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1、ECI系统,玉柴气体发动机系统组成及工作原理介绍,2011-04-13,密级：,广西玉柴机器股份有限公司客户服务中心技术科,一、基本常识 天然气汽车比汽油汽车更安全 首先与汽油相比，压缩天然气本身就是比较安全的燃料。这表现在：燃点高。天然气燃点在650以上，比汽油燃点（427）高出223，所以与汽油相比不易点燃。密度低。与空气的相对密度为0.48，泄漏气体很快在空气中散发，很难形成遇火燃烧的浓度。辛烷值高。可达130，比目前最好的97号汽车辛烷值高得多，抗爆性能好。,1,爆炸极限窄。仅515%，在自然环境下，形成这一条件十分困难。释放过程是一个吸热过程。当压缩天然气从容器或管路中泄出时，泄孔周
2、围会迅速形成一个低温区，使天然气燃烧困难。其次，压缩天然气汽车所用的配件比汽油车要求更高。表现在：国家颁布有严格的天然气汽车技术标准。从加气站设计、储气瓶生产、改车部件制造到安装调试等，每个环节都形成了严格的技术标准。设计上考虑了严密的安全保障措施。对高压系统使用的零部件，安全系数均选用1.54以上，在减压调节器、储气瓶上安装有安全阀，控制系统中，安装有紧急断气装置。,2,第一章 玉柴气体发动机工作原理,二、专业术语缩写解释 本文气体发动机特指LPG、CNG和LNG发动机。LPG-Liquefied Petroleum Gas 液化石油气,主要成分为丙烷和丁烷 CNG-Compressed N
3、atural Gas压缩天然气，主要成分为甲烷 LNG-Liquefied Natural Gas液化天然气，主要成分为甲烷，只是在液化过程中去除了石油和杂质，纯度更高，本质上和CNG没有差别，只是各组分含量有点差别而已。CL-闭环 DBW-电子节气门,3,ECM 发动机控制模块ECT 发动机冷却液温度 ETB 电子节气门EPR 电控调压器FPP 电子油门位置IAT 进气空气温度IVS 怠速确认开关UEGO 宽域氧传感器（适用于稀燃发动机）MAP 进气歧管绝对压力PTP 节气门前进压力MAT 进气歧管温度ECT 发动机冷却液温度,4,1.1-1 增压CNG发动机工作原理,5,1.1-2 自然吸
4、气CNG发动机工作原理,6,1.1-3 增压LNG发动机工作原理,7,1.1-4 自然吸气LNG发动机工作原理,8,1.1-5增压LPG发动机工作原理,9,1-2-1 CNG发动机的工作原理,1、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，经高压滤清器过滤后，到达高压电磁阀；天然气经高压电磁阀进入高压减压器；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，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
5、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；,10,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做功；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。2、其他发动机（LNGLPG)的原理和CNG类似，不再赘述。3、CNG气路实物连接图如图一,11,12,四、增压压力的控制 增压器提供一个和发动机负荷相应的可变的进气增压压力,而增压器的废气旁通阀可以通过释放涡轮处的排气压力来减小增压压力。这通过一个膜片推动杠杆来完成。当压力提供给膜片时,杠杆移动去打开
6、废气旁通阀。ECI系统利用废气旁通控制阀来控制到废气旁通阀执行器的压力。增压器提供一个和发动机负荷相应的可变的进气增压压力,而增压器的废气旁通阀可以通过释放涡轮处的排气压力来减小增压压力。这通过一个膜片推动杠杆来完成。当压力提供给膜片时,杠杆移动去打开废气旁通阀。ECI系统利用废气旁通控制阀来控制到废气旁通阀执行器的压力。,13,4.1增压压力控制系统示意图,14,4.2 废气旁通控制阀控制系统电控废气旁通控制阀实现可控增压比，提高发动机热效率，控制扭矩特性曲线，改善汽车驾驶性。,15,五、负荷的控制 ECM接收到一个带有IVS的油门踏板传来的代表负载命令的可变电压信号,它然后将这个位置命令其
7、转换成一个负荷百分比命令。因为ECM使用负载命令,然后计算出要达到此负荷需要的MAP目标和TIP目标；当发动机的负载朝MAP目标升高时,电子节气门开度和废气旁通阀开度不断调整使MAP压力值达到MAP目标。然后电子节气门再进行调整，使电子节气门前后的压差达到目标值，在调整节气门的过程中不断调整废气旁通阀的开度，保持MAP压力值和目标值一致。,16,六、燃料的控制 电控调压器(EPR)是通过一个微处理器控制的高速大马力电机驱动的压力调节器。EPR里的微处理器通过CAN通讯接收到从ECM传来的燃料压力指令（EPR燃料出口压力和混合器入口处的空气压力之差），并将EPR内的信息传回给ECM。然后EPR内
8、的电机驱动调压器内膜片来调整EPR出口压差值，使这个压差满足ECM指令要求。,17,第二章 玉柴气体发动机系统组成及特性,一、系统组成 1、燃料供给系统 高压燃料切断阀部件 高压减压器(CNG)汽化器(LNG)低压电磁阀部件 电控调压器部件（EPR阀）混合器部件 电子节气门,18,2、点火系统点火线圈火花塞 3、增压压力控制系统废气旁通控制阀防喘振阀空气调压器4、传感器5、电子控制模块,19,二、各零部件结构及特性1、燃料供给系统1。1、高压燃料切断阀部件 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。高压电磁阀额定工作电压：24V（直流）；
9、额定工作电流：1.05A；工作环境温度：40125；工作介质：CNG；最大工作压力20Mpa；工作介质清洁度要求：滤清器能有效滤除95%以上10m颗粒。,20,CNG车使用,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。,21,LPG车使用,1.2、高压减压器(BRC)高压减压器工作原理：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；减压器带有一个车载燃料温度传感
10、器，当燃料温度下降到低于容许限度时，用于限制发动机功率以保护下游燃料系统部件。,22,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
11、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。,23,24,25,2010-05-27,26,高压减压器（Metatron，带高压电磁阀）安装要求Metatron高压减压器安装时，电磁阀最好朝上竖直安装，允许偏离竖直方向-15+15（如图3）；在原来支架上钻安装孔时，请尽量靠下安装，因为Metatron高压减压器比BRC高压减压器重很多，靠下安装可靠性更高。如果原来支架上宽度不够，请自行设计一个过渡板（搭个比方，过渡板上面搞四个孔，两个装支架，另外两个装减压器，或者是过渡板直接焊死在支架上，减压器和过渡板螺栓上紧）。
12、,零件结构1-过滤器 在CNG气瓶的CNG进入压力调节器前，通过高滤清器过滤；2-截止阀 截止阀确保线圈没有通电时的高压密闭性（即：当发动机停止或者严重故障时）；3-喷管 CNG通过叠合的喷管中流过，间隙由活塞的位置决定；4-气缸-活塞-弹簧组合件 根据基于发动机和喷嘴要求的工厂预设值，控制出口压力，它非常高效而且没有承压变形的部件（比如弹性隔膜或膜片）。从而保证免维护和寿命周期。此外，这套组合件工作极其平稳没有任何噪音产生。,27,5-动态密封 专门设计的动态密封装置实现低压状态下压力调节器的密闭性。确保无渗漏、低摩擦。这是保证耐久性的关键因素。此外，工厂提供的永久润滑使活塞完美滑动，即使在
13、发动机处于瞬变工作条件下，确保精确及时的输出压力控制。6-泄压阀 如果压力调节器故障，当调节压力超过20BAR时，泄压阀打开，因此防止对下游零部件（即：喷嘴和管路）造成损坏。当压力回到安全值后，泄压阀会自动关闭。,28,工作原理,29,30,31,32,特性参数,33,1.3、低压电磁阀部件工作原理：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；切断时尽可能将下游获得的燃料量减到最少。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）有效密封。要求尽可能靠近电控调压器安装。,34,1.4、
14、汽化器汽化器主要作用：汽化器是将液态的天然气经过加热，汽化成气态的天然气。汽化器必须安装在汽车（底盘）大梁上，布置汽化器时，应尽可能靠近发动机，以减少低压管路流程阻力。汽化器使用发动机冷却水来加热LNG，设计汽化器支架时，应注意汽化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汽化器，导致汽化器结冰冻裂。,35,汽化器的选择原则，如下表：,36,1.5、稳压器稳压器的主要作用在于：当气瓶内液体温度升高，气瓶最高可能超过16bar，而玉柴发动机最高使用压力为13.8bar，超过该压力可能导致电控调压器失效、发动机无法启动、游车、催化器烧结等故障；在汽化器和低压电磁阀之间安装一个稳
15、压器，通过稳压器减压作用，使压力降低至稳压器设定压力，以保证进入发动机的天然气压力符合发动机要求；稳压器出口必须安装一个压力表，以监测稳压器出口压力；稳压器需安装牢固，并有减振措施。,37,1.6、电控调压器部件（EPR阀）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
16、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。,38,电控调压器是一个电子控制的压力调节器，在它的内部有一个由微处理器控制的大马力的高速电机，微处理器通过CAN和ECM连接传输信息。EPR有两个功能：一是将天然气的压力降低；二是精确控制EPR出口的燃料流量。EPR内有一个压力传感器，用来测量EPR燃料出口和混合器入口处空气的压差。并将EPR内的信息传回给ECM。然后EPR内的电机驱动调压器内膜片来调整EPR出口压差值，使这个压差满足ECM指令要求。,39,40,1.7、混合器部件 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
17、和。有效降低NOx排放和排气温度。混合器是一个可变文丘里管，用来调节进入发动机的燃料与空气的容积比。混合器的规格应确保燃料和空气的流量足以满足功率要求，同时又能合理控制怠速流量。混合器内部是两个位置相反的气阀，用来控制流量范围内的燃空比。这两个气阀沿着轴向移动。当发动机空气进气流量增大时，气阀沿着图中所示方向即向外移动。当发动机空气进气流量减小时，气阀将沿着相反方向（向内）移动。当向内移动时，气阀的运动通过一对螺旋弹簧来平衡。因此，在安装混合器时必须使气阀的运动轴保持水平。,41,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
18、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。,42,1.8、电子节气门工作原理及作用：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。,43,2、点火系统,44,2.1点火线圈作用：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
19、、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。,45,2.2 火花塞作用：接收来自点火线圈的高电压，产生火花，点燃天然气。火花塞的点火电压可达到40kV或更高。随着时间的推移，火花塞会逐渐腐蚀而且电极间隙扩大，火花塞跳火需要的能量将增大
20、，严重时会出现失火现象。火花塞间隙的要求：天然气发动机 NGK铂金火花塞（PFR7B-D）电极间隙:0.330.05mm天然气发动机 NGK铱金火花塞（IFR7F-4D）电极间隙:0.40.05mmLPG发动机 NGK铱金火花塞（BKR6EIX）电极间隙：0.450.05mm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
21、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。,46,3、增压压力控制系统3.1废气旁通控制阀工作原理及作用：ECI废气旁通控制阀相当于一个比例式三通电磁阀，由ECM调节脉冲宽度以在任何运行条件下都能提供精确的增压控制。控制应用于废气旁通阀作用力的大小，即控制废气旁通阀的开度，是MAP适宜工况要求；压力传感器向ECM提供反馈信息，提供闭合反馈回路控制以确保能维持废气旁通阀目标压力和增压压力；采用该技术能有效提升发动机低速扭矩和动力响应性能，满足公交车频繁起步的工作要求！,47,废气旁通控制阀连接示意图,48,3.2 防喘振阀 工作原理及作用当涡轮增压器在高增压状态下工作并且节气门关闭
22、时，在涡轮增压器和节气门之间会产生很大的背压，这会使增压器压气叶轮停止运转或是增压器喘振；在发动机突然减速时，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；防喘振阀是涡轮增压发动机的一个保护装置；最终防止涡轮增压器部件产生加速磨损和疲劳。,49,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25外径的接口分别连接增压器前进气管和增压器后进气管。6缸气体发动机使用两个防喘振阀。4缸气体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25的连接管由汽车厂配备。,50,
23、4、传感器汇总凸轮轴转速传感器曲轴转速传感器节气门前进气压力传感器节气 门后进气压力传感器水温传感器电子油门踏板氧传感器大气环境传感器 节气门后进气压力温度传感器天然气温度传感 器,51,4.1 传感器功能汇总,52,53,4.2.1 凸轮轴位置传感器（单信号、西门子）电气特性参数可变磁阻式（VR），工程塑料壳体三个输出端子，1Ne+，2Ne-，3shield空气间隙：0.61.0mm电阻值：540 80 Ohms（1#、2#针脚之间）工作环境：-40-125 C 安装螺栓：M6x16 扭矩：5-8Nm,54,屏蔽线,信号线低端,信号线高端,安装要求：如图所示，发动机处于第一缸上止点时，信号轮
24、和传感器的相对位置关系。安装时请注意：信号轮正时标记齿朝外，并且先将发动机转动到第一缸上止点位置，然后调节油泵齿轮，使信号轮与传感器相对位置如下所示。安装时保证传感器与信号轮之间的间隙在0.60.2 mm范围内,55,4.2.2曲轴转速传感器（双信号、博世）电气特性参数二者同型号，以后只叙述其中之一；可变磁阻式(VR),安装于飞轮壳上或齿轮室处；空气间隙：0.51.5mm；输出电压：1650mv1.8mm，416rpm；静态电阻值：Rw=86010%20；工作环境：-40120；安装螺栓：M612 扭矩：82N.M,56,4.2.2曲轴转速传感器（双信号、博世）安装要求第一缸压缩上止点时：凸轮
25、轴相位传感器应该指示到凸轮轴信号盘多齿过后81（凸轮转角）的位置；曲轴位置传感器应该指示到曲轴信号盘缺齿过后的第个齿，或第个齿后204（曲轴转角）的位置（注意：上图所示的标注156360204）不方便确认一缸压缩上止点时可按以下办法初步判断：凸轮轴传感器对准凸轮信号盘的多齿时，曲轴传感器应对准曲轴信号盘缺齿后的第9齿，反过来不一定有这种关系。注意：该办法只能识别凸轮轴和曲轴信号盘间的相位关系，不能识别凸轮轴和曲轴信号盘与实际发动机上止点的关系；传感器与信号盘之间的气隙1.00.5mm。,57,58,博世转速传感器,4.2.3 氧传感器 电气特性参数A、B间电阻：2.83.7 Ohm；F、H间电
26、阻：无穷大G、H间电阻：无穷大,59,4.2.3 氧传感器 安装要求：要求在离增压器出口或排气弯管下游35倍排气管直径（大约250400mm）的地方，焊接一个氧传感器安装座，该零件由玉柴提供，汽车厂安装，供安装废气氧传感器（即UEGO_SENSOR）用；氧传感器应安装在排气管远离发动机一侧（不能安装在排气管下方），传感器线束走向应尽量远离发动机和排气管，并可靠固定；氧传感器不能安装在排气管转弯处；氧传感器在满足前面的要求的情况下尽可能靠近涡轮增压器；如果有排气制动阀，氧传感器应安放在排气制动阀的下游；氧传感器的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,60,4.2.3大
27、气环境传感器安装要求：该传感器要求安装在空气滤清器和增压器之间的空气管路上，环境传感器安装座由玉柴提供，汽车厂负责将环境传感器安装座焊接在进气管路上，焊接时必须保证焊接部位密封可靠。为保证环境传感器测量值正确，安装时必须保证传感器底面4个湿度测量小孔不被挡住，并且该传感器温度、压力探头必须置于气流中以测量正确值。,61,传感器参数：内置湿度、温度、压力传感器工作环境温度：-40105C安装螺栓：2XM6X1拧紧力矩：最大3.3N.m,62,4.2.4进气压力温度传感器（MAP）安装要求：按零件要求安装在电子节气门下游的进气管上，安装时尽可能让传感器温度、压力探头置于混合气气流中，以测量出正确的
28、值。不能将MAP传感器安装在接合处或弯曲处，否则会引起传感器读数偏差。,63,进气压力温度传感器针脚定义,64,温度信号,接地,5V参考电压,压力信号,针脚定义Pin 1:压力信号输出电压 Vout(P),voltage output for pressure Pin 2:5V参考电压 VRef,supply voltagePin 3:温度信号 Temperature signal Pin 4:接地 GND,4.2.5节气门前压力传感器（TIP）安装要求：节气门前压力传感器要求安装在混合器之前的进气管上，安装时尽可能让传感器温度、压力探头置于混合气气流中，以测量出正确的值。,65,4.2.6
29、水温传感器 安装要求：牢固安装在发动机上指定位置，拧紧力矩（1520）N.m。传感器参数：热敏电阻式NTC两个输出端子:信号，接地工作电压：5 V DC工作环境：-40C+135C传感器体材料：黄铜安装扭矩：1520 Nm电阻值：2500 Ohms（20C）,66,4.2.7 天然气温度传感器安装要求：牢固安装在电控调压器上指定位置，要求加密封胶，确保不发生天然气泄漏，拧紧力矩（1520）N.m。4.2.8电子油门踏板安装要求：该油门踏板为接触式电子油门踏板，安装时注意将油门踏板布置在防油、防水、防电磁干扰条件较好的地方。为防止整车电磁干扰影响电子油门踏板传递给ECM的信号，要求电子油门踏板至整车接口信号线必须使用屏蔽线，并且屏蔽层要接地牢固可靠。,67,针脚定义：,68,类型：单电位计+IVS开关 传感器参数：工作电压:5V DC 10%传感器电阻:2.5k20%（A、C之间测量）；工作环境温度：-4085C,69,4.2.8电子控制模块工作环境：1）温度：（-40-105）2）最大震动：8G10-1000HZ 工作电压：16-32 V DC安装要求：安装ECM时，应尽可能将ECM安装在振动小的位置，并且要有可靠的防水、防油、散热措施,70,2010-05-27,71,以卓越和领先，满足公众的动力需求！,
