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电控天然气发动机工作原理

 
      天然气发动机工作原理:   
  LNG从气瓶体通过管路进入汽化器加热汽化,经过稳压罐稳压后由燃气稳压后由燃气滤清器滤清,之后能过电磁切断阀控制进入稳压器稳压,稳压后的燃气进入热交换器。  (江门铲车配件)
 
  CNG从压缩气瓶通过管路进入减压器减压至8bar后,经过滤清器进入热交换器。燃气经过热交换器加热后通过节温器进入FMV,由FMV控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。  
  LPG从气瓶出来经高压电磁阀到蒸发调压器,变成气态的LPG。LPG经FTV与空气在混合器内充分混合,进入发动机缸内混合燃烧。   淮柴天然气发动机部件介绍   潍柴天然气发动机的美国伍德沃德公司的OH2.0系统。OH2.0系统一套单点喷射,稀然,全功能,自适应闭环抵制系统,由三部分组成。分别是燃料控制系统,空气控制系统和点火系统。
 
 
 发动机控制模块及线束 
  ECM电控模块   ECM是一个徽缩了的计算机管理中心,它以信号(数据)采集作为输入,经进计算处理,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ECU128-HD微处理器。可以支持单点或多点喷射,支持CAN通讯。   ECM具有以下结构: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。ECU有两个5V电源输出,给传感器供电,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;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。ECM采用RS485用于Toolkit软件连接,故障检查和标定。   发动机电控模块(ECM)及点火控制模块(ICM)一般安装在控制箱中,控制箱由主机厂固定在车架上。发动机控制器有防水,防震,防高温要求,整车厂设计整车时,必须考虑发动机控制器的防水,防震以及防高温等要求。 
 
 发动机线束  
 
线束是发动机的神经,起着传输信号的重要作用,线束的质量直接发动机的可靠性。2.0系统有三条线束:ECU线束,发动机线束和点火线束。ECU线束要是连接ECU与发动机线束,并有诊断接口,CAN接口等功能性接口。发动机线束是连接各个传感器与ECU线束,将传感器测得信号传递给ECU,并将ECU发出的指令传递于各个执行器。点火线束是将ICM的点火信号传递给点火线圈,以控制点正时。   LNG发动机燃料控制系统由电磁阀,稳压器,燃气滤清器,热交换器,节温器,燃料计量阀,混合器等部件组成。   对潍柴发动机来讲,CNG发动机与LNG发动机的区别在于燃气变换装置上。CNG发动机气瓶内贮存的嗫高压力为200bar,需要减压至8bar左右;LNG发动机气瓶内的液态天然气气化变成气态后的压力值在10bar左右,使用稳压器将压力调节至8bar即可。
  燃料控制系统的作用  压力管理:将气瓶高压转换为混合器前极低压力;  温度控制:极低温度的燃气将冻结管路和部件,燃料控制系统将有效加热并控制燃气温度在合理范围内。  温度控制:燃料计量阀上装有压力和温度传感器,给ECU提供稀燃燃烧需要的燃气温度和压力信息,精确控制喷嘴喷射量。同时,高压燃气需要电磁阀控制燃气的开断。
  低压电磁阀(LNG发动机用)  低压电磁阀是由线圈驱动阀芯,由ECM控制其开合,停机状态下处于常闭状态。可及时切断或恢复燃料供给。
 
  稳压器  由于LNG特性限制,一般在超压情况下首先打开主安全阀开启压力为1.75Mpa,253psi,副安全阀开启压力为2.41Mpa,350psi,气瓶压力一般都不超过1.75Mpa。根据喷射阀要求,理论可工作燃气压力为0.5-1.72Mpa,超出该压力范围可能导致喷射阀失效,发动机无法启动等故障,所以潍柴要求在滤清器和热交换器之间安装稳压器。考虑保证喷射阀长时间正常使用的要求,一般潍柴稳压器出口压力调整为以保证进入发动机的天然气压力稳定在设定值之下。 
  热交换器  天然气从200bar降至8bar导致燃气温度大幅降低,出口燃气温度甚至会降到-70°C以下,这样会降低喷射阀的使用寿命,热交换器利用发动机的冷液给天然气加热。热交换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(热应力过大)。在冷却水温高0度的发动机所有工况,热交换器能保证燃气始终高于-40°C,可防止进入燃气计量阀前的燃气结晶;冷却水温高于82°C,燃气温度高于0度,避免燃气中水分结冰影响燃料计量阀性能。
  节温器  通过燃气温度控制流经热交换器的冷却液,从而控制燃气温度过高。保持出口燃气0-40°C左右,当燃气出口温度〉60°C时会导致致燃气流量的减少。燃气温度超过40°C,节温器在30秒内关闭;燃气温度低于10°C,30秒内节温器开启。节温器工作。
  燃料计量阀(FMV) 
减压后的中压天然气流经热交换器和节温器后被加热到合适的温度范围,然后进入燃料计量阀。FMV配置8∕10∕12个喷嘴,分成2组平行布置,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,在某些变工况下,喷嘴同时喷射以加快系统反应速度。FMV内部集成了天然气压力传感器(NGP)和天然气温度传感器(NGT),减压后的燃气依次流依次流NGP传感器和NGT传感器,然后通过喷嘴进行流量控制,最后从出口流出。FMV的线圈,NGO传感器,NGT传感器和喷嘴都可在部件一级进行维护。根据发动机运行工况,电控单元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。
 
从CNG发动机工作原理图可看出,该发动机基本原理为:
   高压的压缩天然气从储气钢瓶出来,经过天然气滤清器过滤后,经高压电磁阀进入高压减压器,高压电磁阀的开合由ECM控制,高压减压器的作用是将高压的压缩天然气(工作压力200bar-30bar)经过减压加热将压力调整至7bar-9bar。高压天然气在减压过程中由于减压膨胀,需要吸收大量的热量,为防止减压器结冰,从发动机将发动机冷却液引出到减压器对燃气进行加热。
经减压后的天然气进入电控调压器,电控调压器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ECM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,ECM根据氧传感器的反馈信号和控制MAP及时修正天然气喷射量。(江门铲车配件)
  燃料供给系统:六大主要零部件
 
   1、高压燃料切断阀部件:及时切断或恢复燃料供给
 
   工作原理:由线圈驱动阀芯,由ECM控制其开合,停机状态下处于常闭状态。
   作用:及时切断或恢复燃料供给。
   安装要求: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,安装该接头时,必须使用螺纹密封胶(如乐泰262),并且锁紧接头使铜垫略有变形,有效密封。
   维护保养:
   (1)清洗滤芯:高压燃料切断阀进气口自带滤芯,可用汽油浸泡,并用压缩空气吹干净装复即可;
   (2)清洗阀芯及阀口:如果拆检时发现高压电磁阀滤芯污染严重,必须拆下高压电磁阀阀芯、阀座,用汽油浸泡后,再用压缩空气吹干净装复。
   (3)拆检高低压电磁阀
 
   2、高压减压器:使高压的压缩天然气减压
   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。
   作用:通过节流和加热,使高压的压缩天然气减压至7bar—9bar的低压天然气。
   安装要求:
 
   (1)减压器进气接头螺纹部分必须使用螺纹密封胶,并且使用铜垫进行密封。
   (2)减压器出气接头使用O形圈进行密封,出气接头与低压电磁阀、低压    电磁阀与电磁阀出气接头采用锥螺纹连接,安装时必须使用螺纹密封胶。
   (3)高压减压器通过两根水管与发动机的冷却水循环水路连通,安装水管时请锁紧环箍,以免漏水。
   (4)高压减压器必须通过一根压力反馈管与进气管连接,目的是为了根据工况控制调压器出口压力。
   (5)减压调节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。所以减压调节器必须安装在汽车(底盘)大梁上。设计减压调节器支架时,应注意减压调节器的安装位置不能高于发动机散热器顶部。否则会导致加热水不能流经减压器,导致减压器结冰冻裂。
   维护保养:
   (1)每5万公里维护保养内容:
   清洗:拆除高压减压器,用汽油或化油器清洗剂清洗高压减压器一级压力腔,并用干压缩空气吹干净后装复;
   更换阀芯:拆除高压减压器进气接头,检查滤芯是否被污染;若被污染,更换;
   更换易损件(如:橡胶密封圈),检查轴销的磨损情况,如磨损更换轴销。并对减压压力进行检查、调整。
   (2)每10万公里维护保养内容:
   直接更换膜片及密封件,并对减压压力进行检查、调整。
 
   3、低压电磁阀部件:及时切断或恢复燃料供给
   工作原理:由线圈驱动阀芯,由ECM控制其开合,停机状态下处于常闭状态。
   作用:及时切断或恢复燃料供给。
   安装要求:
   (1)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,安装该接头时,必须使用螺纹密封胶(如乐泰262)有效密封。(江门铲车配件)
   (2)要求安装电控调压器上面。
 
   4、电控调压器部件(EPR阀):控制天然气喷射量
   工作原理:该零件内部有一控制芯片,该控制芯片接受来自ECM的控制指令,通过高速电磁阀控制天然气气量,从而实时有效控制空燃比。
   作用:控制天然气喷射量。
   安装要求:由于该零件内部有控制芯片,应避免高频振动。该零件自带减震软垫,切勿自行拆卸。电控调压器出气口中心水平高度不能低于混合器进气口中心高度,电控调压器天然气出气口离混合器天然气进气口距离要求控制在500mm以内。目的是为了让天然气中的杂质流到混合器中随空气进入缸内燃烧掉,保持EPR阀内清洁,并且保持天然气供给响应速度快。
   维护保养:电控调压器(EPR)在使用中需进行定期的维护保养,由于电控调压器处于低压减压部分,在长期的使用中会在其内部沉积大量的油污和杂质,长时间的油污和杂质会导致电控调压器工作不良、传感器损坏以及内部的密封件和橡胶膜片提前老化和破损,因此该部件的维护保养尤为重要。
   (1)每5万公里:需对内部零部件进行清洗,更换易损件,检查轴销的磨损情况;
   (2)每15万公里:需更换膜片及密封件,并对压力进行校准。
 
   5、混合器部件:有效降低NOx排放和排气温度
   工作原理:将天然气和中冷后的空气充分混合,使燃烧更充分、柔和。
   作用:有效降低NOx排放和排气温度。
   安装要求:调压器出气管安装在混合器天然气入口处,安装时锥螺纹部分必须使用螺纹密封胶以防止漏气。将混合器垫片I、混合器垫片II安装在混合器接管I、混合器接管II与混合器的结合面,注意拧紧螺栓以防止漏气。
   维护保养:E330、E480混合器拥有极少的活动部件和坚固的设计,因此工作非常稳定。由于使用不当以及使用区域气体洁净度的影响,也将对混合器中的部件产生损坏。根据使用情况的调查和分析,由于使用和维护不当该部件会产生两种故障模式:
   (1)膜片损坏:发动机经常性回火会导致膜片老化加剧,致使膜片出现皲裂和破损。
   (2)燃料空气阀卡滞:当压缩天然气中所含的压缩机机油过多,以及空气中的杂质过滤不充分的情况下,如果没有及时对混合器内部进行清洁保养,油污会附着在燃料空气阀和阀座上。长时间的积累会导致燃料空气阀运动受阻,甚至完全卡死,从而导致发动机工作不稳定。因此空滤器对空气、天然气过滤器对天然气的过滤效果的好坏将直接影响着混合器的使用寿命。
 
   6、电子节气门:控制发动机的转速和负荷
 
   工作原理及作用:通过控制蝶阀的开度,控制进入缸内的混和气的量,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。
   安装要求:安装电子节气门时,驱动电机轴线必须保持水平方向。
   维护保养:
   (1)每10万公里(视当地气体清洁度而定),从发动机上拆下节气门,检查节气门内部是否有明显的油污,若有,则需用节气门清洗剂清洗节气门碟阀部分,清洗后用干压缩空气吹干。
   (2)清洗后,用手按压碟阀,检查碟阀运动有无卡滞、是否回位,若出现卡滞,则需要更换电控节气门总成。
 
   点火系统:点火线圈和火花塞
 
 
   1、点火线圈:使发动机实现低排放、低气耗(江门铲车配件)
 
   作用:接收来自ECM点火指令,产生高电压并将高电压传递给火花塞,产生火花,点燃天然气。点火线圈能根据ECM指令控制点火时刻,使发动机实现低排放、低气耗。
   安装要求:安装时拧紧点火线圈安装螺栓,以保证点火线圈胶套内弹簧与火花塞头部紧密接触。由于高压电源会在接触表面产生电弧,弹簧与火花塞头部接触的部位易受热氧化,导致接触部位电阻过大,分压作用过大导致火花塞点火能量降低,严重时会导致失火。所以安装火花塞和点火线圈时,必须在火花塞头部与点火线圈弹簧结合部位涂抹导电膏。在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应该涂抹绝缘润滑油脂,以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电。
   维护保养:
   (1)点火线圈次级输出电压高达4万伏,所以在发动机使用过程中,绝对不允许用水直接冲洗发动机,特别是点火线圈部位;
   (2)每三个月或2万公里要清理弹簧与火花塞之间的氧化物,并涂抹导电膏;
   (3)每三个月要检查点火线圈胶套是否老化开裂,如有开裂,请及时更换。
   2、火花塞::接收高压电产火花,点燃天然气
 
   作用:接收来自点火线圈的高电压 ,产生火花,点燃天然气。
   安装要求:安装时拧紧点火花塞,拧紧力矩:30N.m。拧紧火花塞必须使用专用火花塞套筒。由于高压电源会在接触表面产生电弧,弹簧与火花塞头部接触的部位受热氧化,导致接触部位电阻过大,分压作用过大导致火花塞点火能量降低,严重时会导致失火。所以安装火花塞和点火线圈时,必须在火花塞头部涂抹导电膏。在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应该涂抹绝缘润滑油脂,以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电。
   维护保养:火花塞属易损件,玉柴目前所使用的火花塞为NGK铂金和铱金火花塞两种,火花塞使用寿命一般为6—8万公里,其维护保养内容为:
   (1)每三个月或2万公里,必须检查火花塞电极燃烧情况,清理电极头部杂质,并调整间隙,间隙调整要求如下:
   天然气发动机NGK铂金火花塞(PFR7B-D),电极间隙:0.33+-0.05mm。
   天然气发动机NGK铱金火花塞(IFR7F-4D),电极间隙:0.4+-0.05mm。
   LPG发动机NGK铱金火花塞(BKR6EIX),电极间隙:0.45+-0.05mm。
   (2)每6—8万公里,检查火花塞头部电极贵金属烧蚀情况,若使用情况较好,调整间隙后可继续使用。要求8万公里后直接更换火花塞,必须使用玉柴指定火花塞,否则可能会导致炽热点火、动力下降,气耗升高,点火线圈击穿等故障。
  进气压力控制系统:废气旁通控制阀和防喘振阀
 
 
   1、废气旁通控制阀:能有效提升发动机低速扭矩
 
 
废气旁通控制阀原理示意图
   工作原理:通过控制废气旁通控制阀的占空比,控制废气旁通控制阀的出口压力,从而控制发动机的增压压力。
   作用:采用该技术能有效提升发动机低速扭矩,满足公交车频繁起步的工作要求。
   安装要求:安装在散热条件较好的低温区,保证零部件可靠性。
   2、防喘振阀:避免增压器喘振,保护增压器
 
 
 
   作用:当发动机突然减速时,通过喘振阀通气软管将节气门后的低压压力传递到访喘振阀压力反馈接头上,打开喘振阀单向截止膜片,使增压器压气机前后压力平衡,避免增压器喘振,保护增压器。
   安装要求:该零件共有三个接口。通过喘振阀通气软管连通防喘振阀和进气管压力,另外两个φ25外径的接口分别连接增压器前进气管和增压器后进气管。6G系列CNG发动机使用两个防喘振阀,两个防喘振阀安装时进出气口刚好相反,使气流能相互流通。4G系列CNG发动机只需要一个防喘振阀即可满足要求。防喘振阀两端内径φ25的连接管由汽车厂配备。(江门铲车配件)
 
 
 
 
 
 
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