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1、锡柴天然气发动机基础培锡柴天然气发动机基础培 训教材训教材目 录天然气发动机电控系统简介 天然气发动机电控系统结构与特点 天然气发动机电控系统工作原理 一、燃料控制部分 二、空气控制部分 三、点火控制部分天然气发动机电控系统简介目前，我厂的天然气发动机采用的电控系统为美国伍 德沃德控制器公司开发的OH1.2系统。 OH1.2系统功能 1）怠速提升 2）发动机保护 3）巡航 4）环境影响的修正 5）诊断天然气发动机电控系统主要由中央控制器ECM、燃气 供给系统、空气控制部分以及点火控制系统组成。 燃气供给系统分别有高压电磁阀、天然气减压器、热 交换器、节温器、燃料喷射器、电子节气门、混合器 、进
2、气压力温度传感器组成。 空气控制系统由节气门前压力传感器、电子节气门、 混合器、进气温度压力传感器、废气旁通控制阀、氧 传感器等组成。 点火控制系统由点火模块、点火线圈、高压线以及火 花塞组成。而增压器废气门控制系统可以使增压压力 在每个工作点都能得到精确的控制。天然气发动机电控系统结构天然气发动机的实物图电控系统组成图燃气系统原理图天然气发动机电控系统基本工作原理储气瓶中的压缩天然气经滤清器过滤后，由 天然气高压电磁阀控制通断、经减压器减压 后进入喷射器、喷射器根据ECM的指令控制 天然气流量，天然气在混合器中与增压中冷 后的空气混合，节气门根据驾驶员要求的开 度控制天然气进入气缸燃烧。 进
3、入气缸的混合气由点火系统依次对各缸点 火，点火系统由点火模块、点火线圈、高压 线、火花塞、点火线束组成。ECM2个连接接口 60针I/O 8-32V系统兼容 可进行软件编程 Motorola Hc12微处理器 通信ECM有两个专用于通信 连接RS232 ：用于PC Tools和标定SAE J1708：用于车辆 的其他功能模块主要作用中央控制器（ECM）根据发动机驾驶员的油门位置 要求及转速信号计算需要的天然气流量和点火提前 角，从而控制天然气流量和点火提前角，并由氧传 感器实测的进行空燃比闭环控制。ECM对系统采集 的参数进行监控，当发动机运行参数异常时输出故 障代码。燃气及电控系统在发动机上
4、的布置图相位传动轴点火模块点火线圈高压线天然气喷嘴天然气节温器电子节气门点火线束发动机线束天然气低压管(0.2 0.25MPa)天然气系统主要零部件布置在发动机上，从油泵功率 输出端通过相位传动轴总成检测发动机工作相位 火花塞、高压线与点火线圈分别为独立元件，高压线 从缸盖罩壳顶面引出，各缸采用独立高压点火线圈。 发动机线束和点火线束布置在发动机上。 由于天然气发动机排温比一般柴油机排温要高，故采 用水冷增压器。天然气混合器和电控节气门布置在发 动机前端。 电控系统在发动机上的布置简述天然气发动机电控系统的特点1、高精度空燃比闭环控制：ECU通过采集发动机的各种实时参 数，精确控制天然气的喷射
5、量及增压压力，并根据氧传感器对空 燃比进行闭环控制。 2、采用水冷增压器及电控废气放气阀，增加反应速度。 3、采用高能点火系统，各缸独立点火，充分利用点火能量，高 燃烧效率，而且系统能在电瓶电压832V之间稳定点火。 4、怠速和超速控制，利用电子节气门，使发动机具有超速保护 功能及在怠速时更容易驱动空调，适合公交车辆的需求。 5、 采用稀薄燃烧，最优点火提前角控制，使发动机具有很好的 经济性，降低了发动机的热负荷并增加了爆震余度。 6、具有故障诊断功能。 7、多种发动机保护功能，确保发动机安全可靠的运行基本术语解释稀薄燃烧：是指在发动机大负荷时，利用增压中冷提 高进气质量密度，实现稀燃，既提高
6、经济性又可保证 发动机功率。 “当量混合气”理论上燃烧所有燃料所需的空气量，燃 烧后无燃料和氧气剩余 混合气中多余燃料称为浓，多余空气称为稀 闭环控制是指ECM根据氧传感器反馈的发动机工作 时的实际空燃比信号，实时的对发动机供气进行修正 和补偿。以强化催化转化器的工作效率一、燃料控制部分燃料系统图高压切断阀= 高压燃气 ：20-300 bar= 低压燃气 ：8-10 barFMV燃料计量阀混合器高压滤清器低压滤清器 (选装)调压器热交换器节温器 气瓶高压滤清器至少能过滤95% 的 0.3 至0.6 微米微粒 滤清器能减少颗粒、 润滑油对系统的污染高压切断阀主动切断的安全装置 刀阀 开关导通启动
7、延时特性 能确保发动机启动前阀 两端压力相等 12/24Volt都可提供 电阻261（环境温度 6080按ECM指令将来自天然气瓶的燃料及时切断或恢复 燃料供给 由ECM供电控制电磁线圈工作驱动阀芯动作，来控 制高压燃料切断阀开通或闭合，使气路处于开、闭 状态。停机后处于常闭状态。 此阀安装过程中，进气端联接气瓶过来的管路，出 气端联接高压减压器。为有效防止高压电磁阀进气 接头与高压电磁阀结合部位漏气，并且锁紧接头使 铜垫略有变形，有效密封。调压阀最大允许入口压力为 24.8MPa 最小允许入口压力为 1.72MPa 出口压力89bar； 流量057kg/hr 工作温度：-40125 泄压设置
8、值：152bar作用：将高压天然气通过节流和加热，使高压的压缩 天然气减压并稳定在8bar9bar的低压天然气 工作原理：通过压力膜片克服弹簧阻力，带动杠杆， 调整节流孔的流通面积，从而控制减压后的天然气压 力 减压后的天然气出口，通过一根压缩软管，接节温器 入口。高压减压器必须通过一根压力反馈表与进气管 连接，目的是为了根据工况控制调压器出口压力。调 压器应安装在靠近发动机进气管和振动较小的位置， 但不应直接安装在发动机上，所以减压阀一般安装在 汽车（底盘）大梁上。设计调压阀支架时，应注意减 压阀的安装位置不能高于发动机散热器顶部，否则加 热水不能流经减压器，导致减压器结冰冻裂。热交换器由于
9、天然气从200bar降 至8bar导致燃气温度大 幅降低，此时热交换器 采用叉流结构以避免燃 气过冷和冷却液过热时 导致热冲击。 在冷却水温高于0C的发 动机所有工况，热交换 器能保证燃气始终高于- 40，可防止进入燃料 计量阀前的燃气结晶。由于压缩天然气减压过程中要对外吸热，导致减压 器和喷射器结冰，因此在减压器和喷射器之间还装 有热交换器，利用发动机循环水对天然气进行加热 。为了控制天然气温度恒定，由节温器对加热水流 量进行控制。天然气减压过程中要对外吸热，容易使周围管道结霜，需要通过热交换器 的冷却水来加热天然气，使管道内不至于产生冰堵现象。热交换器燃气与冷却液的走向节温器保持出口燃气0
10、40 左右，当燃气出口温 度60 时会导致燃 气流量的减少。 相关参数： 性能：燃气温度超过40 ， 30秒内关闭燃气温度低于10 ， 30秒内开启燃气进口燃气出口冷却液进口冷却液出口反向可互换有方向要求!天然气燃料计量阀实物图燃气出口燃气压力BOSCH喷嘴燃气温度燃气入口低压切断阀燃料计量阀的组成及作用8个脉宽调制BOSCH（天然气）喷射阀 一体式燃气压力传感器（NGP） 一体式燃气温度传感器（NGT） 一体式电磁切断阀 节气门体上游喷射，保证良好的空气、燃气混合 喷射阀与各缸时序对应（瞬态除外）喷射阀驱动 不能同时控制喷射阀的正负端 驱动测量并控制最大电流峰值和维持电流 开始部分电流可达8
11、Amps（峰值），之后下降至维持 电流2Amps。OH1.2ECM使用4组电磁阀驱动8个喷嘴每个驱动器有两个平行的喷嘴每个驱动器产生8A的峰值和2A的保持电流每个喷嘴会有4A的峰值和1A的保持电流 通常一次喷射会从在上止点的那一缸开始对6缸机而言，因为只有4个驱动器驱动，所以相同的驱动器 不总是对同一缸进行喷射低压切断阀作用：按ECM指令将来自高压减压器内的燃气及时 切断或恢复燃气的供给。 工作原理：由ECM供电控制电磁线圈工作驱动阀芯 动作，来控制低压电磁阀开通或闭合，使气路处于 开、闭状态。停机后处于常闭状态。用机械压力表测量从热交换器出来到燃料计量阀的 燃气压力可达到89bar二、空气控
12、制部分空气控制系统图OH1.2OH1.2 EngineEngine ControllerControllerEngine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注意：由于压缩后的进气空气温度很高，如果无中 冷，发动机容易发生爆震，NOx排放高，同时会造 成进气密度降低，进而造成功率下降。温度压力传感器（TMAP）集成压力温度的传感器 用途1）燃料喷射计算2）增压控制3）测量进气管绝对压 力4）测量进气歧管温度 注：不可同节气门前压 力传
13、感器（PTP）互换节气门前压力传感器（PTP）集成温度压力传感器仅用来测量压力 与TMAP不同的标定 注：不能与温度压力传 感器（TMAP）互换电子节气门电子节气门开度由ECM 控制 控制信号为脉宽调制信 号占空比由10%到90% 节气门开度命令信号可 同反馈信号对比 节气门的动作可以由软 件设定，使得对发动机 转速的控制更加灵活工作原理及作用：通过控制蝶阀的开度，控制进入 缸内的混合气的量，从而控制发动机的转速和负荷 。驾驶者通过油门踏板，将动力需求传送给ECM， ECM接收到油门踏板信号后，根据发动机运行工况 控制电子节气门开度。通过控制蝶阀开度，控制怠 速转速和调速特性曲线。混合器非运动
14、件 注：1）形状很重要2）出入口的清 洁很重要混合器作用：将天然气和中冷后的空气充分混合，使燃烧 更充分、柔和。有效减少有害物质排放物NOx和降 低排气温度。 工作原理：该混合器是空气/燃料等比列式混合器。 它通过发动机的空气流量来决定它内部的膜片的开 合大小，进而控制经过膜片的燃气流量。在任何运 转状态下，都能较精确地控制空气/燃料混合物的比 例。废气旁通控制阀废气旁通控制阀的相关注意点 ON/OFF电磁阀开启频率为30HZ或50HZ 增压空气和废气控制阀的正确连接非常重要 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
15、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（注：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，则发动机功率下降带有小孔和网筛的接头消声器增压空气源至废气控制阀此阀带有更大的小孔和30Hz开启/关闭频率废气旁通阀各部分图废气门控制阀用于对增压器增压压力进行调节 ，以控制发动机功率达到目标值，并保证发动 机具有良好的动态性能，因此发动机废气门工 作状态对发动机的动力性能起着重要的作用。 通过控制废气旁通控制阀的占空比，控制废气 旁通阀的出口压力，从而控制发动机的增压压 力。采用该技术能有效提升发动机低速扭矩， 满足公交车频繁起动的工作要求。增压器废气门控制用压缩
16、空气管路示意图氧传感器UEGO：测量排气氧含 量 能使系统正常运行的关 键的传感器 OH1.2ECM可以测量出 从稀燃50%到富燃10% 的计量比作用：通过检测排气中的氧分子浓度，从而测 量燃烧时的空燃比，ECM根据测量所得的空 燃比修正燃气供给量 氧传感器不能安装在排气管下方或转弯处，安 装位置处不能进雨水，氧传感器和发动机之间 最好有隔热罩等隔热装置氧传感器有四个主要部件： 1、加热器将传感器加热到合适的温度（约 800度） 2、泵室将氧气泵入或泵出感应电池，同时 也是测量燃/空比的基础 3、感应电池用来测量的部位，按计量比反 馈泵电池添加或削减氧气 4、标定电阻用来补偿泵电池的脚踏板脚踏板必须有一电位计 和怠速确认开关（IVS ） 当脚踏板踩下时，怠速 确认开关必须是关闭的 。 脚踏板需要有特殊的标 定
