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1、潍柴天然气发动机之发动机结构及工作原理2012-08-13,第 2页 共 页,潍柴天然气发动机工作原理,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滤清器滤清，之后通过电磁切断阀控制通断进入稳压器稳压，稳压后的燃气进入热交换器。CNG从压缩气瓶通过管路进入减压器减压至7-8bar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。,第 4页 共 页,燃气机专用气门座圈及气门1、耐高温；2、耐腐蚀；3、自润滑性能好4、气门
2、阀座和气门寿命与柴油机相同,密封带堆焊,天然气发动机结构特点(专用气门及座圈),第 5页 共 页,天然气发动机结构特点(专用气门密封套),气体机专用气门密封套1、提高对气门杆的密封性能2、有效降低机油消耗。,第 6页 共 页,采用加大内冷振荡油道活塞1、可以多带走30%的热量；2、更高的进气紊流，可以提高燃烧速度10%；3、最高爆发压力为10Mpa，对曲轴及轴瓦的磨损更低。,内冷油道,内冷油道喷油入口,内冷油道喷油出口,内冷油道连杆小头喷油口,天然气发动机结构特点（专用活塞）,第 7页 共 页,天然气发动机结构特点（专用活塞环）,优点：1、刮油量大2、耐磨性能好3、传热性能好,第 8页 共 页
3、,隔热材料排气管1、可以降低排气管温度3050,外包隔热材料排气管,天然气发动机结构特点（专用排气管）,第 9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,天然气发动机结构特点（专用增压器）,第 10页 共 页,天然气发动机结构特点（燃气供给系统）,气瓶,切断阀,FMV燃料计量阀,混合器,滤清器,稳压器,热交换器,节温器,燃气供给系统的作用:压力管理:气罐压力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，系统件有效加热并控制燃气温度在合理范围内传感器:提供稀燃燃烧需要的燃气温度信息，精确控制 喷嘴喷射量.安全性:燃气需要电磁阀控
4、制燃气的开断,第 11页 共 页,天然气发动机结构特点（燃气供给系统示意图）,第 12页 共 页,最大工作压力：35bar流量：85m3/h100psig工作温度：-40107压降：6.9kPa0.3m 0.6m过滤效率95%。放水口朝下注意箭头所指的气流方向每3000km放一次水,天然气发动机燃气供给系统（滤清器）,第 13页 共 页,天然气发动机燃气供给系统（电磁阀）,第 14页 共 页,最大进口压力：28bar出气压力范围：714bar工作温度：-4075注意箭头所指的气流方向压力表安装在出气端怠速时调整NGP为8.2bar,天然气发动机燃气供给系统（稳压器）,热交换器的作用：天然气从液
5、态变为气态导致燃气温度大幅降低，通过发动机的冷却液给天然气进一步加热，可防止进入燃料计量阀前的燃气结晶，以免影响燃料计量阀性能。结构：换热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。性能：在冷却水温高于0度的发动机所有工况，热交换器能保证燃气始终高于-40。冷却水温高于82C时燃气温度高于0度。,天然气发动机燃气供给系统（热交换器）,作用：保持出口燃气在0-40 左右，当燃气出口温度 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
6、处有“OUT”标记。,天然气发动机燃气供给系统（滤清器）,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。,天然气发动机燃气供给系统（混合器）,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,天然气发动
7、机结构特点（空气供给系统）,天然气发动机通过脚踏板控制节气门来控制发动机负荷：电子脚踏板和节气门间不使用机械部件连接。ECU接受电子脚踏板位置信号并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。,天然气发动机空气供给系统（负荷控制）,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
8、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，发动机转速和输出扭矩都将受限制。当发生其他某些故障时，ECU也进入跛行回家模式。,天然气发动机空气供给系统（节气门）,发动机排气能量,排气能量损失,增压后空气,增压器废气阀,天然气发动机空气供给系统（增压压力
9、示意图）,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,天然气发动机空气供给系统（废气庞统控制阀）,弹簧力方向,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
10、%，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。,天然气发动机空气供给系统（废气庞统控制阀）,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温度注意事项：可以和PTP传感器互换，但线束不能插错。,天然气发动机空气供给系统（TMAP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
11、，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。,天然气发动机空气供给系统（TMAP传感器）,作用：稀薄燃烧闭环控制传感器，通过测量排气成分中氧分子浓度，把此信号传给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，从修正空燃比。安装位置要求：1）安装在离增压器出口或排气弯管下游35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
12、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,天然气发动机空气供给系统（氧传感器）,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）:RHRHTBARO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。,天然气发动机空气供给系统（湿度传感器）,
13、天然气发动机结构特点（电气原理图）,Trigger触发信号,Reset复位信号,V+,V+,V+,IMON,PCM128-HD,EDM-HD,天然气发动机结构特点（点火系统）,作用：发动机控制模块（ECM）通过发动机转速来控制其他参数，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
14、间的间隙为10.5mm。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。,天然气发动机点火系统（信号发生器）,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,天然气发动机点火系统（点火控制模块）,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,天然气发动机点火系统（高压线圈）,潍柴气体
15、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,天然气发动机点火系统（高压线圈）,作用：产生电火花，点燃混合气。火花塞的安装扭矩：2540 N.m；火花塞间隙：0.350.05mm（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,天然气发动机点火系统（高压线圈）,第 35页 共 页
16、,单独的水循环：发动机出水管-水浴式汽化器-水泵进水管 发动机出水管-热交换器-节温器-水泵进水管 增压器出水管-水泵进水管水浴式汽化器安装位置不高于发动机出水管,天然气发动机结构特点（循环水系统）,第 36页 共 页,天然气发动机结构特点（整车接口）,第 37页 共 页,天然气发动机结构特点（整车接口）,红颜色字体为用户必须使用针脚；蓝颜色字体为一般用户选用针脚；（例如带空调、排气制动）黑颜色字体为特殊车辆选用针脚；（例如使用自动变速箱、远程油门）,第 38页 共 页,天然气发动机结构特点（电磁离合器风扇）,潍柴天然气发动机增加三速电磁离合器风扇：,第 39页 共 页,天然气发动机结构特点（电磁离合器风扇）,电磁离合器风扇优点：,有效降低风扇无用功耗，降低油耗冷车启动时发动机升温速度快,减少冷车磨损，降低废气排放有效降低风扇的噪音，减小了发动机的振动，提高驾驶舒适性反应灵敏，控温准确驱动性能稳定，可靠性高，寿命长,第 40页 共 页,天然气发动机结构特点（排气制动）,第 41页 共 页,天然气发动机结构特点（PTO/CRUISE）,PTO分为空调和远程油门两种。接线如下：,空调开关：,远程油门开关：,巡航开关：,转速-,转速+：,第 42页 共 页,谢谢！,
