电控喷气系统的组成及工作原理

2.4.2电控喷气系统的组成及工作原理
从功能上看，电控喷气系统由空气供给系统、燃气供给系统和控制系统等三大部分组成。

空气供给系统主要包括空气滤清器、进气管和进气歧管等。

这些部件与一般发动机的空气供给系统基本相同；燃气供给系统主要包括储气瓶、燃气过滤器、调压器、喷气阀和输气管线等；控制系统主要包括传感器、电控单元和执行元件。

在发动机运行过程中，空气自空气滤清器吸入后，经进气管、节流阀体、进气门，进入气缸。

气体燃料从储气瓶输出后，经燃气过滤器滤去杂质，再经减压阀将至所要求的压力，最后电控系统中的电控单元根据各种传感器随时传来的信息，经分析处理、计算出与发动机运行工况相对应的最佳供气量，并向燃气供给系统中的喷气阀发出控制指令，图2.9为天然气电控缸内喷射系统示意图。

为了使发动机能够以高效率、低排放状态工作，在发动机上装置若干个传感器用以检测与发动机运转有关的参量，并将检测到的信息输至控制系统中的ECU，ECU对之进行计算处理并对相关执行机构实施机制，能够保证供气量随工况（既随转速、负荷、冷却水温度、进气温度等）参数的变化始终保持最佳。

图2.9 天然气电控缸内喷射系统示意图
Fig.2.9 Electronically controlled gas cylinder injection system schematic
1-CNG储气瓶（20MPa）；2-阀门；3-接头；4-充气手动阀门；5-充气阀；6-电磁阀；7-管线；
8-调压器；9-控制系统；10-喷气阀；11-发动机；12-节气门
曲轴位置传感器位于发动机前端的皮带上，每循环产生12个信号，这些信
号是ECU控制发动机点火和喷气的基准；空气流量传感器用来检测进入气缸的进气量，空气流量这个信息是电控单元ECU计算和控制基本喷气持续时间亦即基本喷气量的主要依据；进气压力传感器用于测量发动机进气管的绝对压力，它与由曲轴位置传感器计算出的转速一起简介测量发动机的进气量大小，作为控制发动机点火提前角和天然气喷射量的主要依据；节气门位置传感器用来测量节气门的位置，指示发动机的怠速、满负荷以及加、减速工况，使ECU能根据不同情况分别按照不同的模式控制发动机的点火提前角和混合器的浓度。

电控喷气式发动机的喷气阀是一个由电磁阀直接控制的将气体燃料喷至既
定空间的供气部件。

其电磁阀接受电控单元的指令进行动作。

如同喷油器是电控汽油喷射式汽油机和柴油机的关键部位，喷气阀是电控喷气式发动机喷气系统中的关键部位，其性能的优劣对于发动机的性能至关重要。

近些年来，人们对喷气阀进行了广泛的研究，其中研制开发出的典型气体燃料喷射器有两种，其一是低压喷射器，其二是高压喷射器。

前者结构比较简单，类似于汽油喷射器；后者结构比较复杂，类似于柴油喷射器。

由于气体燃料的能量密度小，气体喷射器与汽油和柴油喷射器的最大差别是其需要较大的流通截面，以保证大的气体流量通过；另外阀体的润滑和密封是对气体阀的主要要求之一，它不同于燃油的液体燃料阀体。

HSV电控气体燃料喷射阀工作原理及安装布置如图2.10所示，当电磁阀8
断电时，球阀4在进气口和出气口处气体压差的作用下向右运动，使CNG通道打开，实现供气。

当电磁阀8通电时，衔铁10产生电磁推力，通过推杆7，使球
阀4向左运动，靠在其密封座上，关闭燃料气道，停止供气。

此外，由于该喷射器在火花塞点火之前就已完全关闭，做功行程时缸内燃气的高压可使喷射器出口处的压力高于喷射器进气口，这个压差和电磁推力一起使钢球阀更紧密地靠在密封座上。

从而可以确保高压燃气不会反流到CNG供气管道内。

这种结构布置消除了高温高压燃气反流现象。

图2.10 HSV型电控气体燃料喷射阀工作原理及安装布置
Fig.2.10 HSV type of electronically controlled gas injection valve working principle
andinstallation
1-CNG管路接头；2-密封垫；3-阀座；4-球阀；5-阀体；6-极靴；7-推杆；8-电磁线圈；
9-导线；10-衔铁；11-隔热垫；12-缸盖
目前，国内外的电喷车上普遍采用混合器方式的闭环控制系统，匹配后的动力性、排放性能、燃料经济性等指标基本能够满足使用的要求。

在闭环控制中，燃气供给系统增加了燃气ECU，并利用原车的氧传感器实现空燃比闭环控制，同时在减压调节器和混合器之间增加了由燃气ECU控制的步进电机功率阀，这样就可通过燃气ECU、氧传感器、电控功率阀使发动机在各种工况下都能获得最佳的空燃比。

工作方式是：燃用汽油时切断天然气的供给，燃用天然气时切断汽油的供给。

无论哪种工作方式，混合气都是预混合并由电火花点燃。

图2.11为LOVATO电喷发动机汽油/天然气转换控制系统电器原理图。

图2.11 LOVATO电控汽油喷射发动机汽油/天然气转换控制系统电器原理图
Fig.2.11 The oil / gas conversion control system electrical schematic diagram of
LOVATO electronically controlled gasoline injection engine
与电控汽油喷射发动机比较，两用燃料发动机所增加的各主要电控部分的功能是：
燃气ECU：在燃用燃气时，根据发动机的进气压力信号和氧传感器信号、节气门位置信号、转速信号等进行分析计算，控制步进电机的动作等。

转换开关控制器：利用逻辑控制单元，通过燃料转换开关来实现使用燃气和使用汽油之间的燃料转换过程，并相应指示使用燃料的情况(通过指示灯显示)；在使用CNG时显示高压气瓶内的燃气压力，以便使驾驶员掌握剩余燃气量。

模拟器(也称仿真器)：控制汽油的喷射，在燃用汽油时，接通喷油器控制电路，保持汽油喷射系统的正常工作；使用燃气时切断汽油喷嘴的控制电路，同时向汽油ECU输入汽油喷射模拟信号，保持汽油ECU的正常工作。

点火提前角调节器：使用CNG时，在汽油ECU控制的点火提前角的基础上，自动加大一定的度数，以弥补CNG燃烧速度较慢的缺点；使用汽油工作时，恢复汽油ECU控制的点火时间。

步进电机功率阀：执行燃气ECU的指令，以控制燃气的供给量，保证混合气的空燃比在理论值附近。

减压器：将储气瓶输出的具有很大压力(约为20MPa)的CNG调节成满足发动机工作需要的CNG。

虽然利用步进电机伺服阀和比例调节式混合器的电控CNG
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。

下面是电
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。

图2.12 电控两用燃料发动机供给系统组成示意图
Fig2.12 Schematic diagram of electronically controlled dual fuel engine supply system
1-充气阀；2-车用电瓶；3-输出阀；4-压力表；5-CNG电磁阀；6-气量显示器；7-两级减压
调节器；8-天然气喷射器；9-进气歧管；10-喷油器；11-油压调节器；12-燃烧分配管；13-
汽油电磁阀；14-汽油泵；15-汽油箱
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0.6MPa左右，其变化范围不能超过平均值的±3%。

一般采用两级减压调节器，第一级减压到1.2MPa左右，第二级减压到0.6MPa 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)和一个供气控制摸块。

原有的三元催化转换器和氧传感器仍可继续使用。