EControls天然气发动机培训教材201404

一汽锡柴发动机培训
——EControls天然气电控系统
销售公司
2014年7月
2
天然气产品介绍
1
Econtrols 天然气系统
2
天然气发动机维护保养常识
3
3
天然气产品介绍
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6SF 6SL 6SM 6SN
CA6SF天然气发动机平台介绍：CA6SF系列发动机是为适应国家节能减排而开发的大中
型客车国Ⅴ平台产品 , 采用美国E-controls 公司的燃气系统。

产品特点：燃气系统、点火线圈、火花塞、活塞、活塞环、曲轴、轴
瓦和强力螺栓等关键零部件采用国际一流品牌；
产品采用国际主流电控天然气系统，技术成熟。

适用车型：9-10.5米公交客车;
8.9-10米公路客车以及9-10.5米团体车。

国五产品
型号CA6SF2-17E5N CA6SF2-19E5N CA6SF2-21E5N 总排量（L）7.13
额定功率/转速（kW/r/min）128/ 2300143 / 2300158 / 2300
最大扭矩/转速（Nm/r/min）630/1300~1500690/1300~1500750/1300~1500全负荷最低燃气耗率（g/kW·h）195
噪声dB(A)≤95
技术路线氧化反应器
长×宽×高（mm）1235×760×980
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CA6SL天然气发动机平台介绍：CA6SL系列发动机是为适应国家节能减排而开发的大中
型客车国Ⅴ平台产品 , 采用美国E-controls 公司的燃气系统。

产品特点：燃气系统、点火线圈、火花塞、活塞、活塞环、曲轴、
轴瓦和强力螺栓等关键零部件采用国际一流品牌产品
采用国际主流电控天然气系统，技术成熟
采用梯形框架，增加整机结构刚度，减小振动
适用车型：11-13.7米公交客车;
10.5-12米高等级公路客车以及团体车
型号CA6SL2-22E5N CA6SL2-24E5N CA6SL2-26E5N CA6SL2-29E5N 总排量（L）8.57
额定功率/转速（kW/r/min）160/1900179 / 1900195/2100216/2100
最大扭矩/转速（Nm/r/min）790/1300～1500935/1300～15001035/1300～
15001050/1300～
1500
全负荷最低燃气耗率（g/kW·h）192
噪声dB(A)≤95
技术路线氧化反应器
长×宽×高（mm）1285×820×1160
国五产品
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CA6SM天然气发动机平台介绍：CA6SM系列发动机是为适应国家节能减排而开发的大型
客车国Ⅴ平台产品 , 采用美国E-controls 公司的燃气系统。

产品特点：先进的四气门顶置凸轮轴结构，经济性优；
新型的后端齿轮室和悬浮式气缸盖罩结构，噪音低；
采用国际主流电控天然气系统，技术成熟。

适用车型：12米及以上高等级公路客车。

型号CA6SM2-31E5N CA6SM2-33E5N CA6SM2-35E5N CA6SM2-37E5N 总排量（L）11.05
额定功率/转速（kW/r/min）231/1900246 / 1900261/1900278/1900
最大扭矩/转速（Nm/r/min）1450/1100～
15001500/1100～
1500
1550/1200～
1500
1650/1200～
1500
全负荷最低燃气耗率（g/kW·h）195
噪声dB(A)≤95
技术路线氧化反应器
长×宽×高（mm）1550×833×1171
国五产品
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CA6SN1天然气发动机介绍
CA6SN1系列电控LNG发动机是一汽技术中心和一汽解放无锡柴油机厂联合开发的全新天然气发动机产品，发动机具备动力性强、可靠性好、经济性佳、低碳环保等特点，产品延续了一汽锡柴良好的市场口碑。

7
CA6SN1发动机与CA6DN1基础机结构对比
CA6SN1系列天然气发动机外形（进气侧）
8
CA6SN1系列天然气发动机主要参数
9
9
10
点火线圈
节气门
混合器
爆震传感器
燃料截止阀
双级减压器
电控调压器
机载ECM
10
采用的EControls电控单点喷射系统
采用的EControls电控单点喷射系统
水冷增压器废气控制阀调压阀
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TMAP 传感器
凸轮轴相位传感器
节气门前压力传感器曲轴位置传感器
机油压力传感器
水温传感器
防喘振阀12
采用的EControls电控单点喷射系统
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Econtrols 天然气系统
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燃料供给电控元件故障诊断
输 出 控
制点火线圈
电控调压器
电子节气门
废气旁通控制阀燃料切断阀
中央控制器
凸轮轴位置传感器
曲轴位置传感器节气门前进气压力传感器节气 门后进气压力传感器(MAP\MAT)
大气环境传感器
电子油门踏板
氧传感器水温传感器
LNG发动机控制系统示意图
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爆震传感器
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LNG 气路
天然气由LNG 气罐到发动机前端管管路
燃料供给
天然气的控制 燃气的进气压力和进气量控制
液化天然气简称LNG，是指气态天然气在常压下，经过预处理，脱除重质烃、硫及硫化物、水、二氧化碳等杂质后，冷却至-162℃，使之凝结成液体。

液化
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天然气液化气后可以大大节约储运空间和成本，而且具有热值大、性能高的特点。

LNG
注意：由于LNG需要-
162℃下才能得以保持液态
，随着温度升高，LNG气瓶
会通过泄压阀释放部分天然
气以保证气瓶压力不至于过
高，因此LNG车辆必须停放
在室外。

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LNG天然气气瓶
供应商：张家港富瑞特装、四川空分
设计压力：3.18MPa
工作压力：1.59MPa
设计温度：-196℃
工作温度：-162℃
充装系数：0.9
主体材料：0Cr18Ni9(304)
规格：450L、375L、335L、275L
液化天然气气瓶是作为一种超低温绝热压力容器，设计有双层（外壳和内胆）结构。

内胆用来储存液态的液化天然气（LNG），同时夹套（两层容器之间的空间）抽成高真空，共同形成良好的绝热空间，能保证LNG在超低温的环境下得以储存和使用。

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副安全阀
主安全阀
压力表（气瓶内压力
过流阀
放空阀
燃料截止阀
加液单向阀
液位传感器
缓冲罐出口压力
加液口
放空口
经济阀1
经济阀2
增压截止阀
LNG天然气气瓶
燃料截止阀
气瓶内压力表缓冲罐压力表
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当液化天然气进入汽化器，来自发动机的高温冷却液将其气化并加热，随后供给发动机。

冷却液的流向应与液化天然气的流向一致，汽化器一般水平安装。

汽化器
最大工作压力（液化天然气）：2.2MPa(320psig)
最大热水压力：0.2MPa(29psig) 材料：不锈钢
热水：温度不低于50°C 燃气出口温度：30℃
水浴汽化器
20
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稳定汽化器之后的压力，满足发动机最大用气要求。

为了保证发动机运行正常，怠速稳定，建议此稳压器的压力设定不低于0.65Mpa。

（一般设置为1Mpa）
工作温度：-196℃～+120℃调压范围：0.3～1.2MPa
升压调压阀
升压调压器（稳压器）
低压滤芯器总成（选装）
供应商：派克
工作环境温度范围：-40°C ～
+107°C;
标定流量：1415 l/min @ 7bar;
过滤器初始压降：≤20.7kPa;
容尘量：7oz (207cc's);
过滤效率：0.3μm～0.6μm ≥95%
最大工作压力：35bar;
爆破压力：100bar;
在天然气液化前，必须将原料气中的H2S、CO2、水分、汞及重质烃等脱除，以免CO2、水分、重质烃在低温下冻结而堵塞设备和管道，H2S、有机硫、汞产生腐蚀。

因此LNG比CNG洁净度高，一般不需要装低压滤芯器总成。

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为了给发动机提供连续、压力稳定的天然气，建议在汽化器后加装缓冲罐。

该缓冲罐的存量燃气在低温环境下能进一步加热低温LNG，使其充分汽化，利于发动机冷启动；缓冲罐也能减少发动机工况急剧变
化导致的供气管路压力波动，可以提高发动机供气压力的稳定性。

缓冲罐
缓冲罐
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EControls系列天然气发动机电控系统
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25
燃气控制
点火系统
空气控制
电控组件
电控元件
燃气压力、燃气流量
点火控制、点火正时
空气压力、进气流量
控制器、传感器、执行器
Econtrol系列天然气发动机电控系统
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EControls系列天然气发动机电控系统
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28
节气门
低压电磁切断阀
二级减压器
电控调压器
混合器
燃气控制
压力逐渐降低
低压切断电磁阀
工作原理：由线圈驱动芯阀，由ECM控制其开合，停机状态下处于常闭状态。

作用：及时切断或恢复燃料供给。

安装要求：
1）为有效防止低压电磁阀进气接头与低压电磁阀结合部位漏气，安装该接头时，必须使用螺纹密封胶有效密封。

2）要求安装电控调压器前。

低压切断电磁阀
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A B
7744
二级减压器
二级减压器是一个调节器，其功
能将稳定的压力输送到电控调压器，
便于其进行压力调节。

二级减压器
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31
●作用：
根据发动机工况精确控制天然气喷射量。

ECI 发动机管理系统采用HD EPR 来控制
燃料，以便准确的进行燃料计量，实现最优
的比气耗以及瞬态响应性能。

EPR 可以将燃
料压力调整在-18 英寸~+13 英寸水柱，可以
满足当量燃烧以及稀薄燃烧发动机的性能要
求。

天然气发动机电控系统硬件描述
电控调压器
12345
6
CAN H 14
91地
CAN L 15
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32
32●保养:
HD-EPR和DSR在日常使用中需进行定期的维护保养，由于该级减压器处于低压减压部分，在长期的使用中会在其内部沉积大量的油污和杂质，长时间的油污和杂质会导致减压器内部的密封件和橡胶膜片提前老化和破损，因此该部件的日常维护和保养尤为重要。

车辆行驶2万公里需对内部零部件进行清洗，更换易损件，检查轴销的磨损情况。

使用10万公里需更换膜片及密封件并对压力进行校准。

天然气发动机电控系统硬件描述
混合器
工作原理：大功率发动机管理系统采用空气、
燃料混合器将燃料引入发动机。

该混合器是一
个可变文丘里管，用来调节进入发动机的燃料
和空气的容积比。

安装要求：混合器的规格应确保燃料和空气的
流量足以满足功率的要求，同时又合理控制怠
速流量。

安装混合器时必须使气阀的运动轴保持水平。

保养：每5万公里进行混合器膜片强制更换保
养！
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3434●作用：通过控制节气门的开度来控制进入气
缸内的混合气量，从而达到控制发动机的负荷
的目的。

●保养
（1）每10万公里（根据当地气体清洁度而定）， 从发
动机上拆下节气门，检查节气门内是否有明显的油
污，如果有，则用节气门清洗剂清洗节气门蝶阀部
分，清洗后用干压缩空气吹干
（2）清洗后，用手按压蝶阀，检查蝶阀运动是否卡滞，
若出现卡滞，则需更换电子节气门总成
天然气发动机电控系统硬件描述
节气门
35
35节气门针脚
12345
6
82
20
19
80
48
47
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空气
控制
压缩空气减压器废气门控制阀
防喘振阀
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天然气发动机电控系统硬件描述压缩空气减压器废气门控制阀
整车压缩气
工作原理及作用： 压缩空气减压器主要是由废气门控制阀控制增压器调节器。

气压调整：最大为0.16MPa-0.25Mpa (根据不同机型来进行匹配）。

注：压缩空气减压器（老结构）调节方法：需要先将旋钮向上拔起后再旋转，顺时针旋转压力增大，逆时针旋转压力减小，调节结束之后需要将旋钮压下去，防止发动机工作时旋钮自行转动。

老结构
23.5~25Psig
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38Psig ——磅/平方英寸“一平方英寸面积承受1磅重”(6 894.75729 帕斯卡)所造成的表压。

Psia ——磅/平方英寸，绝对压力。

Psia=psig+14.5
TIPS 关于压力单位的换算
1bar=0.1MPa=100KPa=1.0197 Kg/cm 2
1ATM （标准大气压）=0.101325 MPa =1.0333 bar
1bar ≈14.5psi ; 1 psi=6.895 kPa=0.06895 bar
1mmHg （毫米汞柱）=133.322帕（Pa ）
1mmH 2O （毫米水柱）=9.80665帕（Pa ）
1 kPa=0.145 psi=0.010
2 kg/cm 2 =0.0098 atm
1 psi =6.895 KPa =0.0703 Kg/cm
2 =0.0689 bar =0.068 atm
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●作用：控制增压压力（PWM控制）。

●空气调压器压力：1.6bar（怠速时调整）
天然气发动机电控系统硬件描述废气门控制阀
4040123
4
压力信号12
电源- 19电源+ 20废气旁通压力传感器针脚
A B 8384废气旁通控制器针脚
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增压器
空滤
增压中冷后进歧管
整车储气筒
废气旁通控制阀
增压器旁通阀
压缩空气减
压器
进气压力控制系统
废气旁通控制阀工作原理示意图
42
43
43
防喘振阀的功能是保护增压发动机的涡轮增压器。

防喘振阀进气口安装在中冷器下游和空气燃料混合器上游。

布局见图
天然气发动机电控系统硬件描述防喘振阀
44
44
电控组件
氧传感器
油门踏板
ECM
大气环境传感器
凸轮轴 曲轴
位置传感器机油压力\
冷却液温度传感器进气压力
温度传感器
天然气发动机电控系统硬件描述
ECM中央控制单元
● ECM：接受左侧的十几个
输入信号，通过处理，输
出信号到节气门和点火线
圈，进而控制电子节气门
的燃气流量和点火正时。

可固定在发动机、驾驶室
内或底盘上。

90针
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天然气发动机电控系统硬件描述 ECM中央控制单元针脚
A 75 61 45 31 15 1
B
90 76
60 46
30 16
标签倒置
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46
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●安装要求
（1）安装在涡轮增压机出口下游3－5倍管径
的排气管上；
（2）传感器安装后，线束走向尽量远离发动
机和排气管，并可靠固定；
（3）氧传感器的安装处不能进雨水。

●失效现象
（1）动力不足（降扭保护）；（2）发动机故障灯点亮。

●作用：检测排气中氧分子的浓度，作为空燃比控制的反馈要素，形成闭环控制。

天然气发动机电控系统硬件描述 UEGO氧传感器
123456
462475834518
48
48
氧传感器
环境传感器
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●作用：通过测量进气压力、温度和湿度，来修正空燃比 。

●安装要求
安装在空气滤清器和增压器之间的空气管路上 。

传感器参数：
内置湿度、温度、压力传感器工作环境温度：-40~105℃安装螺栓：2xM6x1
拧紧力矩：最大3.3N·M
天然气发动机电控系统硬件描述 大气环境传感器
50
50
大气环境传感器
C：传感器馈电电压 - ——20 D：传感器馈电电压+5V DC —— 19
A:CAN L ——15 B：CAN H ——14。