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1、,潍柴天然气发动机 2.0系统结构及工作原理,潍柴西港新能源动力有限公司,目 录,六、点火控制系统,七、水循环系统,天然气的特性,天然气成分以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的乙烷、丙烷和丁烷 等烃类气体，氮、二氧化碳、硫化氢等非烃类气体。各个地方天然气的形成过程不尽相同，所以成分也不完全一样。 天然气在我国分布很广，根据开采和形成的方式不同，可分为以下几种： 纯天然气：从地下开采出来的气田气为纯天然气； 石油伴生气：伴随石油开采一块出来的气体称为石油伴生气； 矿井瓦斯：开采煤炭时采集的矿井气； 煤层气：从井下煤层抽出的矿井气； 凝析气田气：含石油轻质馏分的气体。 高纯度的天然气是无色、无味、
2、无毒、无腐蚀性、易燃、易爆的气体。为防止泄露时易于觉察，在天然气中添加了加臭剂。 燃烧速度：是火焰在可燃气体混合物中的传递速度。燃烧速度也称为点燃速度或火焰传播速度。天然气的燃烧速度比较小，其最高燃烧速度只有0.3m/s。因此天然气燃烧后排温高，需对排气系统部件进行强化。,天然气的特性,1）天然气在压缩（液化）、储运、减压、燃烧过程中, 在严格密封的状态进行，不易泄漏； 2）天然气密度比空气轻，易挥发，不易聚集，安全性能好。如有泄漏，很快散失，不易着火； 3）天然气的自燃温度为650，比汽油高。 4）天然气燃烧范围比较窄，在515之间，天然气的燃烧下限明显高于其他燃料： 天然气：5% 柴油：1
3、.58， 汽油：1.3。,天然气、柴油、汽油比较,安全性,天然气的特性,1)CNG:压缩天然气 气瓶内充满气时一般为20Mpa（即200bar)。存储压力很高。 天然气因生产区域不同，成分可能不同，若差别较大，需根据CNG气质成分表调整ECU数据。,LNG储存特性 隔热保冷:保持真空; 分层:长时间停放时,隔几天启动车辆。如果LNG车辆预计停放7天以上，建议停车前罐内残液量小于1/2，运行前需重新加满液，防止燃气成分变化大，导致发动机燃烧异常，带来损坏。,2）LNG:液化天然气 天然气在常温下不能通过加压液化，必须将温度降到-80以下才能在一定压力下液化。 通常条件下，1个体积的LNG（液态）
4、将产生600个体积的气体（标准状态）。 LNG燃点高，安全性能好，适于长途运输和储贮。 LNG接触到皮肤时，可造成与烧伤类似的灼伤。从LNG中漏出的气体也非常冷，并且能导致灼伤。,作为车载能源，天然气主要有以下两种贮存形态：,目 录,六、点火控制系统,七、水循环系统,天然气发动机与柴油机的区别,天然气发动机的燃烧特点,1、空燃比精确控制，空气进气量决定燃气量 进气调节能力决定发动机性能； 增压低，系统中不能通过增加燃料来提升动力，否则 爆震； 排放恶化； 经济性变差,2、采用稀燃技术。 天然气理论空燃比:16-17，混合中的天然气浓度小于理论空燃比。 稀燃优点： 经济性好，排放性能好，热负荷小
5、 稀燃注意事项： 需高能、长时间点火和小的火花塞间隙； 失火极限混合气浓度爆震极限 高的空气湿度易导致失火,3、抗爆性能 爆震是一种不正常的燃烧。长时间爆震会导致发动机系统损坏 ，动力性、经济性将急剧恶化，爆震主要因素包括： 机油消耗过大，或过多积炭； 燃料过浓或品质差 ； 进气温度过高； 增压压力过高； 点火定时不准。,4、燃料喷射闭环控制 氧传感器对排气进行测量反馈给ECU，控制燃料供给，保持目标空燃比。,燃烧特点,天然气发动机技术特点,潍柴天然气发动机主要采用美国伍德沃德公司OH2.0系统，主要技术特点如下： 1、采用电子脚踏板，改善了发动机的驾驶性能。 2、燃气喷射、点火角度、空燃比、
6、发动机负荷全部采用电控单元ECU控制。ECU根据电子脚踏板输出的电压信号，确定电子节气门的开度，再根据发动机负荷、发动机转速、进气压力、燃气压力和温度等参数计算燃气喷射量、确定点火角度。 3、发动机稳定运行时采用闭环控制，使实际空燃比和理论空燃比一致。 4、燃气进气方式为电控单点喷射，供气及时、停气干脆。 5、具有加速加浓功能。 6、采用防喘振技术，发动机大负荷急松脚踏板时，ECU根据减速信号，激活燃料切断功能，在切断燃料供给的同时，电子节气门保持一定的开度，消除了因节气门关闭而引起增压器喘震的可能性。 7、增压器带废气控制阀，采用电控放气。 8、具有超速保护功能。 9、电钥匙打开后，如果没有
7、转速信号，燃气管路的电磁阀会自动关闭。 10、具有故障自我诊断功能。,增压开启阀,经济调节阀,抽真空阀,进液单向阀,出液截止阀,过流阀,压力表阀,液位变送器,二级安全阀,一级安全阀,放空阀,增压调节阀,LNG燃料系统工作流程,车用LNG供气系统包括专用车载低温绝热气瓶、汽化器、调压阀、缓冲罐、压力液位显示仪表、报警装转置及其它辅助如加液放空部件组件。,LNG车用气瓶工作流程原理图,汽化器,LNG发动机工作原理图,进入诊断页面后，点击Connect。 选择对应的COM端口号。（端口号查询方法见上页） 点击Connect。,CNG供气系统原理图,CNG发动机工作原理图,目 录,六、点火控制系统,七
8、、水循环系统,燃气控制系统,燃气供给系 统作用,气瓶及管路部件,切断阀,FMV燃料计量阀,混合器,燃气滤清器,稳压器,热交换器,节温器,压力管理,传感器测量,安全管理,温度控制,清洁,气罐压力混合器前极低压力,有效给燃气加热并控制燃气温度在合理范围内,提供给ECU燃气温 度和压力信息,电磁阀控制 燃气的开断,过滤燃气中的杂质,喷射燃料计算,氧传感器,ECU电控单元,计算机管理中心，以信号（数据）采集为输入，经过计算处理、分析判断、决定对策，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。,输出两个5 V电源给传感器供电等。 注意：如果5v电源短路，会导致许多系统错误。
9、 输出两个专门接地给传感器等。 外接保险盒，内有保险片和继电器，对电路进行控制和保护。,RS485 CAN (SAEJ1939 ),程序保持在可在ECU长时间断电情况下保存； ECU可重复多次刷写数据,电源和接地,通信,程序,燃气控制系统,作用： LNG发动机专用部件，切断或恢复燃料供给，燃气管路上的安全保护开关。 安装要求： 电磁阀使用24V直流电源，安装时请注意电源正负极连接正确。 保证电磁阀上所标明的气流方向与实际气流方向一致。 （进气口-IN，出气口-OUT） 电磁阀连接牢固，无漏气。,LNG电磁阀,LNG稳压器,作用： LNG发动机专用部件，将气瓶输送来的燃气压力调节为控制系统需要的
10、喷射压力。 安装要求： 稳压器上安装时与实际气流方向一致（进气口-IN，出气口-OUT）； 怠速时调整出口压力为8bar左右； 平衡管接头，通过气管与发动机进气管连接，可以动态调节出口压力，提高燃气供气系统的反应速度。WP5/6/7平衡管接头可不接。 二级保养时更换稳压器维修包,燃气控制系统,作用：CNG发动机专用部件，将压缩天然气压力由存储状态调节至8 bar左右。 减压器有一水腔，与发动机水路相连，利用发动机的冷却液加热。天然气从高压变低压需要吸热，要保证加热良好。 在寒冷季节，发动机刚启动时水温较低，此时应怠速运行一段时间后才能加速运行，防止减压器供热不及时导致结霜或结冰。 平衡管接头：
11、与发动机进气管连接，可以动态调节减压器出口压力，提高燃气供气系统的反应速度。平衡管接头需固定，防止漏气，否则可导致动力不足。 WP5/WP6/WP7NG发动机不安装平衡管； 高压电磁阀，燃气管路上的安全开关，控制天然气的通断。,平衡管接头,出气口,泄压口,出水管,进水管,高压电磁阀,进气口,减压器,燃气控制系统,燃气滤清器,作用： 过滤燃气中的杂质，可过滤燃气中0.3m 0.6m的微粒，过滤效率95%。 技术参数： 使用温度：-40107 最大使用压力：35bar 安装： 放水口朝下，按箭头所指的气流方向安装，切记不能装反。 保养 按潍柴燃气发动机燃气滤清器滤芯更换规范要求保养： 例行检查时排
12、污。 在一级保养时检查更换滤芯。 注意：燃气滤清器排污需在系统压力释放后进行。,热交换器,燃气控制系统,作用：利用发动机的冷却液给天然气加热，防止进入燃料计量阀前的燃气结晶。 结构：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：冷却水温度高于0度时，能保证燃气温度始终高于-40 ；冷却水温高于82C时，能保证燃气温度高于0 。 可承受压力： 天然气：90bar；冷却液：4bar,作用：通过燃气温度控制流经热交换器的冷却液，以控制燃气温度，保持出口燃气在0-40 左右。当燃气温度 60 时，将关闭通往热交换器的水路。 性能：燃气温度超过40，节温器在30秒钟内关闭；燃气温度低于
13、10，30秒钟内节温器开启； 注意事项：开启与关闭受燃气温度控制， 冷却液进口标记：“IN” 出口标记： “OUT” 燃气没有方向要求；冷却液有方向要求，不能接反。 工作压力： 燃气：10bar；冷却液：3.5bar,节温器,燃气控制系统,燃气温控模块,1、燃气滤清器、节温器和热交换器功能集成一体； 2、水路、气路内部集成，安全可靠。,燃料计量阀（FMV）,燃气控制系统,作用： 根据发动机运行工况，ECU调整燃料计量阀喷嘴脉宽占空比，控制燃气喷射量，保证发动机在设定的空燃比下运行。 结构： 喷嘴：不同机型配置不同数量的喷嘴。 每个喷嘴一个驱动器，在正常喷射模式下，喷嘴依次轮流喷射，变工况下，喷
14、嘴同时喷射以加快系统反应速度。注意喷嘴线束一定要插紧。 燃气压力传感器NGP ：测量燃气压力 燃气温度传感器NGT ：测量燃气温度 维护保养： 使用一段时间后，需要清洗，清洗时使用专门的清洗设备，并且应用诊断软件中清洗功能。按潍柴燃气发动机喷嘴清洗规范操作。,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。 维护保养： 喉管和十字叉小孔需定期拆卸清洗或用化油器清洗剂冲洗。,混合器,燃气控制系统,氧传感器,作用：测量排气成分中氧分子浓度，将信号传递给ECU， ECU依此判断混合气实际空燃比相对于设
15、定值稀或浓，控制喷气量增或减，从而修正空燃比，使实际空燃比与设定空燃比相符。氧传感器是稀薄燃烧闭环控制传感器。 注意事项： 安装在排气管上，离增压器出口35倍排气管直径的地方。氧传感器不能安装在排气管弯管处。 安装在排气制动（若有）后方。 氧传感器线束端外包隔热罩，氧传感器线束及接插件尽量远离排气管，防止烧结。 氧传感器螺座高度小于10mm，优先考虑竖直安装，允许与竖直方向角度偏差不超过30，以防止排气管中的冷凝水氧传感器头部凝聚，造成传感器失效。,低温监测电磁阀,低温监测电磁阀为先导活塞式，没有膜片，低温适应性更好； 集成了量程(-200-100)超低温传感器,，使软件具备低温安全保护功能。
16、,燃气控制系统,稳压器升级-活塞式稳压器,寿命提升3倍； 耐低温性好，LNG适应性好； 符合ECE/R110标准。,低温密封测试,燃气控制系统,目 录,六、点火控制系统,七、水循环系统,进气控制系统,OH1.2,OH1.2,Engine,Engine,Controller,Controller,Engine,发动机,电子节气门,增压器,Air,Air,Filter,Filter,空气 滤清器,节气门位置反馈,中冷器,废气控制阀,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,油门脚踏板,进气控制系统图,负荷控制 ：ECU电控单元主要采集电子脚踏板信号，指挥电子节气门动作，控制发动机输出功率，实现整车负荷对发动
