潍柴天然气发动机培训资料之基础知识结构及工作原理
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潍柴天然气发动机燃气电控系统PPT课件
燃 气 供 给 系 统
燃气供给系统图
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: 燃气需要电磁阀控制燃气的开断。
2、稀燃:混合气中多余了空气称为稀， λ＞1表示稀， （多余了燃料称为浓，λ <1 表示浓） 稀燃的优点： 1、燃料经济性 2、排放特性 3、热负荷 – 排温 – 传至发动机冷却液的热量降低
四、爆震 (末端气体爆震)
1、定义：爆震是气缸中正常火焰燃烧产生的压力温度上升，从而导致未燃燃料 同空气的自燃现象。 爆震是不正常的。
潍柴天然气发动机培训 三羚公司培训
天然气发动机的基础概念
一、进气=功率
1、更多进气 = 更大功率 （意味着不能一味加大油门来提升马力） 进气压力增加= 进气流量增加= 扭矩增加 发动机对进气调节控制能力决定发动机性能 2、增压低则功率小 如果增压低，系统中不能通过增加燃料来提升动力 – 发生爆震问题 – 过多燃料导致排放急剧恶化 – 燃料经济性变差
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。
热交换器--低温启动性能好
WOODWARD系统独特的 板式换热器
ECU控制低 温启动
低温启动性能好—最低启动温度：零下30度 1、WOODWARD系统采用独特的板式换热器，对燃气进行二 次换热，保证混合气可靠燃烧。 2、ECU根据水温、空气温度对燃料喷射和点火提前角进行 补偿，保证低温启动性能。
潍柴天然气发动机培训资料之基础知识结构及工作原理
燃气发动机基础知识（产品特点）
3、发动机稳定运行时采用闭环控制，使实际空燃比和理论空燃比一致。4、燃气进气方式为电控单点喷射，供气及时、停气干脆。5、具有加速加浓功能。6、采用防喘振技术，发动机大负荷急松脚踏板时，ECM根据减速信号，激活燃料切断功能，在切断燃料供给的同时电子节气门保持一定的开度，消除了因节气门关闭而引起增压器喘震的可能性，提高了增压器的可靠性。 7、增压器带废气控制阀、采用电控放气。8、具有超速保护功能。9、打开电钥匙后，如果没有转速信号，燃气管路的电磁阀会自动关闭。10、具有故障自我诊断功能
燃气发动机基础知识（燃烧特点）
潍柴天然气发动机产品特点潍柴天然气发动机是在相应机型柴油机基础上改制，加装燃气电控系统组成。目前，潍柴天然气发动机主要采用美国伍德沃德公司OH燃气电控系统和BOSCH燃气电控系统，分OH1.2和OH2.0系统（本手册主要介绍OH2.0系统）。潍柴天然气发动机有以下技术特点：1、采用电子脚踏板，改善了发动机的驾驶性能。2、燃气喷射、点火角度、空燃比、发动机负荷全部采用电控。电控单元（ECU）根据电子脚踏板输出的电压信号，确定电子节气门的开度，再根据发动机负荷、发动机转速、进气压力、燃气压力和温度等参数计算燃气喷射量，确定点火角度。
2、天然气发动机使用稀燃技术足够的空气燃烧完所有的燃料，燃烧后无氧气和未燃烧燃料残留称为理论（当量）空燃比。通常空燃比是以质量比给出，用过量空气系数λ表示，混合气中多余了燃料称为浓，多余了空气称为稀。其中柴油机理论空燃比：14.5，天然气发动机理论空燃比:16-17，汽油机理论空燃比:14.7。排气中有过量空气称为稀燃，天然气发动机正常工作过量空气系数范围：1.11< λ<1.54。稀燃需要高能长时间的点火，因为高增压，需要小的火花间隙。发动机稀燃具有以下优点：经济性好，排放性能好，发动机热负荷减小。
3、发动机稳定运行时采用闭环控制，使实际空燃比和理论空燃比一致。4、燃气进气方式为电控单点喷射，供气及时、停气干脆。5、具有加速加浓功能。6、采用防喘振技术，发动机大负荷急松脚踏板时，ECM根据减速信号，激活燃料切断功能，在切断燃料供给的同时电子节气门保持一定的开度，消除了因节气门关闭而引起增压器喘震的可能性，提高了增压器的可靠性。 7、增压器带废气控制阀、采用电控放气。8、具有超速保护功能。9、打开电钥匙后，如果没有转速信号，燃气管路的电磁阀会自动关闭。10、具有故障自我诊断功能
燃气发动机基础知识（燃烧特点）
潍柴天然气发动机产品特点潍柴天然气发动机是在相应机型柴油机基础上改制，加装燃气电控系统组成。目前，潍柴天然气发动机主要采用美国伍德沃德公司OH燃气电控系统和BOSCH燃气电控系统，分OH1.2和OH2.0系统（本手册主要介绍OH2.0系统）。潍柴天然气发动机有以下技术特点：1、采用电子脚踏板，改善了发动机的驾驶性能。2、燃气喷射、点火角度、空燃比、发动机负荷全部采用电控。电控单元（ECU）根据电子脚踏板输出的电压信号，确定电子节气门的开度，再根据发动机负荷、发动机转速、进气压力、燃气压力和温度等参数计算燃气喷射量，确定点火角度。
2、天然气发动机使用稀燃技术足够的空气燃烧完所有的燃料，燃烧后无氧气和未燃烧燃料残留称为理论（当量）空燃比。通常空燃比是以质量比给出，用过量空气系数λ表示，混合气中多余了燃料称为浓，多余了空气称为稀。其中柴油机理论空燃比：14.5，天然气发动机理论空燃比:16-17，汽油机理论空燃比:14.7。排气中有过量空气称为稀燃，天然气发动机正常工作过量空气系数范围：1.11< λ<1.54。稀燃需要高能长时间的点火，因为高增压，需要小的火花间隙。发动机稀燃具有以下优点：经济性好，排放性能好，发动机热负荷减小。
潍柴天然气发动机结构与工作原理
符合ECE/R110标准。
柴油：1.58％， 汽油：1.3％。
燃料种类
天然 气
柴油
汽油
蒸气密度 /（kg/m3
）
0.750.8
3.4
≥4
沸点℃ -162 170～350 30～190
理论空燃 比
(kg/kg)
17.2 ：1
14.3：1 14.8：1
辛烷值 (RON)
130
23～30 80～99
燃烧极限 (体积) %
5～15
1.58～ 8.2
LNG发动机工作原理图
进入诊断页面后，点击Connect。
选择对应的COM端口号。（端口号查 询方法见上页）
点击Connect。
CNG发动机工作原理图
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、进气控制系统 五、尾气处理系统 六、点火控制系统 七、水循环系统
平衡管接头：与发动机进气管连接，可以 动态调节减压器出口压力，提高燃气供气系 统的反应速度。平衡管接头需固定，防止漏 气，否则可导致动力不足。
WP5/WP6/WP7NG发动机不安装平衡管；
高压电磁阀，燃气管路上的安全开关，控 制天然气的通断。
进气口
燃气控制系统
燃气滤清器
作用： 过滤燃气中的杂质，可过滤燃气中0.3μm ～ 0.6μm的微粒，过滤效率≥95%。 ◆技术参数： 使用温度：-40～107℃ 最大使用压力：35bar ◆安装： 放水口朝下，按箭头所指的气流方向安装 ，切记不能装反。 保养 按《潍柴燃气发动机燃气滤清器滤芯更换 规范》要求保养： 例行检查时排污。 在一级保养时检查更换滤芯。 注意：燃气滤清器排污需在系统压力释放 后进行。
柴油：1.58％， 汽油：1.3％。
燃料种类
天然 气
柴油
汽油
蒸气密度 /（kg/m3
）
0.750.8
3.4
≥4
沸点℃ -162 170～350 30～190
理论空燃 比
(kg/kg)
17.2 ：1
14.3：1 14.8：1
辛烷值 (RON)
130
23～30 80～99
燃烧极限 (体积) %
5～15
1.58～ 8.2
LNG发动机工作原理图
进入诊断页面后，点击Connect。
选择对应的COM端口号。（端口号查 询方法见上页）
点击Connect。
CNG发动机工作原理图
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、进气控制系统 五、尾气处理系统 六、点火控制系统 七、水循环系统
平衡管接头：与发动机进气管连接，可以 动态调节减压器出口压力，提高燃气供气系 统的反应速度。平衡管接头需固定，防止漏 气，否则可导致动力不足。
WP5/WP6/WP7NG发动机不安装平衡管；
高压电磁阀，燃气管路上的安全开关，控 制天然气的通断。
进气口
燃气控制系统
燃气滤清器
作用： 过滤燃气中的杂质，可过滤燃气中0.3μm ～ 0.6μm的微粒，过滤效率≥95%。 ◆技术参数： 使用温度：-40～107℃ 最大使用压力：35bar ◆安装： 放水口朝下，按箭头所指的气流方向安装 ，切记不能装反。 保养 按《潍柴燃气发动机燃气滤清器滤芯更换 规范》要求保养： 例行检查时排污。 在一级保养时检查更换滤芯。 注意：燃气滤清器排污需在系统压力释放 后进行。
国六天然气发动机培训-2019
关键零部件升级，提高关键零部件可靠性；
支持爆震、远程监控等功能，提高了发动机控制能力；
支持更多标准的诊断协议。
国六 控制系统
1，电控单点及多点喷射 2，支持稀燃及当量技术 3，支持国六排放控制策略 4，降低燃气压力需求 5，ECU安装在机体上 6，ECU具备点火功能 7，支持NGI-2及SFG喷嘴 8，氧传感器升级 9，支持失火、爆震监测 10，诊断仪同柴油机
保证发动机在设定的空燃比下运行。 结构： 喷嘴：不同机型配置不同数量的喷嘴。 二个喷嘴一个驱动器，在正常喷射模式下，喷嘴依次轮流喷射，变工况下，喷嘴同时 喷射以加快系统反应速度。注意喷嘴线束一定要插紧。 燃气温度压力传感器 ：测量燃气温度和燃气压力
29
三 国六天然气发动机工作原理和结构
3.1.5 FMV升级
NIKKI喷射阀： 气体燃料专用喷嘴设计，使用不易受到气体燃料
品质影响的结构，燃气种类可以对应LPG、CNG和 LNG。 结构： 喷嘴：不同机型配置不同数量的喷嘴。 燃气温度压力传感器 ：测量燃气温度和燃气压力。 燃气流量随负荷变化而实时修正。
30
三 国六天然气发动机工作原理和结构
3.1.6 LSU4.9前氧传感器
作用： 过滤燃气中的杂质，可过滤燃气中
0.3μm～ 0.6μm的微粒，过滤效率≥95%。 ◆ 技术参数： 使用温度：-40～107℃ 最大使用压力：35bar ◆ 安装： 放水口朝下，按箭头所指的气流方向安装， 切记不能装反。 注意：燃气滤清器排污需在系统压力释放后 进行。
27
三 国六天然气发动机工作原理和结构
g/kWh
g/kWh
ppm
g/kWh
#/kWh
国三
ETC
5.45
天然气发动机结构及工作原理
潍柴天然气发动机之发动机结构及工作原理1 / 51天然气的成分主要成分是甲烷，易于完全燃烧，比空气轻，泄露后迅速飘散大气中，安全性好。
作为车载能源，主要有以下两种贮存形态：1、CNG-Compressed natural gas 压缩天然气:气瓶内充满气时一般为20Mpa,2、LNG-Liquefied natural gas 液化天然气：在常压下、温度为-162度的天然气变为液态。
2 / 51燃料种类常态下密度kgm 沸点℃天然气(CH4) LPG580柴油(C16H34为代表) 汽油(C8H18为代表)-3 0.75~0.8(气态) 830170～35014.3：142.50 720～750 30～190 14.8：1 43.90-161.5 17.2：1 49.81 130 -100理论空燃比(kg/kg)低热值 MJ(kg) -1 45.9辛烷值(RON) 十六烷值100~110 23～3040～601.58～8.225080～9927 0燃烧极限(体积) % 自然温度(常压下)T ℃闪点℃5～156501.5~9.54501.3～7.6390～42060-43 -187其中：辛烷值:指与汽油抗爆性相同的标准燃料所含异辛烷的体积分数.低热值:指1立方米燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量.3 / 51天然气的安全性：1）天然气在压缩（液化）、储运、减压、燃烧过程中,都是在严格密封的状态进行，不易泄漏；2）天然气比空气轻（密度为空气密度的55％），如有泄漏，在高压下很快散失，不易着火；3）天然气的着火点为650～750℃，比汽油高约260℃，4）爆炸极限5～15%，比汽油的1～6%高2.5～4.7倍，与汽油相比不易发生燃烧和爆炸。
4 / 51第一代天然气发动机使用非增压预混合技术。
技术特点:1、文丘里式混合器进气总管混合；2、机械式节气门控制；3、空燃比闭环控制；4、理论空燃比燃烧。
燃气电控系统结构及工作原理
燃气控制系统
燃气温控模块
+
燃气滤清器 热交换器
+
节温器
=
燃气温控模块
1、燃气滤清器、节温器和热交换器功能集成一体； 2、水路、气路内部集成，安全可靠。
燃气控制系统
燃料计量阀（FMV） 混合器
作用：
根据发动机运行工况，ECU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。 结构： 喷嘴：不同机型配臵不同数量的喷嘴。 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，变工况下，喷嘴同时喷射以 加快系统反应速度。注意喷嘴线束一定要插紧。 燃气压力传感器NGP ：测量燃气压力 燃气温度传感器NGT ：测量燃气温度 维护保养： 使用一段时间后，需要清洗，清洗时使用 专门的清洗设备，并且应用诊断软件中清洗功 能。按《潍柴燃气发动机喷嘴清洗规范》操作。
燃气控制系统
减压器
作用：CNG发动机专用部件，将压缩天然 气压力由存储状态调节至8 bar左右。 减压器有一水腔，与发动机水路相连，利 用发动机的冷却液加热。天然气从高压变低 压需要吸热，要保证加热良好。 在寒冷季节，发动机刚启动时水温较低，此 时应怠速运行一段时间后才能加速运行，防 止减压器供热不及时导致结霜或结冰。 平衡管接头：与发动机进气管连接，可以 动态调节减压器出口压力，提高燃气供气系 统的反应速度。平衡管接头需固定，防止漏 气，否则可导致动力不足。 WP5/WP6/WP7NG发动机不安装平衡管； 高压电磁阀，燃气管路上的安全开关，控 制天然气的通断。
作用：通过燃气温度控制流经热交换 器的冷却液，以控制燃气温度，保持出 口燃气在0-40 ℃ 左右。当燃气温度> 60 ℃ 时，将关闭通往热交换器的水路。 性能：燃气温度超过40℃，节温器在 30秒钟内关闭；燃气温度低于10℃，30 秒钟内节温器开启； 注意事项：开启与关闭受燃气温度控 制， 冷却液进口标记：“IN” 出口标记： “OUT” 燃气没有方向要求；冷却液有方向要求， 不能接反。 工作压力： 燃气：10bar；冷却液：3.5bar
潍柴天然气发动机燃气电控系统培训
1230/(1300-1500) 220/300 2200
185
95
WP10NG336E30/40 1050
1350/(1300-1500) 247/300 2200
185
95
WP12NG330E30/40 1050
1350/(1300-1500) 243/330 2200
185
95
WP12NG350E30/40 1100
800
980/(1300-1500) 191/260 2300
185
95
WP10NG260E30/40
900
980/(1300-1500) 191/260 2200
185
95
WP10NG280E30/40
950
1160/(1300-1500) 206/280 2200
185
95
WP10NG300E30/40 1000
第 6页 共 页二、产来自介绍型号1000转扭矩 (N·m)
最大扭矩 (N·m)/rpm
额定功率 额定转速 最低燃气耗 1米噪声 (kW/hp) (r/min) (g/kW·h) dB(A)
WP6NG210E30/40
600
680/(1300-1500) 155/210 2300
185
95
WP6NG240E30/40
天然气发动机结构特点
潍柴天然气发动机是在相应型号潍柴柴油机基础上改制，增加燃气电控 系统而成。目前潍柴LNG发动机采用美国WOODWOOD2.0燃气电控系统。 1、取消了柴油机的燃油系统(高压油泵、喷油器、高压油管等件），增加了燃气 供给系统（气瓶、高压切断阀、减压器、燃气热交换器和节温器、喷射阀等 件）。 2、采用点燃式燃烧方式（气缸盖上的喷油器安装孔改为火花塞安装孔），增加 了点火控制系统（点火控制器、点火线圈、高压线、火花塞）。 3、压缩比比柴油机的小，燃烧室形式（活塞）与柴油机不同。 4、增加了信号发生器，用于判缸和测量发动机转速。 5、增加了混合器和节气门，使燃气和空气在混合器中混合。 6、排气温度高，增压器采用水冷中间壳，进、排气门座采用耐磨、耐高温材 料，采用带隔热材料的排气管。 7、WOODWARD系统单点喷射，稀薄燃烧。
潍柴天然气发动机培训
2、爆震带来的影响： • 长时间的爆震会导致发动机系统损坏 (活塞环、火花塞、活塞、气门座圈等) • 爆震在低速高负荷下最严重。
3、下述情况可导致爆震： – 过多的积炭 (过高的机油灰分) – 机油消耗过大，发动机过浓燃烧 – 燃料浓于设定点 ~5% – 中冷器污染 (过高进气温度) – 增压不能控制或过高 – 点火定时不准 – 燃料品质差 (低辛烷值)
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。
空气控制系统
OH2空气控制系统图
节气门前 压力传感器
中冷器
油门脚踏板
节气门位置反馈
电子节气门 进气温度、 压力传感器
混合器
OH1.2 Engine Controller
二、节气门
• 对于柴油机 燃料 = 功率
• 由于预混的CNG 不能同柴油机同样程度的稀燃，必须通过其他方式限制 发动机动力。
柴油机 稀
汽油机
当量比
浓
CNG
• 节气门为控制空气流动的装置。
天然气稀燃发动机
三、稀燃
正常的空燃比是以当量比来表示的。
1、当量混合:理论上足够的空气燃烧完所有的燃料，燃烧后无氧气和未燃烧燃料残 留。通常空燃比以质量比给出。 用λ表示过量空气系数，当量混合时即λ＝１
1400/(1200-1600) 257/350 2200
195
95
WP12NG380E30 1150
1500/(1200-1600) 280/380 2200
195
95
参数说明： • NG- 天然气的总称包括CNG(压缩天然气)和LNG(液化天然气) • E30-表示达到国Ⅲ排放标准
3、下述情况可导致爆震： – 过多的积炭 (过高的机油灰分) – 机油消耗过大，发动机过浓燃烧 – 燃料浓于设定点 ~5% – 中冷器污染 (过高进气温度) – 增压不能控制或过高 – 点火定时不准 – 燃料品质差 (低辛烷值)
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。
空气控制系统
OH2空气控制系统图
节气门前 压力传感器
中冷器
油门脚踏板
节气门位置反馈
电子节气门 进气温度、 压力传感器
混合器
OH1.2 Engine Controller
二、节气门
• 对于柴油机 燃料 = 功率
• 由于预混的CNG 不能同柴油机同样程度的稀燃，必须通过其他方式限制 发动机动力。
柴油机 稀
汽油机
当量比
浓
CNG
• 节气门为控制空气流动的装置。
天然气稀燃发动机
三、稀燃
正常的空燃比是以当量比来表示的。
1、当量混合:理论上足够的空气燃烧完所有的燃料，燃烧后无氧气和未燃烧燃料残 留。通常空燃比以质量比给出。 用λ表示过量空气系数，当量混合时即λ＝１
1400/(1200-1600) 257/350 2200
195
95
WP12NG380E30 1150
1500/(1200-1600) 280/380 2200
195
95
参数说明： • NG- 天然气的总称包括CNG(压缩天然气)和LNG(液化天然气) • E30-表示达到国Ⅲ排放标准
一、潍柴天然气发动机结构及工作原理(修订)
发动机性能提升的未来展望
研发更高效的燃烧系统
应用先进的控制技术
探索新型材料和工艺
加强与国际先进企业的合 作与交流
Prt Six
潍柴天然气发动机 维护与保养
发动机维护保养的重要性
延长发动机使用 寿命：定期保养 能够及时发现并 解决潜在问题避 免发动机严重损 坏。
提高发动机性能： 保养得当可确保 发动机处于最佳 工作状态提高燃 油效率和动力性 能。
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改进燃油喷射系统：精准控制燃油 喷射提高燃烧效率
轻量化设计：采用新型材料和结构 降低发动机重量
发动机性能改进措施
优化燃烧系统：提 高燃油燃烧效率降 低排放
采用高效涡轮增压 技术：增加进气压 力提高功率和扭矩
改进冷却系统：降 低发动机温度提高 可靠性
智能化控制技术： 实现精准控制提高 燃油经济性
常见故障诊断和排除方法
发动机启动困难：检查点火系统、供油系统和气缸压力是否正常 发动机功率不足：检查空气滤清器、燃油喷射系统、点火系统等是否正常 发动机过热：检查冷却系统是否正常风扇、水泵等部件是否工作正常 发动机异响：检查发动机各部件是否有松动或损坏如气门、活塞等
发动机维修保养的注意事项
定期检查发动机机油、冷却液、油位和空气滤清器确保发动机正常运行。 定期清洁发动机进气系统保持空气滤清器清洁以防止灰尘和杂质进入发动机。 定期检查发动机的皮带和链条确保其张紧度适中如有需要及时更换。 定期检查发动机的排放系统确保其正常工作以减少对环境的污染。
THNKS
汇报人：
船舶动力：潍柴天然气发动机还可作为船舶动力具有高效、可靠、安全 等特点。
天然气发动机的发展趋势
高效低排放：提高天然气发动机的效率和降低排放是未来的重要趋势以满足更严格的 环保要求。
发动机知识-潍柴内部培训资料
BOSCH电控共轨系统曝潍柴内部培训资料● 柴油机喷油技术的发展柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油这两个发展阶段。
而现代电控喷油技术的崛起，则应归功于计算机技术和传感检测技术的迅猛发展。
目前电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。
现代电控喷油技术实现的手段主要有电控泵喷嘴、电控单体泵以及电控共轨系统。
● 电控喷油系统的介绍泵喷嘴（UIS）在泵喷嘴系统中喷油泵和喷油嘴组成一个单元。
每个发动机气缸都在其缸盖上装有这样一个单元，它或者直接通过摇臂或者间接的由发动机凸轮轴通过推杆来驱动。
单体泵（UPS）单体泵系统工作方式跟泵喷嘴相同，它是一种模块式结构的高压喷射系统。
与泵喷嘴系统不同的是，其喷油嘴和油泵用一根较短的喷射油管连接，单体泵系统中每个气缸都设置一个PF单柱塞喷油泵，由发动机的凸轮轴驱动。
共轨系统（CRS）在共轨式蓄压器喷射系统中，ECU通过接收各传感器的信号，借助于喷油器上的电磁阀，让柴油以正确的喷油压力在正确的喷油点喷射出正确的喷油量，保证柴油机最佳的燃烧比、雾化和最佳的点火时间，以及良好的经济性和最少的污染排放。
电控高压共轨和电控单体泵优劣势对比共轨系统的特点柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。
它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。
该技术的主要特点是：1.采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化；2.采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油嘴间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确；3.高速电磁开关阀频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段；4.系统结构移植方便，适应范围宽，不像其它的几种电控喷油系统，对柴油机的结构形式有专门要求；尤其是高压共轨系统，均能与目前的小型、中型及重型柴油机很好匹配。
天然气发动机基本结构及工作原理(1)
2）缸体 气缸体的主要功用是用来安装气缸套。为保证气 缸套在高温燃气的作用下能够正常地工作，必须 具有可靠的冷却条件，有风冷式气缸体和水冷式 气缸体。
气缸
3）气缸套 气缸套是指在缸体内为活塞往复运动作导向而单独制成的零件。
气缸套的主要作用是：与气缸头、活塞形成气体压缩、燃烧和膨胀的空间， 以实现发动机工作循环过程；
• 空气过滤器
空气过滤器通常为纸质的桶状或块状 过滤器。当空气进气压差超过规定值时， 应对空气过滤器进行清吹或更换新空气过 滤器。
涡轮增压器
• 涡轮增压器是利用发动机排出的部分废气能量，通过涡轮
驱动压气机使空气增压的一个装置。主要由压气机（包括 压气机叶轮、压气机涡壳等）、涡轮机（包括涡轮叶轮、 涡轮涡壳等）和中间体三部分组成。中间体内有轴承，以 支撑转子总成（压气机叶轮、涡轮叶轮和轴等），还有密 封、润滑油路和冷却腔等。
连杆组
连杆由小头、杆身和大头三部分组成。连 杆小头与活塞销相连。
连杆通常是由优质钢锻造制成。连杆的大 头端是分体的，并借助于四个合金螺栓、 垫圈和自锁螺母来固定精密型连杆轴承、 轴承盖。轴承盖和连杆体作为一个组件， 整个组件必须一起进行更换；上下瓦是不 可互换的。当拆卸轴承盖时，要确保上下 轴瓦正确安装，即下瓦上有一个径向油槽。
天然气基本知识
天然气在室内空气中的含量达到5%-15%时,一遇明火或高温物体,甚至开关电灯 时所产生的电火花,都可引起门窗紧闭的房 间发生爆炸。
天然气中含有少量的硫化氢气体,国家 有关规范要求,一立方米天然气中硫化氢含 量小于或等于20毫克,它具有臭皮蛋气味,并 且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。
三 发动机结构
• 曲柄连杆机构 • 配气机构 • 燃料系统 • 启动系统 • 点火系统 • 润滑系统 • 冷却系统
气缸
3）气缸套 气缸套是指在缸体内为活塞往复运动作导向而单独制成的零件。
气缸套的主要作用是：与气缸头、活塞形成气体压缩、燃烧和膨胀的空间， 以实现发动机工作循环过程；
• 空气过滤器
空气过滤器通常为纸质的桶状或块状 过滤器。当空气进气压差超过规定值时， 应对空气过滤器进行清吹或更换新空气过 滤器。
涡轮增压器
• 涡轮增压器是利用发动机排出的部分废气能量，通过涡轮
驱动压气机使空气增压的一个装置。主要由压气机（包括 压气机叶轮、压气机涡壳等）、涡轮机（包括涡轮叶轮、 涡轮涡壳等）和中间体三部分组成。中间体内有轴承，以 支撑转子总成（压气机叶轮、涡轮叶轮和轴等），还有密 封、润滑油路和冷却腔等。
连杆组
连杆由小头、杆身和大头三部分组成。连 杆小头与活塞销相连。
连杆通常是由优质钢锻造制成。连杆的大 头端是分体的，并借助于四个合金螺栓、 垫圈和自锁螺母来固定精密型连杆轴承、 轴承盖。轴承盖和连杆体作为一个组件， 整个组件必须一起进行更换；上下瓦是不 可互换的。当拆卸轴承盖时，要确保上下 轴瓦正确安装，即下瓦上有一个径向油槽。
天然气基本知识
天然气在室内空气中的含量达到5%-15%时,一遇明火或高温物体,甚至开关电灯 时所产生的电火花,都可引起门窗紧闭的房 间发生爆炸。
天然气中含有少量的硫化氢气体,国家 有关规范要求,一立方米天然气中硫化氢含 量小于或等于20毫克,它具有臭皮蛋气味,并 且硫化氢气体还是一种强烈的神经性毒物。
三 发动机结构
• 曲柄连杆机构 • 配气机构 • 燃料系统 • 启动系统 • 点火系统 • 润滑系统 • 冷却系统
天然气发动机结构及工作原理
天然气发动机结构特点（燃气供给系统）
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: 燃气需要电磁阀控制燃气的开断
混合器
气瓶
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 处有“OUT”标记。
天然气发动机燃气供给系统（混合器）
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。
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。
天然气发动机结构特点(专用气门及座圈)
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(专用气门密封套)
天然气发动机空气供给系统（增压压力示意图）
发动机排气能量
增压后空气
增压器废气阀
排气能量损失
天然气发动机空气供给系统（废气庞统控制阀）
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
潍柴天然气发动机结构与工作原理
LNG发动机工作原理图
进入诊断页面后，点击Connect。
选择对应的COM端口号。（端口号查 询方法见上页）
点击Connect。
CNG发动机工作原理图
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、进气控制系统 五、尾气处理系统 六、点火控制系统 七、水循环系统
稀燃优点： 经济性好，排放性能好，热负荷小 稀燃注意事项： •需高能长时间点火和小的火花塞间隙； •失火极限<混合气浓度<爆震极限 •高的空气湿度易导致失火
4、燃料喷射闭环控制 氧传感器对排气进行测量反馈给
ECU，控制燃料供给，保持目标空 燃比。
天然气发动机技术特点
潍柴天然气发动机主要采用美国伍德沃德公司OH2.0系统，主要技术特点如下： 1、采用电子脚踏板，改善了发动机的驾驶性能。 2、燃气喷射、点火角度、空燃比、发动机负荷全部采用电控单元ECU控制。ECU根据电子脚 踏板输出的电压信号，确定电子节气门的开度，再根据发动机负荷、发动机转速、进气压力 、燃气压力和温度等参数计算燃气喷射量，确定点火角度。 3、发动机稳定运行时采用闭环控制，使实际空燃比和理论空燃比一致。 4、燃气进气方式为电控单点喷射，供气及时、停气干脆。 5、具有加速加浓功能。 6、采用防喘振技术，发动机大负荷急松脚踏板时，ECU根据减速信号，激活燃料切断功能， 在切断燃料供给的同时，电子节气门保持一定的开度，消除了因节气门关闭而引起增压器喘 震的可能性。 7、增压器带废气控制阀，采用电控放气。 8、具有超速保护功能。 9、电钥匙打开后，如果没有转速信号，燃气管路的电磁阀会自动关闭。 10、具有故障自我诊断功能。
目录
一、天然气的特性 二、天然气发动机的结构特点 三、燃气控制系统 四、进气控制系统 五、尾气处理系统 六、点火控制系统 七、水循环系统
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燃气发动机基础知识（燃料特性）
燃料种类 常态下密度kgm-3
天然气(CH4) 0.75~0.8(气态)
沸点℃
-161.5
理论空燃比(kg/kg)
17.2：1
低热值 M30
十六烷值
0
燃烧极限(体积) %
5～15
自然温度(常压下)T ℃
537
闪点 ℃
-43
LPG 580 -100
≤200 ≤15
二氧化碳yco2，％ 氧气yo2，％
≤3.0 ≤0.5
水露点，℃
在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应 高于-13℃；当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃
注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325 kPa，20℃
水露点：天然气水露点温度指天然气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温 度。
在常压下、温度为-162度的液体天然气，储存于车载绝热气瓶中。液化 天然气燃点高、安全性能强，适于长途运输和储存。
•LPG-Liquefied pertroleum gas 液化石油气：
常温常压下为气态的烃类混合物，比空气重，有较高的辛烷值，具有混 合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点，能够延长发动机使用寿 命，而且一次载气量大、行驶里程长。
潍柴天然气发动机之 发动机结构及工作原理
2012-2-20
燃气发动机基础知识
内燃机是燃料在发动机的内部燃烧，把燃烧产生的热能转变为机械能的动 力机械。气体燃料发动机是燃用CNG（压缩天然气）、LNG（液化天然气）、LPG （液化石油气）等燃料的内燃机。
近年来，特别是随着石油短缺现实压力的加大及全球日益严重的环境污染 问题的日益突出，人们迫切的希望寻找更经济、清洁和安全的燃料代替石油燃料 ，这使得气体燃料进入了一个高速发展的时期。
•第四代天然气发动机使用HPDI缸内喷射技术
技术特点:1、缸内燃气直接喷射； 2、超稀薄燃烧； 3、保持原柴油机动力性水平；4、能够达到欧Ⅴ更高排放要求；5、燃料消耗低。
典型系统：WESTPORT 不足之处：成本较高。
燃气发动机基础知识（与柴油机区别）
潍柴天然气发动机是在相应型号潍柴柴油机基础上改制，采用美国 WOODWOOD OH2.0燃气电控系统。
4、增加了信号发生器，用于判缸和测量发动机转速。 5、增加了混合器和节气门，使燃气和空气在混合器中混合。 6、排气温度高，增压器采用水冷中间壳，进、排气门座采用耐磨、耐高
温材料，采用带隔热材料的排气管。 7、采用WOODWARD单点喷射系统，闭环控制稀薄燃烧。
燃气发动机基础知识（燃烧特点）
1、空气进气量对功率影响大
其中：辛烷值:指与汽油抗爆性相同的标准燃料所含异辛烷的体积分数.
低热值:指1立方米燃气完全燃烧后其烟气被冷却至原始温度,但烟气中 的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量.
燃气发动机基础知识（CNG特性）
项目 高位发热量，MJ/m3
技术指标 ＞31.4 ≈ 7500大卡
总硫（以硫计），mg/m3 硫化氢，mg/m3
• 第二代天然气发动机使用电控预混合技术。 技术特点:1、比例混合器进气总管预混合；2、电子节气门控制；3、空燃比
闭环控制；4、能够实现稀薄燃烧达到Ⅲ、欧Ⅳ排放要求。 典型系统：ECONTROL
不足之处：1、没有喷射阀燃料控制不精确，燃料消耗较高； 2、启动加速性差。
燃气发动机基础知识（发展过程）
1、取消了柴油机的燃油系统(高压油泵、喷油器、高压油管等件），增加 了燃气供给系统（气瓶、滤清器、高压切断阀、减压器、燃气热交换 器和节温器、喷射阀等件）。
2、采用点燃式燃烧方式（气缸盖上的喷油器安装孔改为火花塞安装孔）， 增加了点火控制系统（点火ECU、点火线圈、高压线、火花塞）。
3、为了防止爆震，压缩比比柴油机要小，燃烧室形式（活塞）与柴油机 不同。
• 2、天然气发动机使用稀燃技术 • 足够的空气燃烧完所有的燃料，燃烧后无氧气和未燃烧燃料残留称为
理论（当量）空燃比。通常空燃比是以质量比给出，用过量空气系数 λ表示，混合气中多余了燃料称为浓，多余了空气称为稀。其中柴油 机理论空燃比：14.5，天然气发动机理论空燃比:16-17，汽油机理论 空燃比:14.7。 • 排气中有过量空气称为稀燃，天然气发动机正常工作过量空气系数范 围：1.11< λ<1.54。稀燃需要高能长时间的点火，因为高增压，需 要小的火花间隙。发动机稀燃具有以下优点：经济性好，排放性能好 ，发动机热负荷减小。
燃气发动机基础知识（燃料）
燃气发动机燃料主要有三种：
•CNG-Compressed natural gas 压缩天然气:
主要成分是甲烷，易于完全燃烧，不稀释润滑油，能够延长发动机使用 寿命。比空气轻，泄露后迅速飘散大气中，安全性好。
•LNG-Liquefied natural gas 液化天然气：
更多进气能够得到更大功率，意味着不能一味加大燃料的喷射量来提升 马力。进气压力增加，进气流量增加，从而使得扭矩增加，发动机对进气调 节控制能力决定发动机性能。增压低则功率小，如果增压低，系统中不能通 过增加燃料来提升动力。否则发动机发生爆震，过多燃料导致排放急剧恶化， 燃料经济性变差。
燃气发动机基础知识（燃烧特点）
燃气发动机基础知识（发展过程）
• 第一代天然气发动机使用非增压预混合技术。 技术特点:1、文丘里式混合器进气总管混合；2、机械式节气门控制；3、空
燃比闭环控制；4、理论空燃比燃烧。 典型系统：LANDIRENZO 不足之处：1、燃料控制不精确燃料消耗较高。2、排气温度高。3、容易引
起发动机回火。
燃气发动机基础知识（发展过程）
45.9 100~110
1.5~9.5 450
柴油(C16H34为代表) 830
170～350 14.3：1 42.50 23～30 40～60 1.58～8.2
250 -187
汽油(C8H18为代表) 720～750 30～190 14.8：1 43.90 80～99 27 1.3～7.6 390～420 60
• 第三代天然气发动机使用电控单点喷射技术。 技术特点:1、电控喷射、进气总管预混合；2、电子节气门控制；
3、增压压力闭环控制；4、空燃比闭环控制； 5、能够实现稀薄燃烧达到欧Ⅲ、欧Ⅳ排放要求。
典型系统： WOODWARD OH1.2，OH2.0 不足之处：无法实现更低的燃料消耗。
燃气发动机基础知识（过程）