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1、第7章 燃气发动机电控技术简介,7.1 概述7.2 两用燃料发动机7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统7.4 电控CNG喷射系统7.5 用户使用注意事项,7.1 概述,基于能源的综合利用和环境保护的需要，世界上许多国家和地区在汽车上推广使用天然气为燃料。在汽车上应用天然气已有很长的历史，自从1872年发明了奥托循环发动机后就开始有了天然气发动机。早在第一次世界大战期间天然气就开始用在汽车上，后因气体燃料储存、携带极为不方便，影响了燃气汽车的发展，而采用液体燃料，特别是汽油、柴油的内燃机汽车得到迅速发展。20世纪30年代初由意大利人率先批量采用天然气作为汽车燃料，到1939年意大利就有1万辆
2、燃用天然气的汽车。前苏联早在1938年研制出汽油一压缩天然气两用汽车，从1947年开始批量生产压缩燃气汽车。,下一页,返回,7.1 概述,从20世纪60年代以来，全世界经历了三次大的能源危机，主要是石油能源，世界性石油资源日益枯竭的形势将更为严峻，而随着世界经济的迅速发展，车用燃料的需求量在不断增加。汽车寻求代用燃料以缓解石油短缺、减少环境污染，已经成为一个重大的社会、经济问题。我国在20世纪50年代在四川省就开展了有关天然气汽车的研究与运行试验，1994年在上海开展了LPG(液化石油气)样车的研究与开发，日前在燃气发动机电控技术研发方面，天津大学、吉林大学、东风汽车公司、中国汽车技术研究中心
3、广西玉柴公司等单位都做出了很大成绩。在诸多清洁代用燃料汽车中，有混合动力汽车、氧气汽车、太阳能汽车、电动汽车、甲醇汽车、酒精汽车、天然气汽车等。经大量的试验与测试表明，国内外普遍认为，只有天然气(CN劲具有资源丰富、分布广泛、价值低廉且可大大减少汽车排放污染等多方面的优点。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,天然气汽车与燃油车相比较排放的HC减少约80%，CO减少约90%，SO2减少约70%，颗粒物减少约42，非甲烷烃类减少约53%，CO2减少约25，噪声减少约40%，SO2的排放几乎降为零。使用按照CNG特性设计的发动机，整车性能大为提高，但由于使用条件的限制，使用量较少，单车成本高。日前
4、，我国的大中城市的绝大多数公交车、出租车和少数私家车都是在汽油车的基础上增加CNG系统而改装成的既能使用CNG，又能使用汽油的两用燃料汽车。该类车使用广泛，改装方便、成本低，但整车性能下降较多。早期的燃气汽车发动机，基本为在用车的改装，都是采用油、气两用技术，即在化油器式汽油机基础上，增加一套由高压储气瓶、截止阀、充装阀、减压阀、混合器等组成的供气系统，发动机具有两套并列的燃料供给系统，形成天然气(或LPG)一汽油两用燃料发动机。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,随着电子技术的发展，燃气发动机一也在第一代产品的基础上，加装了电子控制装置，形成燃气汽车第二代产品。最初应用在燃气发动机上的电子
5、控制技术，主要由ECU根据各传感器信号控制步进电动机或占空比电磁阀，自动调节供气量，并在排气系统中装用氧传感器，对空燃比实施闭环控制。随着汽油机电控技术的推广应用，第三代电控燃气喷射技术产品也相继问世，主要包括两用燃料单点喷射系统和单一燃料(天然气或液化石油气)闭环多点顺序喷射系统。同时发动机控制系统的功能也逐渐延伸到点火和排放控制等系统，不仅使燃气汽车的动力性、经济性均有较大提高，同时配合三元催化转化技术可使排放污染物进一步降低。与汽油机单点电控燃油喷射系统一样，单点电控燃气喷射系统在提高发动机性能方面一也存在不足，闭环多点顺序喷射系统是当今燃气发动机电控技术发展的主流和方向。,上一页,下一
6、页,返回,7.1 概述,以压缩天然气和液化石油气为燃料的汽车，分别称为压缩天然气汽车(CNG)和液化石油气汽车(LPGV)。天然气是从天然气田直接开采出来的，其主要成分是甲烷，极难液化。因此，日前大都将其压缩到20 MPa的高压，充人车用气瓶中储存和供汽车使用，即所谓的压缩天然气(CNG)。石油气是石油催化裂化过程和油田伴生气回收轻烃过程中的产品。石油气在常温下加压到1.6 MPa即可液化而成液化石油气(LPG)。从油田气制得的LPG，其主要成分为丙烷、丁烷和少量的乙烷和戊烷，不含稀烃，适于作车用燃料。从炼油厂得到的LPG，除含丙烷、丁烷外，还含有较多的烯烃，不宜作车用燃料。因为烯径在常温下化
7、学稳定性差，在储运过程中容易生成胶质，燃烧后容易积炭。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,7.1.1 天然气、液化石油气及若干其他燃料的理化性质天然气、液化石油气及若干其他燃料的理化性质见表7-1 7.1.2 CNG和LPG的主要优缺点CNG和LPG的主要优点(1)天然气和液化石油气在常温下为气态，容易与空气混合形成均匀的可燃混合气，燃烧完全，可以大幅度减少CO,HC和微粒的排放。另外，天然气和液化石油气的火焰温度低，因此NOx的排放量一也相应减少。其他一些没有受排放法规控制的有害成分(如对区域环境影响的毒性物质、烟雾、酸性物质等)一也比汽油、柴油要少;在所有碳氢燃料中，天然气的碳氢比小，碳
8、与氢的比例为4:1,CO:排放量比汽油少25%左右，有利于保护全球的环境质量。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,发达国家基于天然气的这一特性，将天然气确定为真正的清洁燃料而加以推广使用。(2)天然气辛烷值高达130，液化石油气的辛烷值一也在100左右，因此，燃用天然气或液化石油气可提高发动机的压缩比，从而获得较高的发动机热效率。(3)冷起动性和低温运转性能良好，在暖机期间无需加浓混合气。(4)燃烧界限宽，稀燃特性优越。燃烧稀混合气，可以减少NOx的生成和改善燃料经济性。(5)经济性能好。不稀释润滑油，燃烧后没有积炭，可减少发动机磨损，可以延长润滑油更换周期和发动机使用寿命，维护保养费用低。
9、按1:3天然气相当1.1 L汽油计算，可减少燃料费用50%以上。使用CNG作为汽车燃料，可大大降低燃料费用。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,(6)安全性能好。天然气性质稳定，密度小，自燃温度高，安全性好于汽油燃料。且在两用汽车上的燃料系统的每一个部件的设计、生产、检验需充分考虑安全性，储气瓶必须有指定的专业厂家生产，储气瓶的承压能力是CNG工作压力的数倍，每一支储气瓶出厂之前必须进行检验，储气瓶上设有安全阀、手动截止阀，保证安全使用和便于维护，减压器上设有安全阀，保证在系统出现故障时的安全性。国内外的使用经验表明，因CNG系统发生的安全事故要远低于汽油车、柴油车。2.CNG和LPG的缺点
10、(1)因为天然气在常温、常压下是气体，所以其储运性能差。日前广泛采用将压缩天然气充人车用气瓶内储运的办法，这些气瓶既增加了汽车自重，又减少了载货空间。虽然可以通过深冷液化技术制成液化天然气(LNG)，但技术复杂，生产成本高。(2)一次充气的续驶里程短。压缩储存天然气，储存燃料的能量密度低，相同体积的储存容器，续驶里程仅相当于汽油的1/4，且储存容器的重量大，导致整车自重增加。,上一页,下一页,返回,7.1 概述,对于小型车，在设计时考虑到自重增加的限制，以及车上有限的空间，不允许安装过多的天然气储气瓶，使用天然气的续驶里程较少。(3)CNG或LPG均呈气态进人气缸，使发动机充量系数降低。天然气
11、的理论空燃比为10:1，在进人发动机时，天然气将占有约10%的体积空间，导致吸人发动机的空气量减少约10%，进气效率下降，从而引起动力性的下降;天然气性质稳定，燃烧速度慢，点燃需要更多的能量;另外，与汽油或柴油相比，CNG或LPG的理论混合气热值小，因此，燃用CNG或LPG将使发动机功率下降。日前国内的CNG车基本是在汽油或柴油车上增加CNG系统而成的两用燃料车，发动机的压缩比、点火系统、进气系统等均没有变动，使用CNG时的性能没有得到充分发挥。与使用汽油相比，使用CN(时的动力性约下降15%。,上一页,返回,7.2 两用燃料发动机,7.2.1 汽油-CNG两用燃料发动机1.CNG汽车的分类C
12、NG汽车按储存方式分可分为以下几种类型。(1)压缩天然气汽车(Compressed Natural Gas Vehicle,CNGV)。CNGV储存的天然气相对较少，且储存容器的重量使整车重量增加很多。(2)液化天然气汽车(Liquefied Natural Gas Vehicle,LNGV)。天然气的储存密度大为增加，但整车成本增加很多，且储存容器的热交换造成容器内的压力升高，在一定条件下，将向外界排出天然气，以避免容器内的压力升高，保证安全使用。(3)吸附天然气汽车(Adsorbed Natural Gas Vehicle,ANGV)。内附天然气储存方法是天然气储存的一个研究方向，日前还没
13、有成熟的ANGV产品投人商业使用。,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,按使用燃料种类分，CNG汽车可分为以下几类。(1)单一燃料的CNG汽车:使用按照CNG特性设计的发动机，整车性能大为提高，但由于使用条件的限制，使用量较少，单车成本高。(2)汽油-CNG两用燃料汽车:在汽油车的基础上增加CNG系统而成，是既能使用CNG又能使用汽油的两用燃料车，日前广泛使用，改装方便、成本低，但整车性能下降较多。(3)柴油-CNG双燃料汽车:在柴油车上增加CNG系统而成，是既能够单独使用柴油，也能使用CNG的双燃料车。控制技术较为复杂，天然气的替代率低、成本相对较高，普遍推广应用受到限制。,上一页,下一页
14、,返回,7.2 两用燃料发动机,2.汽油-CNG两用燃料发动机供给系统汽油-CNG两用燃料发动机供给系统是由储气系统(储气瓶、充气阀、组合阀、高压管及高压接头)、燃气供应部件(减压调节器、混合器、功率调节阀、步进电机空燃比调节器)和控制系统(燃料转换开关、模拟器、燃气电磁阀、汽油电磁阀、燃气电控单元、氧传感器、空气测量叶片、强制开启器)等组成。对于不同结构的燃气汽车，以上这些部件有所增减，其专用装置的工作原理大同小异，只是具体结构和技术参数有所不同。供气系统的作用是完成充装、储存天然气，并向发动机输送天然气，对CNG压力进行合理调节，并执行天然气与空气的有效充分混合或执行天然气向各缸的分配与喷
15、射任务。汽油-CNG两用燃料发动机供给系统主要有如下几种类型。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(1)混合器方式的开环供给系统。该系统类似于汽油机的化油器技术的CNG系统，利用发动机的真空度进行供气，使用在化油器式汽车上，现已被逐步淘汰。(2)混合器方式的闭环供给系统。该供给系统是在开环供给系统的基础上增加闭环控制系统而成的，应用在电喷车上。采用混合器方式的闭环控制系统匹配的两用燃料车其动力性、排放性能、燃料经济性等指标基本能够满足国家有关标准的规定和使用要求，但系统稳定性和性能的一致性难以保证。2007年前，国内外的电喷车上普遍采用混合器方式的闭环控制系统，特别是我国的大中型城
16、市的多数出租车、公交车、少数私家车均选用这种系统。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(3)CNG燃料闭环多点顺序缸外(内)喷射系统。该系统是当今燃气发动机电控技术发展的主流和方向，完全不同于以上两种系统，供气方式由依靠发动机真空度的被动供气发展到利用燃料的压力主动供气。2007年后，我国的大中型城市的多数出租车、公交车、少数私家车选用这种系统。这一系统一也是本章重点描述的内容。CNG燃料喷射系统按燃料喷射点数可划分为单点喷射系统和多点喷射系统;按燃料喷射时间可划分为同时喷射系统和顺序喷射系统;按喷射燃料位置可划分为缸内喷射系统和缸外喷射系统。3.CNG供给系统主要零部件混合器方式
17、的CNG供给系统主要由以下几部分组成。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(1)车用气瓶。车用气瓶有钢或铝金属瓶和复合材料气瓶。钢或铝金属瓶由无缝钢或铝金属管经特殊工艺加工而成，重量大，价格便宜，主要用在公交车、大中型客货车上，不适合在小型车上使用;复合材料气瓶是钢质和铝合金内衬，外部径向、纵向缠绕玻璃纤维或碳纤维，与钢瓶相比，重量约少30%-50%，但价格较高，主要有整体缠绕和半缠绕等几种类型;轿车储气瓶一般采用全缠绕复合材料气瓶，其水容量为50 L或55 L的储气瓶，通常最大允许充气压力为20 MPa，布置在行李箱的里端。按照最大充装压力20 MPa计算，50 L和55 L储气
18、瓶的最大充装量为10L和11 L天然气(标准状态下)。车用天然气瓶每两年由专检部门强制检验一次，检验不合格的不得继续使用。报废气瓶的破坏性处理由气瓶定检单位进行，使用者不得以任何理由索取，更不能自行破坏处理。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(2)减压调节器。由于气瓶内的CN(压力随着燃料的消耗不断变化，因此要想保持稳定的天然气与空气的混合比例，需安装减压调节器。减压调节器可以保证在气瓶内的压力发生变化时进人混合器的天然气压力基本恒定。减压调节器将气瓶内CNG的压力由20 MPa降至常压一般要经过三级减压。CYTZ-100型三级减压调节器的结构如图7.1所示。减压调节器工作原理:
19、当发动机不工作或不燃用CNG,即没有CNG进人减压调节器时，一级阀日、二级阀日和三级阀日均处于常开状态。当发动机工作时，CNG经进气日进人减压调节器，并通过一级阀芯和密封片之间的一级阀日进人减压调节器A腔，进行一级减压，压力由20 MPa降至0.25 0.8 MPa左右(根据配套的发动机排量不同，按使用说明书调整)。若压力超过0.8 MPa，则一级膜片在CNG的压力作用下克服主弹簧的预压力而向上弯曲，并带动一级阀芯向上将一级阀口关闭。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,A腔内的CNG经二级阀口进人B腔，进行二级减压，压力降至0.018 0.02 MPa(表压)。随着CNG进人B腔，
20、A腔内的压力逐渐降低，若压力低于0.25 MPa，则一级膜片在主弹簧预压力的作用下向下弯曲，并带动一级阀芯向下使一级阀日开启。进人B腔的CNG经三级阀日进人C腔，进行三级减压，压力降至2.03.0 kPa，然后经步进电机伺服阀进人混合器。若B腔内的CNG压力超过0.02 MPa，则CNG压力经通气孔作用到二级膜片，使其向上压缩二级弹簧，同时压迫二级顶杆将二级阀日关闭。若由于B腔内的CNG不断流人C腔而使B腔内的压力下降至0.018 MPa以下时，则二级膜片在二级弹簧的作用下放松二级顶杆及二级阀片将二级阀日开启。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,减压调节器上装有一级调压螺栓和三级调
21、压螺栓，分别用来调节一级减压压力和三级减压压力。CNG流过减压调节器时，压力大幅度降低，温度也随之急剧下降，CNG中的水分可能结冰，造成阀日和管道堵塞。因此，减压调节器设有加热用循环水套，利用发动机的冷却液对CNG加热，以防止其减压后温度降至冰点以下。(3)比例调节式混合器如图7.2所示。混合器的作用是将空气和天然气按一定比例混合，形成一定浓度的可燃混合气。比例调节式混合器的工作原理是利用进气管真空度同时控制空气和天然气通道的通过面积，以控制混合气的空燃比。混合器安装在化油器或节流阀体的进气日前，比例调节式混合器阀芯由两个并联的节流阀芯组成分，别同时控制燃气和空气流通截面积。混合器的C腔经化油
22、器与进气歧管连通，A腔与发动机的空气滤清器相连，D腔则通天然气低压通道，膜片室B通过气孔与C腔相通。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,当发动机工作时，进气管真空度传至C腔，并通过气孔传人膜片室B，使膜片室产生真空。由于A腔接近于大气压力，因此膜片在A腔与膜片室的压力差作用下，克服膜片自身的重力和弹簧的弹簧力向上弯曲，打开天然气阀日和空气人日，使天然气和空气进人C腔并在其中混合后进人发动机。在发动机工作期间，膜片将随着进气管真空度的变化而上下运动，天然气阀u和空气人u的开度也就随之变化。当发动机停机时，A腔、C腔和膜片室B均为大气压力，膜片在其自身的重力和弹簧力的共同作用下，向下弯
23、曲并将天然气阀日和空气人日关闭。(4)功率阀。在采用混合器供气方式的燃气发动机电控系统中，一般装用功率阀作为执行元件来控制燃气供给量，由ECU对其控制，实现对混合气空燃比的合理调节。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,常用的功率阀有步进电动机功率阀和占空比功率阀两种。步进电动机功率阀即采用步进电动机驱动的调节阀来执行燃气ECU的执令，实现燃气供给量调节。占空比功率阀采用占空比控制型电磁阀来执行燃气ECU的执令，实现燃气供给量调节。功率阀安装在燃气压力调节器与混合器之间的低压输气管路中，通过改变低压输气管路的流通截面来控制供气量，其结构和工作原理与电控汽油喷射系统中同类型的怠速控制阀
24、相同。部分燃气发动机为进一步提高供气量的控制精度，装用的步进电动机功率阀为双步进电动机阀，如图7.3所示。两个步进电动机分别为主控电动机和微控电动机，均受燃气ECU控制。主控电动机用来实现对供气量的粗调，微控电动机则用来实现对供气量的微调。步进电动机的结构和工作原理基本相同，只是步进电动机每转一步的角度不同，控制精度一也就不同。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(5)模拟器如图7.4所示。模拟器应用在以电控汽油喷射发动机改装的燃气发动机上，其主要功用是:发动机燃用燃气时，产生并向汽油ECU输送模拟喷油器工作的信号。在电控燃气供给系统中，模拟器一般与燃气ECU制成一体。当燃用汽油时
25、，模拟器接通短路开关，喷油器正常工作。当燃用燃气时，模拟器断开短路开关，此时汽油ECU仍能正常向喷油器输送喷油信号，由于接通喷油器搭铁回路后，蓄电池12 V电源使通过喷油器的电流或电压减小，喷油器线圈产生的电磁力不足以吸开针阀，所以喷油器不喷油，但输送给汽油ECU的仍是12 V电压信号。(6)充气阀。充气阀分为快装式、插销式两种，充装CN(时，是与加气枪连接的接日。根据不同地区的要求，两用燃料车采用快装式或插销式充气阀，充气阀内部结构为单向阀结构，充气阀外端为与加气枪连接的接日，充气阀内端为与充气管路(D6X1钢管)连接的接口。插销式充气阀结构如图7.5所示，快装式充气阀结构如图7.6所示。,
26、上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(7)手动截止阀(结构如图7.7所示)。我国汽车行业标准QC/T 245-1998规定天然气汽车应安装手动截止阀，当CNGV在充气、修理或人库停车时，用其截断气瓶到减压调节器之间的CNG通路。在截止阀阀体内装有柱阀，柱阀左端面嵌有密封垫，弹簧的预压力作用在柱阀的右端，保持柱阀常开，CNG从气瓶经柱阀流出截止阀。当转动手轮时，心轴向左压迫膜片并推动柱阀左移压在阀座上，使截止阀关闭。膜片由薄钢片或黄铜片制造，其作用是防止CNG通过心轴向外泄漏。在心轴上接一个加长轴，日的是为了把手轮装人驾驶室(轿车装在后备箱缠绕瓶气瓶阀之后)，以便驾驶员能在驾驶室内操纵
27、截止阀的开闭。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(8)汽油/CNG转换开关。汽油/CNG转换开关有三个位置，当转换开关置于“油”位置时，接通电动汽油泵电路，同时切断CNG电磁阀电路;当转换开关置于“气”位置时，接通CNG电磁阀电路，同时切断电动汽油泵电路;转换开关置于“中间”位置时，不接通两者之中任何一个电路。7.2.2 汽油-LPG两用燃料发动机1.LPG供给系统组成及工作原理LPG供给系统与CNG供给系统有很多相同之处。日前国内外大多数厂家生产的车用LPG供给装置与CNG供给装置的基本部件都可以通用，唯LPG供给系统的车用气瓶及其附件、管阀件有些特殊的要求。当汽油/LPG转换
28、开关置于LPG位置时，LPG电磁阀开启，LPG从气瓶流人蒸发调压器，并在其中蒸发减压，然后进人混合器，在混合器中与空气混合后进人发动机气缸。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,ECU根据氧传感器和发动机转速传感器的信号，通过改变通向真空电磁阀的脉冲信号占空比来调节蒸发调压器膜片室的压力，以控制蒸发调压器的输出压力和供气量，从而实现供气量的闭环控制。充装液化石油气的充装日设在气瓶上方，充液时气瓶不能充满，当充装到气瓶容积的80%时，限量充装阀自动关闭充装u。限量充装阀、手动截止阀、液位计、安全阀以及出液限流阀等附件全部集成在一个集成阀中。出液日设在气瓶的下方，气瓶内液面上方是LPG蒸
29、气，借助饱和蒸气压将液化石油气从出液口压出。不从气瓶上方直接输出LPG蒸气原因有二。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,(1)因为LPG蒸发需要吸收大量的热，如果直接从气瓶输出LPG蒸气，则即使在夏天通过气瓶由大气传来的热量一也不足以使LPG大量蒸发。如果气瓶外壁结冰，则传热更差，将导致气瓶内蒸气压力低到不能维持供给的程度。(2)LPG是由物化特性不同的多种组分构成的混合物，各组分的蒸发速度不同，先后蒸发出来的气体各有不同的化学当量比。因此，从气瓶上方直接输出LPG蒸气就意味着在同一混合器的调整下，相同工况的空燃比不断在变化，这将使发动机不能稳定工作。2.蒸发调压器蒸发调压器的作用
30、是使LPG蒸发和减压。由于LPG的饱和蒸气压最大不超过1.43 MPa(气温为38时的表压力)，比CNG气瓶内的压力低得多，一般只需要一级或二级减压。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,这是一个二级减压装置，它与CYTZ-100型CNG减压调节器的二级减压和三级减压部分的结构相同，零部件可以互换，工作原理也相同，只是参数调整不同而已。在蒸发调压器的一级底盖的下方设有水套，发动机的冷却液循环其中，对LPG加热，以使其蒸发气化。3.混合器LPG供给系统的混合器，其结构及工作原理与CNG供给系统的混合器相同。4.气瓶附件气瓶附件包括各种阀门和液面计等。在轿车用气瓶上，多将这些附件集成一体
31、构成集成阀，它具有限量充装、储量显示、出液、手动截止和安全防护等多项功能。在气瓶充液时，当LPG达到气瓶容积的80%时，集成阀内的限量充装阀自动关闭，停止充液。利用集成阀内的液面计指示气瓶内LPG的储量。,上一页,下一页,返回,7.2 两用燃料发动机,集成阀上装有安全阀，该阀能在2.5 MPa 1 0.2 MPa的压力下自动开启放气。另外，在出液口还装有一个安全阀，当发生供气管路破裂而有大量LPG泄漏时，只要该阀两侧的压力差超过0.1 MPa,该阀就自动关闭出液U。,上一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,7.3.1 电控燃气供给系统的功能汽油/燃气两用燃料发动机电控混合器供气
32、系统是在化油器式汽油机或电控燃油喷射汽油机上加装混合气供气系统和电控元件而形成的。用化油器式汽油机改装的电控燃气供给系统，一般只有空燃比控制、自诊断、安全保护的基本功能。在以电控燃油喷射汽油机为基础改装的发动机上，除原电控燃油喷射系统ECU外，增加了燃气控制ECU，为简化电子控制系统，燃气ECU和汽油ECU一般都共用传感器信号，而且发动机燃用燃气时，还利用汽油ECU的点火控制、怠速控制等功能。为保证汽油ECU正常工作，发动机燃用燃气时，电控燃气供给系统必须向汽油ECU输送模拟汽油喷射信号和模拟氧传感器信号。,下一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,1.模拟汽油喷射信号发动机燃用
33、燃气时，汽油ECU必须保持在正常的工作状态，才能对发动机的点火、怠速等进行正常控制，而发动机燃用燃气时，汽油ECU必须切断汽油的喷射。在此情况下，汽油ECU将判断为汽油喷射系统有故障，系统处于非正常工作状态，ECU将就此输出非正常工作模式的控制指令。因此，为了避免发动机在燃用燃气时出现这种不正常的现象，使汽油ECU保持正常工作状态，必须在切断汽油喷射的同时，由电控燃气供给系统向汽油ECU输人模拟的汽油喷射信号。2.模拟氧传感器信号现代电控汽油喷射系统一般都采用闭环控制，发动机燃用燃气时，相应地也应采用闭环控制。汽油和燃气两个电控系统一般共用氧传感器，发动机在燃用燃气时，若只将氧传感器信号输送给
34、燃气ECU，汽油ECU长时间得不到氧传感器信号，就会错误判断氧传感器有故障并储存故障码，这将影响汽油ECU的正常工作。,上一页,下一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,如果同时将氧传感器信号输人燃气ECU和汽油ECU，汽油ECU一般都有学习功能，会记忆燃用燃气时的状态。发动机燃用燃气和汽油时的理想空燃比是不同的，在由燃用燃气切换到燃用汽油时，若汽油ECU按燃用燃气时学习到的控制模式对汽油喷射进行控制，必然会影响发动机的性能。因此，电控燃气供给系统必须向汽油ECU输人一个理想的模拟氧传感器信号，以便切换到燃用汽油时汽油ECU能够正常工作。7.3.2 混合器供气电控系统的组成1.基
35、本组成汽油/燃气两用燃料发动机电控混合器供气系统除与电控汽油喷射系统共用的元件外，增加的主要电控元件有转换开关、模拟器、燃气ECU、步进电机功率阀等。转换开关:实现燃用汽油或燃气的转换控制，并可显示高压气瓶(或储液罐)内燃气的压力。,上一页,下一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,模拟器:在燃用汽油时，接通喷油器控制电路;燃用燃气时，切断喷油器控制电路，同时向汽油ECU输人汽油喷射模拟信号。燃气ECU:在燃用燃气时，根据氧传感器信号、节气门位置信号、转速信号等，进行分析计算，输出控制步进电动机动作的信号，并向汽油ECU输人模拟的氧传感器信号。步进电动机功率阀:执行燃气ECU的执
36、令，以控制燃气的供给量，保证混合气的空燃比在理论值附近。2.主要元件位置燃气汽车电控燃气供给系统的差异，主要在于燃气供给系统专用元件的安装位置。一般燃气供给系统中的调节器、混合器、步进电动机功率阀等均安装在发动机室内，燃料转换开关安装在驾驶室内仪表盘附近，而不同车型的主要差异在于高压气瓶(或储液罐)数量和安装位置不同，或加气日、手动供气阀、电磁阀等元件安装位置有所不同。,上一页,下一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,如图7.8所示，为上海通用公司开发的汽油/CNG两用燃料别克轿车电控燃气供给系统主要元件安装位置。高压气瓶安装在后行李箱内，高压输气管从整车左侧底部延伸到发动机室
37、内，调节器、混合器均安装在发动机室内，汽油/CNG转换开关安装在仪表盘左侧，加气日设在发动机室内前部。高压气瓶用钢带固定在固定架上，在发生撞车时，储气瓶管日阀件可随固定架一起移动，从而降低了输气管破裂的危险性。由于采用了空燃比闭环控制系统，其排放能达到美国加州的低排放车辆法规要求。7.3.3 混合器供气电控系统工作原理1.开环控制系统早期用电控汽油喷射发动机改装的两用燃料发动机，其燃气供给系统采用的是开环控制方式。,上一页,下一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,该系统与由化油器式发动机改装的机械控制式燃气供给系统基本相同，主要区别是增加了模拟器等电子元件，没有燃气ECU。空燃
38、比控制装置是混合器，而且只能通过混合器和手动动力调节阀来调节各种工况下的混合气空燃比。电控汽油喷射发动机改装的汽油/CNG两用燃料发动机开环控制供气系统的组成如图7.9所示。电控汽油喷射发动机改装的汽油/CNG两用燃料发动机开环控制供气系统工作原理如图7.10所示。在进气管前，该系统的燃气供给和汽油供给两个燃料供给系统是并列的。在发动机工作时，由油气转换开关控制燃气电磁阀和电动燃油泵，同一时刻，只允许发动机燃用汽油或燃用一种燃料。在使用中加气时。通过充气阀将天然气充人高压气瓶。发动机燃用天然气时，将燃料转换开关转到“气”位置，此时燃气电磁阀开启、电动燃油泵停止工作，天然气经减压调节器减压后，再
39、经动力调节阀进人混合器，并与来自空气滤清器的清洁空气混和后供往气缸。,上一页,下一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,此外，在油气转换开关上设有一根模拟器控制线，以便在燃用燃气时，使模拟器对喷油器进行开关闭环控制，并产生喷油器工作正常的摸拟信号输送给汽油ECU。由于电控燃油喷射系统装用的是叶片式空气流量计，测量的叶片如处于关闭状态，将影响燃气混合器正常下作，因此，在减压调节器上引出一根带压输气管，使燃气压力作用到气缸活塞式空气测量叶片强制开启器上，强制推开测量叶片，保证燃气时怠速工况正常工作。2.闭环控制系统在开环控制系统中，燃气空燃比只能由改装或维护调试时调定的燃气动力阀开度
40、大小和混合器的供气特性配合确定，调试出的空燃比是一个固定值，不可能保证在各种工况下都能获得最佳的空燃比。在减压调节器和混合器之间安装由ECU控制的功率阀，并加装氧传感器实现空燃比闭环控制，则可使发动机在各种工况下都能获得最佳的空燃比。,上一页,下一页,返回,每7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,电控汽油喷射发动机改装的汽油/CNG两用燃料发动机闭环控制供气系统的组成如图7.11所示。与开环控制系统相比，主要区别是:在燃气供给系统中增加了燃气ECU，并采用原车氧传感器实现空燃比闭环控制，同时增加了由燃气ECU控制的占空比电磁阀型功率阀，而取消了人工调节的动力调节阀。闭环控制系统工作原理如图
41、7.12所示，与开环控制系统的区别主要是:燃料转换开关只设“油”“气”两个挡，由燃气ECU根据发动机工况等自动控制燃料停供和转换;同时由燃气ECU,氧传感器、电控调节阀共同实现空燃比闭环控制。,上一页,下一页,返回,7.3 两用燃料发动机混合器供气电控系统,如图7.13所示为四川西恩基公司生产的汽油/CNG两用燃料发动机CYTZ-100型闭环控制CNG供给系统，其电控燃气供给系统的组成和工作原理与前述闭环控制系统基本相同。该系统的主要特点是:利用化油器式汽油发动机改装，仅供气系统采用闭环控制，而燃油供给系统仍为传统化油器式;此外，发动机燃用CNG时，用于执行燃气ECU执令控制燃气供给量的是步进
42、电动机型功率阀。,上一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,虽然利用步进电机伺服阀和比例调节式混合器的电控CN(闭环控制系统能够改善空燃比的控制精度，但是小气量工况的空燃比仍然难以准确稳定地控制。因此，近年来电控CNG喷射系统得到了快速发展。图7.14是电控汽油/CNG两用燃料发动机的燃料供给系统组成示意图，CNG和汽油的供给都采用电控喷射方式。电控单元根据来自各种传感器和各种开关的信号(包括曲轴位置、节气门开度、进气压力、进气温度、汽油/CNG转换开关、减压调节器后的天然气压力、天然气温度和氧传感器等)，利用其内存储的软件进行运算、判断和处理后，向天然气喷射器发出适时启闭的指令。天然气喷射器
43、的结构及工作原理与电控汽油喷射系统的喷油器类似。在减压调节器后的天然气压力稳定的条件下，喷气量与喷射器开启的持续时间成正比，而后者由电控单元控制。电控CNG喷射系统要求减压调节器出口压力保持在0.6 MPa左右，其变化范围不能超过平均值的13%。,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,一般采用两级减压调节器，第一级减压到1.2 MPa左右，第二级减压到0.6 MPa左右。对于汽油/CNG两用燃料发动机来说，通常是利用原有电控汽油喷射系统的控制系统，只增加几个传感器、执行器(如减压调节器后的天然器压力传感器和温度传感器，天然气喷射器、汽油电磁阀等)和一个供气控制模块。原有的三元催化转换器和氧
44、传感器仍可继续使用。7.4.1 CNG供气系统的基本功能与组成基本功能:(1)有效储存CNG;(2)充装CNG;(3)向发动机供给CNG从(4)截止CNG的供给;,上一页,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,(5)过滤CNG中的杂质;(6)CNG状态调节(减压、稳压);(7)燃料向发动机的定时分配;(8)安全保护功能。基本组成(如图7-14所示):(1)储气瓶;(2)储气瓶阀;(3)导气管路;(4)充气阀;(5)供气(充气)管;,上一页,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,(6)减压调节器;(7)低压管路;(8)高频电磁阀组;(9)分配管路等。7.4.2 主要零部件结构组成与功能电
45、控CN(;供气系统中的大多数零部件与混合器式CN(;系统是一样或相似的，不同的主要件是减压器及附件和高频电磁组。1.减压器结构和功能(如图7.15、图7.16、图7.17、图7.18、图7.19,图7.20所示)(1)从储气瓶输送出的最大压力为20 MPa的CNG，使用过程中压力在不断变化中，不能满足发动机工作的需要，需要通过减压器将其状态进行调节。,上一页,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,(2)减压器的主要功能:将由储气瓶输出的最大压力为20 MPa的CNG调节成满足发动机工作需要的具备一定压力的天然气。(3)完成以上功能主要是对CNG进行减压和调节，将CNG压力调节至符合发动机工
46、作需要的压力(减压过程)。(4)减压过程为吸热过程，需要吸收大量的热量。(5)为保证减压器的正常工作，将发动机循环水引人减压器内，为减压过程提供热量。(6)在环境温度过低时使用CNG，一方面对发动机不利，同时不能为减压过程提供充足的热量，将导致工作不稳。(7)通过减压器上的温度传感器测量其温度，通过设定，在温度低于限值时，只能使用汽油工作，温度升高到限值以上后，才能使用CNG。,上一页,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,(8)在CNG的稳压腔上设有电磁截止阀，在停车或使用汽油工作时，电磁截止阀关闭，同时一级进日关闭;在使用CNG工作时，电磁截止阀打开。(9)捷达车选用Dream XXI
47、燃气喷射系统配置的减压器为R89/C型;如图7.15所示。(10)R89/C型减压器为两级式结构。(11)R89/C型减压器一级减压腔，CNG在进人该腔后，压力降低到0.24 kPa，如图7.16、图7.17、图7.18所示。(12)R89/C型减压器二级为稳压腔，一级腔输送来的低压天然气，经过调节后，通过稳压结构的作用，输出0.199 kPa稳定压力的天然气。如图7.19所示。(13)为保证怠速时的稳定性和最佳的混合比，可将发动机进气管处的进气压力引人一级腔的平衡室，调节工作过程。,上一页,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,(14)为避免因温度变化过大引起的工作不稳，在循环水的出口处
48、，安装有恒温结构，保证在正常状态下减压器腔内温度的恒定;在安装时需保证正确的循环水流动方向，否则将造成循环水不能流动，造成系统工作不稳。恒温结构如图7.21所示。(15)为避免因减压器故障造成的腔内压力异常升高，在一级腔内设有安全保护阀，如图7.22所示。(16)在CNG进人一级腔之前的高压部分设有CNG过滤器。2.高频电磁阀体结构与功能(结构如图7.23所示)高频电磁阀体是燃料供给的执行部件，完成共轨和喷嘴的功能，利用4个高 频电磁阀控制每一只气缸的燃料供应，按照控制器的指令，依照气缸的工作顺序，依次打开对应气缸的高频电磁阀，供应与发动机吸人空气量对应数量的燃料。,上一页,下一页,返回,7.
49、4 电控CNG喷射系统,安装时需要按照从左到右或从右到左的顺序，控制1缸至4缸的燃料喷射，确定1缸的原则，即在控制系统中的1缸汽油喷射信号决定了发动机1缸的位置。7.4.3 CNG供给控制系统1.燃气工作的基本要求(1)在两用燃料车上，增加的燃气系统只是根据发动机的需要定时、定量的向发动机供应燃气，发动机正常工作需要的点火、怠速等控制还需要汽油系统进行控制。(2)为保证发动机正常的工作，发动机各个传感信号必须处在正常的状态，包括汽油喷射信号、氧传感器信号等。,上一页,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,(3)在使用CNG时，必须切断汽油的喷射动作。切断汽油喷射动作的同时，正常的汽油喷射信
50、号也被切断，在这种情况下，汽油ECU将判断出汽油喷射停止，将不会正常的工作。为了避免在使用CNG时出现这种不正常的现象，使汽油ECU保持在正常工作状态，必须在切断汽油喷射的同时，向汽油ECU输人模拟的汽油喷射信号。(4)氧传感器信号的控制。CNG控制系统与汽油控制系统共用氧传感器，发动机在使用CNG时的控制过程与使用汽油时的控制过程基本相同。在使用CNG时，氧传感器信号直接输人汽油控制系统，燃气控制器根据汽油ECU给出的喷油信号来控制喷气时间。汽油ECU具有自适应功能，可以对各工况下的喷气时间进行修正。,上一页,下一页,返回,7.4 电控CNG喷射系统,2.CNG供给控制系统功能根据输人的各个
