潍柴天然气发动机燃气电控系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,*,页 共 页,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,潍柴天然气发动机培训三羚公司培训,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,、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,OH1.2,Engine,Engine,Controller,Controller,Engine,发动机,排气管,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,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：,0,5V,，,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（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，,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/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：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,3,5,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,1,0.5mm,。,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：,25,40 N.m,；,火花塞间隙：,0.35,0.05mm,（严格用塞规调整）；,调整方法：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、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，如果静置超过,7,天需要重新补液后再运行；,6,、车辆停用时间超过,20,天的话，需要将罐内的燃料使用完，并放空气瓶内的残余气体。,维护保养,一、,进气系统：,1,、保持空滤器的良好性能，特别是矿区，建议使用油浴式空滤器或沙漠空滤器 。绝不允许不带空气滤清器情况下开动发动机。进气空气必须滤清以防止灰尘、垃圾进入发动机造成发动机早期磨损,2,、检查进气管、是否老化有裂缝或穿孔，夹箍是否松动，如有发现应予以拧紧或更换，确保进气管、出水管密封性，防止泄露。,二、燃气系统,1,、,LNG,滤清器，每,3000,公里左右松开底部螺帽放污物，更换机油的同时更换滤芯。,2,、燃料计量阀：应保持喷射阀各喷嘴清洁，喷射阀的清洗或更换周期与所使用的天然气质量、车辆运行的环境等都有很大关系，,3,、混合器喉管： 保持混合器喉管各气孔及十字叉气孔畅通,.,维护保养,三、电控系统：,1,、经常检查电器系统各部件连接、固定部分是否连接可靠、牢固。,2,、火花塞：检查或调整火花塞间隙，检查时注意保持火花塞的清洁度。,3,、高压线：检查高压线时，,1,）目视检查高压线是否有腐蚀生锈、断裂痕迹、磨损裸露或烧灼现象，用万用表检查高压线是否通断，若有则更换。（,2,）、用压缩空气将高压线表面及接头端内外面的灰尘吹净。,注意：拆高压线时，要抓高压线底部，不要拉动线路，防止拆坏。,4,、注意事项：,1,）严禁带电拔插电器元件，以免烧坏电控系统元件。,2,）保持电控系统清洁、干燥。严禁用水冲洗发动机。如果意外进水，切记马上断开电源总开关，通知维修人员，不要自行运行发动机。,3,）进行电焊作业时，切记关掉总电源，同时拔下,ECU,上接插件，以免烧坏,ECU,等电控元件,四、使用专用机油，并定期更换机油和机滤。,