玉柴氣體機(jī)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理

ECI系統(tǒng)玉柴氣體發(fā)動機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理介紹2011-04-13密級：廣西玉柴機(jī)器股份有限公司客戶服務(wù)中心技術(shù)科一、基本常識天然氣汽車比汽油汽車更安全

首先與汽油相比，壓縮天然氣本身就是比較安全的燃料。這表現(xiàn)在：

燃點(diǎn)高。天然氣燃點(diǎn)在650℃以上，比汽油燃點(diǎn)（427℃）高出223℃，所以與汽油相比不易點(diǎn)燃。

密度低。與空氣的相對密度為0.48，泄漏氣體很快在空氣中散發(fā)，很難形成遇火燃燒的濃度。辛烷值高?？蛇_(dá)130，比目前最好的97號汽車辛烷值高得多，抗爆性能好。

1爆炸極限窄。僅5~15%，在自然環(huán)境下，形成這一條件十分困難。

釋放過程是一個(gè)吸熱過程。當(dāng)壓縮天然氣從容器或管路中泄出時(shí)，泄孔周圍會迅速形成一個(gè)低溫區(qū)，使天然氣燃燒困難。

其次，壓縮天然氣汽車所用的配件比汽油車要求更高。表現(xiàn)在：

國家頒布有嚴(yán)格的天然氣汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。從加氣站設(shè)計(jì)、儲氣瓶生產(chǎn)、改車部件制造到安裝調(diào)試等，每個(gè)環(huán)節(jié)都形成了嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)上考慮了嚴(yán)密的安全保障措施。對高壓系統(tǒng)使用的零部件，安全系數(shù)均選用1.5~4以上，在減壓調(diào)節(jié)器、儲氣瓶上安裝有安全閥，控制系統(tǒng)中，安裝有緊急斷氣裝置。2第一章玉柴氣體發(fā)動機(jī)工作原理二、專業(yè)術(shù)語縮寫解釋本文氣體發(fā)動機(jī)特指LPG、CNG和LNG發(fā)動機(jī)。LPG-LiquefiedPetroleumGas液化石油氣,主要成分為丙烷和丁烷CNG-CompressedNaturalGas壓縮天然氣，主要成分為甲烷LNG-LiquefiedNaturalGas液化天然氣，主要成分為甲烷，只是在液化過程中去除了石油和雜質(zhì)，純度更高，本質(zhì)上和CNG沒有差別，只是各組分含量有點(diǎn)差別而已。CL-閉環(huán)DBW-電子節(jié)氣門3ECM發(fā)動機(jī)控制模塊ECT發(fā)動機(jī)冷卻液溫度

ETB電子節(jié)氣門EPR電控調(diào)壓器FPP電子油門位置IAT進(jìn)氣空氣溫度IVS怠速確認(rèn)開關(guān)UEGO寬域氧傳感器（適用于稀燃發(fā)動機(jī)）MAP進(jìn)氣歧管絕對壓力PTP節(jié)氣門前進(jìn)壓力MAT進(jìn)氣歧管溫度ECT發(fā)動機(jī)冷卻液溫度4

1.1-1增壓CNG發(fā)動機(jī)工作原理

51.1-2自然吸氣CNG發(fā)動機(jī)工作原理61.1-3增壓LNG發(fā)動機(jī)工作原理71.1-4自然吸氣LNG發(fā)動機(jī)工作原理81.1-5增壓LPG發(fā)動機(jī)工作原理91-2-1CNG發(fā)動機(jī)的工作原理1、從CNG發(fā)動機(jī)工作原理圖可看出，該發(fā)動機(jī)基本原理為：高壓的壓縮天然氣從儲氣鋼瓶出來，經(jīng)高壓濾清器過濾后，到達(dá)高壓電磁閥；天然氣經(jīng)高壓電磁閥進(jìn)入高壓減壓器；高壓減壓器的作用是將高壓的壓縮天然氣（工作壓力200bar-30bar）經(jīng)過減壓加熱將壓力調(diào)整至7bar-9bar；高壓天然氣在減壓過程中由于減壓膨脹，需要吸收大量的熱量，為防止減壓器結(jié)冰，將發(fā)動機(jī)冷卻液引出到減壓器對燃?xì)膺M(jìn)行加熱。經(jīng)減壓后的天然氣進(jìn)入電控調(diào)壓器，電控調(diào)壓器的作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況精確控制天然氣噴射；10天然氣與空氣在混合器內(nèi)充分混合，進(jìn)入發(fā)動機(jī)缸內(nèi)，經(jīng)火花塞點(diǎn)燃進(jìn)行燃燒做功；火花塞的點(diǎn)火時(shí)刻由ECM控制，氧傳感器即時(shí)監(jiān)控燃燒后的尾氣的氧濃度，推算出空燃比，ECM根據(jù)氧傳感器的反饋信號和控制MAP及時(shí)修正天然氣噴射量。2、其他發(fā)動機(jī)（LNG\LPG)的原理和CNG類似，不再贅述。3、CNG氣路實(shí)物連接圖如圖一1112四、增壓壓力的控制

增壓器提供一個(gè)和發(fā)動機(jī)負(fù)荷相應(yīng)的可變的進(jìn)氣增壓壓力,而增壓器的廢氣旁通閥可以通過釋放渦輪處的排氣壓力來減小增壓壓力。這通過一個(gè)膜片推動杠桿來完成。當(dāng)壓力提供給膜片時(shí),杠桿移動去打開廢氣旁通閥。ECI系統(tǒng)利用廢氣旁通控制閥來控制到廢氣旁通閥執(zhí)行器的壓力。

增壓器提供一個(gè)和發(fā)動機(jī)負(fù)荷相應(yīng)的可變的進(jìn)氣增壓壓力,而增壓器的廢氣旁通閥可以通過釋放渦輪處的排氣壓力來減小增壓壓力。這通過一個(gè)膜片推動杠桿來完成。當(dāng)壓力提供給膜片時(shí),杠桿移動去打開廢氣旁通閥。ECI系統(tǒng)利用廢氣旁通控制閥來控制到廢氣旁通閥執(zhí)行器的壓力。134.1增壓壓力控制系統(tǒng)示意圖144.2廢氣旁通控制閥控制系統(tǒng)電控廢氣旁通控制閥實(shí)現(xiàn)可控增壓比，提高發(fā)動機(jī)熱效率，控制扭矩特性曲線，改善汽車駕駛性。15五、負(fù)荷的控制ECM接收到一個(gè)帶有IVS的油門踏板傳來的代表負(fù)載命令的可變電壓信號,它然后將這個(gè)位置命令其轉(zhuǎn)換成一個(gè)負(fù)荷百分比命令。因?yàn)镋CM使用負(fù)載命令,然后計(jì)算出要達(dá)到此負(fù)荷需要的MAP目標(biāo)和TIP目標(biāo)；當(dāng)發(fā)動機(jī)的負(fù)載朝MAP目標(biāo)升高時(shí),電子節(jié)氣門開度和廢氣旁通閥開度不斷調(diào)整使MAP壓力值達(dá)到MAP目標(biāo)。然后電子節(jié)氣門再進(jìn)行調(diào)整，使電子節(jié)氣門前后的壓差達(dá)到目標(biāo)值，在調(diào)整節(jié)氣門的過程中不斷調(diào)整廢氣旁通閥的開度，保持MAP壓力值和目標(biāo)值一致。16六、燃料的控制電控調(diào)壓器(EPR)是通過一個(gè)微處理器控制的高速大馬力電機(jī)驅(qū)動的壓力調(diào)節(jié)器。EPR里的微處理器通過CAN通訊接收到從ECM傳來的燃料壓力指令（EPR燃料出口壓力和混合器入口處的空氣壓力之差），并將EPR內(nèi)的信息傳回給ECM。然后EPR內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動調(diào)壓器內(nèi)膜片來調(diào)整EPR出口壓差值，使這個(gè)壓差滿足ECM指令要求。17第二章玉柴氣體發(fā)動機(jī)系統(tǒng)組成及特性一、系統(tǒng)組成

1、燃料供給系統(tǒng)高壓燃料切斷閥部件高壓減壓器(CNG)

汽化器(LNG)低壓電磁閥部件電控調(diào)壓器部件（EPR閥）混合器部件電子節(jié)氣門182、點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火線圈火花塞3、增壓壓力控制系統(tǒng)廢氣旁通控制閥防喘振閥空氣調(diào)壓器4、傳感器5、電子控制模塊19二、各零部件結(jié)構(gòu)及特性1、燃料供給系統(tǒng)1。1、高壓燃料切斷閥部件工作原理：由線圈驅(qū)動閥芯，由ECM控制其開合，停機(jī)狀態(tài)下處于常閉狀態(tài)作用：及時(shí)切斷或恢復(fù)燃料供給。高壓電磁閥額定工作電壓：24V（直流）；額定工作電流：1.05A；工作環(huán)境溫度：－40～125℃；工作介質(zhì)：CNG；最大工作壓力20Mpa；工作介質(zhì)清潔度要求：濾清器能有效濾除95%以上10μm顆粒。20CNG車使用安裝要求：為有效防止高壓電磁閥進(jìn)氣接頭與高壓電磁閥結(jié)合部位漏氣，安裝該接頭時(shí)，必須使用螺紋密封膠（如樂泰262），并且鎖緊接頭使銅墊略有變形，有效密封。21LPG車使用1.2、高壓減壓器(BRC)高壓減壓器工作原理：工作原理：通過壓力膜片克服彈簧阻力，帶動杠桿，調(diào)整節(jié)流孔的流通面積，從而控制減壓后的天然氣壓力。作用：通過節(jié)流和加熱，使高壓的壓縮天然氣減壓至7bar-9bar的低壓天然氣；減壓器帶有一個(gè)車載燃料溫度傳感器，當(dāng)燃料溫度下降到低于容許限度時(shí)，用于限制發(fā)動機(jī)功率以保護(hù)下游燃料系統(tǒng)部件。22安裝要求：1）減壓器進(jìn)氣接頭螺紋部分必須使用螺紋密封膠，并且使用銅墊進(jìn)行密封；2）減壓器出氣接頭使用O形圈進(jìn)行密封，出氣接頭與低壓電磁閥、低壓電磁閥與電磁閥出氣接頭采用錐螺紋連接，安裝時(shí)必須使用螺紋密封膠；3）高壓減壓器通過兩根水管與發(fā)動機(jī)的冷卻水循環(huán)水路連通，安裝水管時(shí)請鎖緊環(huán)箍，以免漏水；4）高壓減壓器必須通過一根壓力反饋管與進(jìn)氣管連接，目的是為了根據(jù)工況控制調(diào)壓器出口壓力。5）減壓調(diào)節(jié)器應(yīng)安裝在靠近發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管和振動較小的位置，但不應(yīng)直接安裝在發(fā)動機(jī)上。所以減壓調(diào)節(jié)器必須安裝在汽車（底盤）大梁上。設(shè)計(jì)減壓調(diào)節(jié)器支架時(shí)，應(yīng)注意減壓調(diào)節(jié)器的安裝位置不能高于發(fā)動機(jī)散熱器頂部。否則會導(dǎo)致加熱水不能流經(jīng)減壓器，導(dǎo)致減壓器結(jié)冰凍裂。2324252010-05-2726高壓減壓器（Metatron，帶高壓電磁閥）安裝要求Metatron高壓減壓器安裝時(shí)，電磁閥最好朝上豎直安裝，允許偏離豎直方向-15°~+15°（如圖3）；在原來支架上鉆安裝孔時(shí)，請盡量靠下安裝，因?yàn)镸etatron高壓減壓器比BRC高壓減壓器重很多，靠下安裝可靠性更高。如果原來支架上寬度不夠，請自行設(shè)計(jì)一個(gè)過渡板（搭個(gè)比方，過渡板上面搞四個(gè)孔，兩個(gè)裝支架，另外兩個(gè)裝減壓器，或者是過渡板直接焊死在支架上，減壓器和過渡板螺栓上緊）。零件結(jié)構(gòu)1-過濾器在CNG氣瓶的CNG進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)器前，通過高濾清器過濾；2-截止閥截止閥確保線圈沒有通電時(shí)的高壓密閉性（即：當(dāng)發(fā)動機(jī)停止或者嚴(yán)重故障時(shí)）；3-噴管

CNG通過疊合的噴管中流過，間隙由活塞的位置決定；4-氣缸-活塞-彈簧組合件

根據(jù)基于發(fā)動機(jī)和噴嘴要求的工廠預(yù)設(shè)值，控制出口壓力，它非常高效而且沒有承壓變形的部件（比如彈性隔膜或膜片）。從而保證免維護(hù)和壽命周期。此外，這套組合件工作極其平穩(wěn)沒有任何噪音產(chǎn)生。275-動態(tài)密封

專門設(shè)計(jì)的動態(tài)密封裝置實(shí)現(xiàn)低壓狀態(tài)下壓力調(diào)節(jié)器的密閉性。確保無滲漏、低摩擦。這是保證耐久性的關(guān)鍵因素。此外，工廠提供的永久潤滑使活塞完美滑動，即使在發(fā)動機(jī)處于瞬變工作條件下，確保精確及時(shí)的輸出壓力控制。6-泄壓閥

如果壓力調(diào)節(jié)器故障，當(dāng)調(diào)節(jié)壓力超過20BAR時(shí)，泄壓閥打開，因此防止對下游零部件（即：噴嘴和管路）造成損壞。當(dāng)壓力回到安全值后，泄壓閥會自動關(guān)閉。28工作原理29303132特性參數(shù)33重量(Kg)2.6最大尺寸高*長*寬(mm)160*166*90過濾有效性（氣體）93%at0.01MICRON泄壓閥：開啟壓力21±3（bar）截止閥12or24VDC（22Wmax）測試壓力（bar）300工作壓力（bar）15-220壓縮天然氣最大流量(KG/H)標(biāo)準(zhǔn)版本45壓縮天然氣最大流量(KG/H)高流量版本60出口壓力（bar）3.5-9.5工作溫度范圍（℃）-40--120持續(xù)工作溫度范圍（℃）-30-1001.3、低壓電磁閥部件工作原理：由線圈驅(qū)動閥芯，由ECM控制其開合，停機(jī)狀態(tài)下處于常閉狀態(tài)。作用：及時(shí)切斷或恢復(fù)燃料供給；切斷時(shí)盡可能將下游獲得的燃料量減到最少。安裝要求：為有效防止高壓電磁閥進(jìn)氣接頭與高壓電磁閥結(jié)合部位漏氣，安裝該接頭時(shí)，必須使用螺紋密封膠（如樂泰262）有效密封。要求盡可能靠近電控調(diào)壓器安裝。341.4、汽化器汽化器主要作用：汽化器是將液態(tài)的天然氣經(jīng)過加熱，汽化成氣態(tài)的天然氣。汽化器必須安裝在汽車（底盤）大梁上，布置汽化器時(shí)，應(yīng)盡可能靠近發(fā)動機(jī)，以減少低壓管路流程阻力。汽化器使用發(fā)動機(jī)冷卻水來加熱LNG，設(shè)計(jì)汽化器支架時(shí)，應(yīng)注意汽化器的安裝位置不能高于發(fā)動機(jī)散熱器頂部。否則會導(dǎo)致加熱水不能流經(jīng)汽化器，導(dǎo)致汽化器結(jié)冰凍裂。35汽化器的選擇原則，如下表：361.5、穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器的主要作用在于：當(dāng)氣瓶內(nèi)液體溫度升高，氣瓶最高可能超過16bar，而玉柴發(fā)動機(jī)最高使用壓力為13.8bar，超過該壓力可能導(dǎo)致電控調(diào)壓器失效、發(fā)動機(jī)無法啟動、游車、催化器燒結(jié)等故障；在汽化器和低壓電磁閥之間安裝一個(gè)穩(wěn)壓器，通過穩(wěn)壓器減壓作用，使壓力降低至穩(wěn)壓器設(shè)定壓力，以保證進(jìn)入發(fā)動機(jī)的天然氣壓力符合發(fā)動機(jī)要求；穩(wěn)壓器出口必須安裝一個(gè)壓力表，以監(jiān)測穩(wěn)壓器出口壓力；穩(wěn)壓器需安裝牢固，并有減振措施。371.6、電控調(diào)壓器部件（EPR閥）工作原理：該零件內(nèi)部有一控制芯片，該控制芯片接受來自ECM的控制指令，通過高速電磁閥控制天然氣氣量，從而實(shí)時(shí)有效控制空燃比。作用：控制天然氣噴射量安裝要求：由于該零件內(nèi)部有控制芯片，應(yīng)避免高頻振動。該零件自帶減震軟墊，切勿自行拆卸。電控調(diào)壓器出氣口中心水平高度不能低于混合器進(jìn)氣口中心高度，電控調(diào)壓器天然氣出氣口離混合器天然氣進(jìn)氣口距離要求控制在500mm以內(nèi)。目的是為了讓天然氣中的雜質(zhì)流到混合器中隨空氣進(jìn)入缸內(nèi)燃燒掉，保持EPR閥內(nèi)清潔，并且保持天然氣供給響應(yīng)速度快。38電控調(diào)壓器是一個(gè)電子控制的壓力調(diào)節(jié)器，在它的內(nèi)部有一個(gè)由微處理器控制的大馬力的高速電機(jī)，微處理器通過CAN和ECM連接傳輸信息。EPR有兩個(gè)功能：一是將天然氣的壓力降低；二是精確控制EPR出口的燃料流量。EPR內(nèi)有一個(gè)壓力傳感器，用來測量EPR燃料出口和混合器入口處空氣的壓差。并將EPR內(nèi)的信息傳回給ECM。然后EPR內(nèi)的電機(jī)驅(qū)動調(diào)壓器內(nèi)膜片來調(diào)整EPR出口壓差值，使這個(gè)壓差滿足ECM指令要求。39401.7、混合器部件工作原理及作用：將天然氣和中冷后的空氣充分混合，使燃燒更充分、柔和。有效降低NOx排放和排氣溫度。混合器是一個(gè)可變文丘里管，用來調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃料與空氣的容積比?；旌掀鞯囊?guī)格應(yīng)確保燃料和空氣的流量足以滿足功率要求，同時(shí)又能合理控制怠速流量?；旌掀鲀?nèi)部是兩個(gè)位置相反的氣閥，用來控制流量范圍內(nèi)的燃空比。這兩個(gè)氣閥沿著軸向移動。當(dāng)發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)氣流量增大時(shí)，氣閥沿著圖中所示方向即向外移動。當(dāng)發(fā)動機(jī)空氣進(jìn)氣流量減小時(shí)，氣閥將沿著相反方向（向內(nèi)）移動。當(dāng)向內(nèi)移動時(shí)，氣閥的運(yùn)動通過一對螺旋彈簧來平衡。因此，在安裝混合器時(shí)必須使氣閥的運(yùn)動軸保持水平。41安裝要求：調(diào)壓器出氣管安裝在混合器天然氣入口處，安裝時(shí)錐螺紋部分必須使用螺紋密封膠以防止漏氣。將混合器墊片I、混合器墊片II安裝在混合器接管I、混合器接管II與混合器的結(jié)合面，注意擰緊螺栓以防止漏氣。421.8、電子節(jié)氣門工作原理及作用：通過控制蝶閥的開度，控制進(jìn)入缸內(nèi)的混和氣的量，從而控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。駕駛者通過油門踏板，將動力需求傳送給ECM，ECM接收到油門踏板信號后，根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況控制電子節(jié)氣門開度。通過控制蝶閥開度，控制怠速轉(zhuǎn)速和調(diào)速特性曲線。安裝要求：安裝電子節(jié)氣門時(shí)，驅(qū)動電機(jī)軸線必須保持水平方向。432、點(diǎn)火系統(tǒng)442.1點(diǎn)火線圈作用：接收來自ECM點(diǎn)火指令，產(chǎn)生高電壓并將高電壓傳遞給火花塞，產(chǎn)生火花，點(diǎn)燃天然氣。點(diǎn)火線圈能根據(jù)ECM指令控制點(diǎn)火時(shí)刻，使發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)低排放、低氣耗安裝要求：安裝時(shí)擰緊點(diǎn)火線圈安裝螺栓，以保證點(diǎn)火線圈膠套內(nèi)彈簧與火花塞頭部緊密接觸。由于高壓電源會在接觸表面產(chǎn)生電弧，彈簧與火花塞頭部接觸的部位易受熱氧化，導(dǎo)致接觸部位電阻過大，分壓作用過大導(dǎo)致火花塞點(diǎn)火能量降低，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致失火。所以安裝火花塞和點(diǎn)火線圈時(shí)，必須在火花塞頭部與點(diǎn)火線圈彈簧結(jié)合部位涂抹導(dǎo)電膏。在膠套與火花塞接觸的陶瓷部位應(yīng)該涂抹絕緣潤滑油脂，以防止因膠套老化導(dǎo)致火花塞與缸蓋之間漏電。452.2火花塞作用：接收來自點(diǎn)火線圈的高電壓，產(chǎn)生火花，點(diǎn)燃天然氣?；鸹ㄈ狞c(diǎn)火電壓可達(dá)到40kV或更高。隨著時(shí)間的推移，火花塞會逐漸腐蝕而且電極間隙擴(kuò)大，火花塞跳火需要的能量將增大，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)失火現(xiàn)象。火花塞間隙的要求：天然氣發(fā)動機(jī)NGK鉑金火花塞（PFR7B-D）電極間隙:0.33±0.05mm天然氣發(fā)動機(jī)NGK銥金火花塞（IFR7F-4D）電極間隙:0.4±0.05mmLPG發(fā)動機(jī)NGK銥金火花塞（BKR6EIX）電極間隙：0.45±0.05mm安裝要求：安裝時(shí)擰緊點(diǎn)火花塞，擰緊力矩：30N.m。擰緊火花塞必須使用專用火花塞套筒。由于高壓電源會在接觸表面產(chǎn)生電弧，彈簧與火花塞頭部接觸的部位受熱氧化，導(dǎo)致接觸部位電阻過大，分壓作用過大導(dǎo)致火花塞點(diǎn)火能量降低，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致失火。所以安裝火花塞和點(diǎn)火線圈時(shí)，