潍柴天然气发动机结构及工作原理

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燃烧速度:是火焰在可燃气体混合物中的传递速度。燃烧速度也称为点燃速度或 火焰传播速度。天然气的燃烧速度比较低,其最高燃烧速度只有0.3m/s。因此天 然气燃烧后排温高,需对排气系统部件进行强化。
安全性
天然气的特性
天然气、柴油、汽油比较
1)天然气在压缩(液化)、储运、减压、 燃烧过程中, 在严格密封的状态进行,不 易泄漏; 2)天然气密度在426-470kg/m3之间,比 空气轻,易挥发,不易聚集,安全性能好。 如有泄漏,很快散失,不易着火; 3)可然气的着火温度为650℃,比汽油高 约260℃。 4)天然气燃烧范围比较窄,在5%~15% 之间,天然气的燃烧下限明显高于其他燃 料:
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、空气控制系统 五、点火控制系统
天然气发动机与柴油机的区别
燃料供给系统
天然气发动机
柴油机
燃气供给系统
燃油供给
(电磁切断阀、稳压器、燃料计量阀等) (高压油泵、高压油管、喷油器等)
点火方式
点燃 (点火模块、点火线圈、高压线、火花塞等)
ECU标定数据中包含了失火极 限以防止最初的失火。
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。
2、天然气发动机使用稀燃技术
天然气发动机理论空燃比:16-17 稀燃优点: 经济性好,排放性能好,热负荷小 稀燃注意事项: •需要高能长时间的点火和小的火 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、燃料闭环控制,不易失火
氧传感器对排气进行测量,反 馈给ECU,控制燃料以保持目标 空燃比。
2)LNG: 液化天然气
在常压下、温度为-162度的天然气变为液态。
通常条件下,1个体积的LNG将产生600个体积的 气体。因此,LNG适用于长途运输和储贮。
LNG接触到皮肤时,可造成与烧伤类似的灼伤。 从LNG中漏出的气体也非常冷,并且能导致灼伤。
LNG储存特性
隔热保冷:保持真空; 分层:长时间停放时,隔几天启 动车辆。
更多进气 = 更大功率
对进气调节控制能力决定发动机性 能
增压低,系统中不能通过增加燃料 来提升动力,否则
•爆震;
•排放急剧恶化
•经济性变差
燃烧
特点
3、抗爆性能好
爆震是一种不正常的燃烧。长时 间的爆震会导致发动机系统损坏 , 发动机动力性、经济性将急剧恶化, 爆震主要因素包括: z压缩比过大; z机油消耗过大,或过多积炭; z燃料过浓或品质差 ; z进气温度过高; z增压压力过高; z点火定时不准
天然气:90bar 冷却液:4bar
节温器
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,冷却液进口处有“IN”标记, 出口处有“OUT”标记,不能接反。 工作压力:
供给,燃气管路上的安全保护开关。 安装要求: •电磁阀使用24V直流电源,安装时请注 意电源正负极连接正确。 •保证电磁阀上所标明的气流方向与实 际气流方向一致。 (进气口-IN,出气 口-OUT) •电磁阀连接牢固,无漏气。
作用:
LNG发动机专用部件,将气瓶输送来的燃 气压力调节为控制系统需要的喷射压力。 安装要求: • 稳压器上安装时与实际气流方向一致 (进气口-IN,出气口-OUT); •怠速时调整出口压力为8bar左右; •平衡管接头,通过气管与发动机进气管 连接,可以动态调节出口压力,提高燃 气供气系统的反应速度。WP5/6/7平衡管 接头可不接。 •二级保养时更换稳压器维修包
压燃
压缩比
相位转速信号 采集 燃料空气混合
排温
国IV后处理装 置 电控系统
12 信号发生器(相位传感器)
混合器、节气门 高
增压器、排气管、进排气门座等优化 三元催化器
目前为美国伍德沃德系统
17 油泵及飞轮
无 低 SCR后处理系统 国Ⅲ以上发动机采用BOSCH
天然气发动机的燃烧特点
1、空气进气量对发动机功率影响大
电子脚踏板
空气控制系统
作用:
脚踏板采用非接触式传感器, 输出0~5V的电压信号,ECU根据脚 踏板的信号来控制电子节气门的开 度。
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、空气控制系统 五、点火控制系统
空气控制系统图
空气控制系统
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
新鲜空气 空气、燃气混合 排气
E发ng动ine机
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: z例行检查时排污。 z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。
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专门的清洗功能。 按《潍柴燃气发动机喷嘴清洗规范》操作。
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。 维护保养: 喉管和十字叉小孔定期拆卸清洗 或用化油器清洗剂冲洗。
燃气:10bar 冷却液:3.5bar
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,电控单元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:FMV 配置8 /10/12个喷嘴,根据需要配 置不同的机型。分成2 组平行布置,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, 在某些变工况下,喷嘴同时喷射以加快系统反应速 度。喷嘴工作电压16V-32V,峰值电流是4A,维持 电流是1A;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,反馈给 ECU 燃气温度传感器NGT :测量燃气温度,反馈给 ECU。 维护保养:
提供给ECU燃气温 度和压力信息
气瓶及管路部件 切断阀
燃气控制系统
压力 管理
传感 器
Biblioteka Baidu
燃气供给系 统作用
清洁
温度 控制
安全 管理
过滤燃气中的杂质
有效给燃气加热并控制 燃气温度在合理范围内
电磁阀控制 燃气的开断
混合器
热交换器
节温器
稳压器
燃气滤清器
FMV燃料计量阀
LNG电磁阀
燃气控制系统
LNG稳压器
作用: LNG发动机专用部件,切断或恢复燃料
250

≥4 30~190 14.8:1
80~99 1.3~
7.6 390~
420
天然气的特性
作为车载能源,主要有以下两种贮存形态:
1)CNG:压缩天然气 气瓶内充满气时一般为20Mpa(即200bar)。 存储压力很高。 天然气因生产区域不同,成分可能不同,若 差别较大,需根据CNG气质成分表调整ECU数据。
电源和接地
通信
ECUL输出两个5 V 电源给传感器供电, 两电源相互独立。
注意:如果5v电源 短路,会导致许多 系统错误。 ECU输出一专门接 地给传感器。
RS485 SAEJ1979
程序
程序保持在可 在ECU长时间断 电情况下保存;
ECU可TOOLKIT 重复多次刷写
气罐压力Æ混合 器前极低压力
潍柴天然气发动机2.0系统结构及工作原理
单位:潍柴西港新能源动力有限公司 时间:2013年8月
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、空气控制系统 五、点火控制系统
天然气的特性
天然气成分主要以甲烷(CH4)为主,同时含有少量的丙烷(C3H8)和丁烷 (C4H10)等烃类气体,氮、二氧化碳、硫化氢非烃类气体。各个地方天然气的 形成过程不尽相同,所以成分也不完全一样。
柴油:1.58%, 汽油:1.3%。
燃料种类 天然气 柴油
汽油
蒸气密度/ 0.75(kg/m3) 0.8
3.4
沸点℃ -162 170~350
理论空燃 17.2: 比(kg/kg) 1
14.3:1
辛烷值 (RON)
130
23~30
燃烧极限( 体积) %
5~15
1.58~ 8.2
自然温度(
常压下)T 650
增压器
空Air气 F滤ilt清er器
废气控制阀
氧传感器
空气控制系统
负荷控制 :ECU电控单元主要采集电子脚踏板信号,指挥电子节气门动作, 控制发动机输出功率,实现整车负荷对发动机的需求。
z脚踏板和节气门之间不使用机械部件连接; z脚踏板踩下时,ECU接受踏板位置信号,并计算转换发出节气门开度 命令信号,节气门接受开度命令信号,并将实际开度反馈给ECU; z对稀燃而言,信号的传递非常关键。
天然气在我国分布很广,根据开采和形成的方式不同,天然气可分为5种: ①纯天然气:从地下开采出来的气田气为纯天然气; ②石油伴生气:伴随石油开采一块出来的气体称为石油伴生气; ③矿井瓦斯:开采煤炭时采集的矿井气; ④煤层气:从井下煤层抽出的矿井气; ⑤凝析气田气:含石油轻质馏分的气体。
高纯度的天然气是无色、无味、无毒、无腐蚀性、易燃、易爆的气体。为防 止泄露时易于觉察,在天然气中添加了加臭剂。
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、空气控制系统 五、点火控制系统
ECU电控单元
ECU 电控单元是计算机管理中心,它以信号(数 据)采集为输入,经过计算处理、分析判断、决定 对策,然后发出控制指令、指挥执行器工作作为输 出,同时给传感器提供稳压电源或参考电压。
◆平衡管接头需固定,防止漏气,否则可导致 动力不足。WP5NG/WP6NG/WP7NG系列发动机不 需安装平衡管; ◆出气口方向不能向上,底部不能向上,防止 燃气中的油污倒流。 ◆保证加热良好。特别在寒冷季节,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,防止发动机大负荷工作需要的 燃料流量大,需要吸收的热量多,供热不及时 导致减压器结霜或结冰。
燃气控制系统
减压器
zCNG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。
z天然气从高压变低压的需要吸收大量的 热量,有一水腔,与发动机水路相连,利 用发动机的冷却液加热。
z平衡管接头,与发动机进气管连接,可 以动态调节出口压力,提高燃气供气系统 的反应速度。
z电磁阀,燃气管路上的安全开关,控制 天然气的通断。
平衡管接头 减压器出气口 减压器泄压口
减压器出水管 减压器进水管
高压电磁阀
减压器进气口
燃气控制系统
热交换器
作用:利用发动机的冷却液给天然气进 一步加热,防止进入燃料计量阀前的燃气 结晶。 结构:热交换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:在冷却水温度高于0度的时,热交 换器能保证燃气温度始终高于-40 ℃。冷 却水温高于82C时燃气温度高于0 ℃ 。 相关参数: •天然气入口温度:-115℃-120℃ •天然气出口温度:-40℃-120℃ •可承受压力:
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