各传感器信 号来确定供油齿条和功率阀的位置，并根据燃料转 换开关等控制天燃气电磁阀的通断，同时燃气ECU 也具有失效保护功能。 第四节第四节 电控燃气喷射系统电控燃气喷射系统 一、电控气态燃气喷射系统 二、电控液态燃气喷射系统 一、电控气态燃气喷射系统 1. 电控气态燃气喷射系统的分类 2. 单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷 射系统 3
11、. 混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统 4. 电控燃气直接喷射系统 1 电控气态燃气喷射系统的分类 （1）按使用燃料 电控气态CNG喷射系统、电控气态LPG喷射系统 下一页 （2）按燃气ECU工作原理 直接采集信号控制系统、间接采集信号控制系统。 直接采集信号控制系统的燃气ECU直接采集各种传感器信号，如 发动机转速、节气门位置、氧传感器等信号，经过分析计算，确定喷 入各缸的燃气量。 间接采集信号控制系统的燃气ECU只相当于一个转换器，它充分 利用汽油ECU的控制功能，采集汽油ECU输出的喷油器控制信号并将 其转化为燃气喷射器控制信号再用来控制燃气喷射器的喷射时刻和喷 射时间。 2.单燃料或两
12、用燃料发动机电控多点燃气喷射 系统 电控多点燃气喷射系统将燃气喷射器布置在各 缸进气歧管的进气门处，采用顺序喷射控制方式分别 对每个缸的燃气喷射器进行控制。如图日本本田公司 研制的电控多点燃气喷射系统。 3 混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统 混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统与混 合器供气电控系统相比，只是采用的燃气供给方式 不同，多点燃气喷射系统中取消了功率阀和混合器 ，利用燃气喷射器控制燃气供给量。如图柴油机电 控燃油喷射系统与电控多点燃气喷射系统组成的柴 油/CNG混和燃料发动机供给系统。 4 电控燃气直接喷射系统 电控燃气直接喷射系统利用燃气喷射器直接 向气缸内供气，并由燃气ECU控
13、制喷气量和喷气正 时 。 二、电控液态燃气喷射系统 电控液态燃气喷射系统以液化石油气为燃料 ，主要部件包括，LPG燃料泵、压力调节器、压力 传感器、喷射器及ECU等。 目前研制的电控液态LPG喷射系统都是间接 采集信号的控制系统，即燃气ECU都是利用汽油 ECU的喷油器控制信号（包括同步喷射信号和异步 喷射信号），来控制燃气喷射器的工作。 第五节第五节 电控燃气供给系统主要元件电控燃气供给系统主要元件 一、功率阀 二、模拟器 三、点火提前调节器 四、燃气喷射器 一、功率阀 （1）功率阀的安装位置 （2）功率阀的类型 （3）功率阀的控制原理 （1）功率阀的安装位置 功率阀安装在燃气压力调节器与混
14、合器之间 的低压输气管路中。 （2）功率阀的类型 步进电动机功率阀、占空比功率阀。 步进电动机功率阀采用步进电动机驱动调节阀来 执行燃气ECU的指令，实现燃气供给量调节。 占空比功率阀采用占空比控制型电磁阀来执行燃 气ECU的指令，实现燃气供给量调节。 （3）功率阀的控制原理 功率阀通过改变低压输气管路的流通截面来控制供 气量。 双步进电动机功率阀 二、模拟器 （1） 模拟器的功用 （2） 模拟器的类型及工作原理 （1） 模拟器的功用 发动机燃用燃气时，产生并向汽油ECU输送模 拟喷油器工作的信号。 （2） 模拟器的类型及工作原理 电压驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接通短 路开关即可将蓄电池1
15、2V电源不经电阻R输送给喷油 器，喷油器正常工作。当燃用燃气时，模拟器断开短 路开关，此时汽油ECU仍能正常向喷油器输送喷油信 号，由于接通喷油器搭铁回路后，蓄电池12V电源经 过串联电阻R输送给喷油器，使通过喷油器的电流减 小，喷油器线圈产生的电磁力不足以吸开针阀，所以 喷油器不喷油，但输送给汽油ECU的仍是12V电压信 号。 下一页 电流驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接 通喷油器电路而断开电阻R电路，喷油器正常工作 。当燃用燃气时，模拟器则断开喷油器电路而接 通电阻R电路，喷油器不喷油，由于喷油器并联电 阻与喷油器电阻相等，所以输送给汽油ECU的电 流信号不变。 a）电压驱动式喷油器 b）
16、电流驱动式喷油器 三、点火提前调节器 燃气与汽油的化学性质不同，在同一工况下的 最佳点火提前角不同，所以在以汽油机改装的两用燃 料发动机上，设有点火提前调节器，以满足发动机燃 用燃气和燃用汽油时对点火提前角的不同需要。 四、燃气喷射器 1. 国产HSV电控低压燃气喷射器工作过程 2. 天然气-柴油组合式喷射器工作过程 1. 国产HSV电控低压燃气喷射器工作过程： 电磁线圈不通电时球阀在进气口和出气口两 侧气体压差的作用下向右开启，使燃气经出气口喷 出。当电磁阀通电时，衔铁在电磁力作用下向左移 动，并通过顶杆使球阀向左关闭，停止燃气喷射。 2. 天然气-柴油组合式喷射器工作过程： 当ECU发出喷射指令使控制电磁阀通电时，电磁 阀关闭供油/回油通道，凸轮驱动柱塞向下运动压缩泵 油腔内的柴油，柴油压力达到喷射始点压力，柴油针 阀开启喷射引燃柴油。而后随着高压燃气进入喷射器 内燃气压力腔，当凸轮顶点转过使柱塞开始上移（喷 油基本结束），且燃气压力腔内的压力超过气体针阀
