潍柴天然气发动机结构及工作原理.

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。
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。
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
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
◆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。
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
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
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。
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。
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）
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
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。
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
源自文库高压电磁阀
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：
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
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
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。
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。
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：
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：
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。
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。
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：
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。
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。