燃气电控系统结构及工作原理.
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潍柴天然气发动机 2.0系统结构及工作原理
潍柴西港新能源动力有限公司
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
天然气的特性
天然气成分以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的乙烷、丙烷和丁烷 等烃类 气体，氮、二氧化碳、硫化氢等非烃类气体。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。 天然气在我国分布很广，根据开采和形成的方式不同，可分为以下几种： 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。
650
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）天然气的自燃温度为650℃，比汽 油高。 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： 天然气：5% 柴油：1.58％， 汽油：1.3％。
混合器、节气门 高 增压器、排气管、进排气门座等优化 催化转化器 目前为美国伍德沃德系统（WOODWARD）
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、空燃比精确控制，空气进气量决 2、采用稀燃技术。
定燃气量 进气调节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； •排放恶化； •经济性变差 3、抗爆性能 爆震是一种不正常的燃烧。长时 间爆震会导致发动机系统损坏 ，动 力性、经济性将急剧恶化，爆震主 要因素包括： 机油消耗过大，或过多积炭； 燃料过浓或品质差 ； 进气温度过高； 增压压力过高； 点火定时不准。
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。如果LNG车辆预计停放7 天以上，建议停车前罐内残液量 小于1/2，运行前需重新加满液， 防止燃气成分变化大，导致发动 机燃烧异常，带来损坏。
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
天然气的特性
天然气、柴油、汽油比较
安全性
汽油 ≥4 30～190 14.8：1 80～99 1.3～ 7.6 390～ 420
燃料种类 蒸气密度/ （kg/m3） 沸点℃
天然气 0.750.8 -162
柴油 3.4 170～350 14.3：1 23～30 1.58～ 8.2 250
理论空燃 17.2： 比(kg/kg) 1 辛烷值性( 抗爆性) 燃烧极限( 体积) % 自燃温度( 常压下)T ℃ 130 5～15
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。
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。
天然气发动机与柴油机的区别
天然气发动机
燃料供给系统
柴油机 燃油供给 （高压油泵、高压油管、喷油器等） 压燃
燃气供给系统 （电磁切断阀、稳压器、燃料计量阀等） 点燃 （点火模块、点火线圈、高压线、火花塞等） 12
点火方式
压缩比
17
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
信号发生器（相位传感器）
Biblioteka Baidu
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小，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。
天然气的特性
作为车载能源，天然气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。
2）LNG:液化天然气 天然气在常温下不能通过加压液化，必 须将温度降到-80℃以下才能在一定压力下 液化。 通常条件下，1个体积的LNG（液态）将产 生600个体积的气体（标准状态）。 LNG燃点高，安全性能好，适于长途运输 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。
车用LNG气瓶及管路系统
二级安全阀 压力表阀 液位变送器 过流阀 出液截止阀 一级安全阀 放空阀 进液单向阀 抽真空阀 经济调节阀 增压开启阀 增压调节阀
LNG燃料系统工作流程
汽化器
燃烧 特点
天然气理论空燃比:16-17，混合中的天然 气浓度小于理论空燃比。 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。
潍柴西港新能源动力有限公司
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
天然气的特性
天然气成分以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的乙烷、丙烷和丁烷 等烃类 气体，氮、二氧化碳、硫化氢等非烃类气体。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。 天然气在我国分布很广，根据开采和形成的方式不同，可分为以下几种： 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。
650
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）天然气的自燃温度为650℃，比汽 油高。 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： 天然气：5% 柴油：1.58％， 汽油：1.3％。
混合器、节气门 高 增压器、排气管、进排气门座等优化 催化转化器 目前为美国伍德沃德系统（WOODWARD）
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、空燃比精确控制，空气进气量决 2、采用稀燃技术。
定燃气量 进气调节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； •排放恶化； •经济性变差 3、抗爆性能 爆震是一种不正常的燃烧。长时 间爆震会导致发动机系统损坏 ，动 力性、经济性将急剧恶化，爆震主 要因素包括： 机油消耗过大，或过多积炭； 燃料过浓或品质差 ； 进气温度过高； 增压压力过高； 点火定时不准。
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。如果LNG车辆预计停放7 天以上，建议停车前罐内残液量 小于1/2，运行前需重新加满液， 防止燃气成分变化大，导致发动 机燃烧异常，带来损坏。
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
天然气的特性
天然气、柴油、汽油比较
安全性
汽油 ≥4 30～190 14.8：1 80～99 1.3～ 7.6 390～ 420
燃料种类 蒸气密度/ （kg/m3） 沸点℃
天然气 0.750.8 -162
柴油 3.4 170～350 14.3：1 23～30 1.58～ 8.2 250
理论空燃 17.2： 比(kg/kg) 1 辛烷值性( 抗爆性) 燃烧极限( 体积) % 自燃温度( 常压下)T ℃ 130 5～15
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。
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。
天然气发动机与柴油机的区别
天然气发动机
燃料供给系统
柴油机 燃油供给 （高压油泵、高压油管、喷油器等） 压燃
燃气供给系统 （电磁切断阀、稳压器、燃料计量阀等） 点燃 （点火模块、点火线圈、高压线、火花塞等） 12
点火方式
压缩比
17
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
信号发生器（相位传感器）
Biblioteka Baidu
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小，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。
天然气的特性
作为车载能源，天然气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。
2）LNG:液化天然气 天然气在常温下不能通过加压液化，必 须将温度降到-80℃以下才能在一定压力下 液化。 通常条件下，1个体积的LNG（液态）将产 生600个体积的气体（标准状态）。 LNG燃点高，安全性能好，适于长途运输 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。
车用LNG气瓶及管路系统
二级安全阀 压力表阀 液位变送器 过流阀 出液截止阀 一级安全阀 放空阀 进液单向阀 抽真空阀 经济调节阀 增压开启阀 增压调节阀
LNG燃料系统工作流程
汽化器
燃烧 特点
天然气理论空燃比:16-17，混合中的天然 气浓度小于理论空燃比。 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。