潍柴天然气发动机之发动机结构及工作原理

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潍柴天然气发动机之发动机结构及工作原理





燃气供给系统的作用:

压力管理:  气罐压力à混合器前极低压力
温度控制: 极低温度的燃气将冻结管路和部件，系统件。有效加热并控制燃气温度在合理范围内
传感器: 提供稀燃燃烧需要的燃气温度信息，精确控制喷嘴喷射量.
安全性: 燃气需要电磁阀控制燃气的开断

滤清器：
作用：过滤燃气中0.3μm～ 0.6μm的微粒，过滤效率≥95%。

安装要求：放水口朝下，按箭头所指的气流方向安装， 切记不能装反。

电磁阀：
电磁切断阀是由线圈驱动阀芯，由ECM控制其开合，停机状态下处于常闭状态。可及时切断或恢复燃料供给。
安装要求：
电磁切断阀安装于LNG气罐稳压罐与稳压器之间，是发动机管路与气瓶管路的连接节点。
•  电磁切断阀使用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。
•  切断阀接头螺纹为3/4-16 UNF ,整车厂需定制与之安装管件，并保证连接牢固，无漏气。

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稳压器：
由于LNG特性限制，一般在超压情况下首先打开主安全阀开启压力为1.75Mpa，253psi，副安全阀开启压力为2.41Mpa，350psi，气瓶压力一般都不超过1.75Mpa。根据喷射阀要求，理论可工作燃气压力为0.5-1.72Mpa，超出该压力范围可能导致喷射阀失效、发动机无法启动等故障，所以潍柴要求在滤清器和热交换器之间安装稳压器。
减压器：
减压器工作时，通过压力膜片克服弹簧阻力，带动杠杆，调整节流孔的流通面积，从而控制减压后的天然气压力，将压缩天然气压力由存储状态的5MPa-20MPa 调节至0.8MPa 左右。
•  冷却液加热
•  平衡管接头

热交换器：
热交换器的作用： 天然气从液态变为气态导致燃气温度大幅降低，通过发动机的冷却液给天然气进一步加热，可防止进入燃料计量阀前的燃气结晶，以免影响燃料计量阀性能。

结构：换热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：在冷却水温高于0度的发动机所有工况，热交换器能保证燃气始终高于-40 ℃。冷却水温高于82C时燃气温度高于0度。

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，冷却液的进口与出口不能接反，进口处有“IN”标记，出口处有“OUT”标记。

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FMV：
天然气流经热交换器和节温器后被加热到合适的温度范围，然后进入燃料计量阀。燃气依次流NGP 传感器和NGT 传感器，然后通过喷嘴进行流量控制，最后从出口流出。
FMV 配置8 /10/12个喷嘴，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。
根据发动机运行工况，电控单元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。
•  喷射阀喷嘴的数目随发动机的机型不同而不同。目前，WP6NG和WP7NG系列发动机为8喷嘴，WP10NG系列发动机为10喷嘴，WP12NG系列发动机为12喷嘴。燃料计量阀工作电压16V-32V，每个喷射阀的峰值电流是4A，维持电流是1A；工作环境温度：-40℃～125℃；燃气温度：-40℃～90℃。
安装要求：
•  FMV的安装位置要合理可靠，连接到FMV的线束和管路应保证没有干涉，在FMV上安装有压通式单向阀以用于检测燃气压力，安装FMV时应保证便于检测燃气压力，注意FMV喷嘴线束一定要插紧。
•  FMV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。详见Q/WCQTG0013《潍柴燃气发动机喷嘴清洗规范》。

混合器：
工作原理及作用：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。
喉管可以拆卸清洗。

负荷控制：
天然气发动机通过脚踏板控制节气门来控制发动机负荷：电子脚踏板和节气门间不使用机械部件连接。ECU接受电子脚踏板位置信号并转换成节气门开度信号，节气门从ECU处接受开度命令信号，并将实际开度反馈给ECU。

ECU：
ECM 是一个微缩了的计算机管理中心，它以信号（数据）采集作为输入，经过计算处理、分析判断、决定对策，然后以发出控制指令、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。其全部功能是通过各种硬件和软件来完成的。WOODWARD2.0系统采用ECU128-HD 微处理器。可以支持单点或多点喷射，支持CAN通讯。

ECU有两个5 V电源输出，给传感器供电，两电源相互独立，如果5v电源短路，电压下降并会导致许多系统错误；有专门应用于连接传感器和ECU的接地，以保证传感器的精确读数。ECU采用RS485用于Toolkit软件连接，故障检查和标定。

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油门踏板：
潍柴燃气发动机脚踏板采用非接触式传感器，输出电压信号：0～5V，ECU根据脚踏板的信号来控制电子节气门的开度。
    电子脚踏板有一电位计（FPP）和怠速确认开关(IVS) IVS 一端接地，另一端接ECU。 当油门脚踏板没有踩下去的时候，IVS 开关是开着的，当油门脚踏板下踩到某个点时，IVS 将关闭并发出一个信号通知ECU。
针脚对应关系及定义： 33C（J1A24）——1   脚踏板地线
                             51 （J1A8）——2    脚踏板信号线
                             34C（J1A11）——3   5V电源
                             52（J1B7）—   5    怠速确认信号系
                             33d(J1A24)-    4    怠速地线

线束：
WOODWARD OH 2.0系统有三条线束：ECU 线束、发动机线束和点火线束。
    ECU线束要是连接ECU与发动机线束，并有诊断接口、CAN接口等功能性接口。发动机线束是连接各个传感器与ECU线束，将传感器测得信号传递给ECU，并将ECU发出的指令传递于各个执行器。点火线束是将ICM的点火信号传递给点火线圈，以控制点火正时。    安装要求：潍柴发动机线束包括ECU线束、点火线束、发动机线束。发动机线束及点火线束由潍柴出厂前安装在发动机上，整车厂负责将其与ECU线束对应接插件相互连接。

节气门：
电子节气门集成有执行器，位置传感器，节气阀门等。接收PWM信号由ECU控制其开度大小，节气阀门开度大小控制混合气进气量，从而改变发动机的输出功率。
       电子节气门根据ECU指令，有三种工作状态：
       1、当发动机速度低于怠速目标值时，ECU 进行怠速控制，即控制节气门开度位置，保持发动机速度在怠速目标值附近。
       2、当发动机速度超过最大额定转速时，ECU 限制节气门开度位置，即速度越高节气门开度位置越小。
       3、当发动机速度在怠速和最大额定转速之间时，节气门开度位置直接由脚踏板控制，即节气门开度位置随脚踏板位置同步变化。

废气旁通阀：
作用：与增压器的放气阀连接，控制增压器废气门驱动气室的气体压力On/off 电磁阀开启频率为 30 Hz或50Hz。
注意事项：
•         如果通至阀门的空气被污染， 阀门的隔网可能堵塞
•         连接管路长度不可更改，否则增压控制可能不稳
•         消声器仅用做隔音
•         如果空气连接断开，发动机功率过大可能会损坏发动机，或者产生故障码（该故障码通过限制节气门来保护发动机和降低功率）
•         如果电气连接断开，则发动机功率下降

废气控制阀PWM信号：
DC%=0时，电磁阀关闭，压缩空气全部用来推动增压器废气阀，使其完全打开，从而推动增压器工作的排气能量减少，最终降低增压力；
DC%=100%，电磁阀处压缩空气泄漏量最大，增压器废气阀在弹簧力左右下趋向关闭，从而使增压器工作的排气能量增多，增压压力升高。

增压控制逻辑为:
MAP < 设定增压压力, DC％ 增加；
MAP > 设定增压压力, DC％ 减少。

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TMAP传感器：
&#8226;         安装在电子节气门之后。
&#8226;         集成压力温度的传感器
&#8226;         用途
–     燃料喷射计算
–     增压控制
&#8226;         压力传感器
–     测量进气管绝对压力
–     测量范围从真空到增压压力
&#8226;         温度传感器
–     测量进气歧管温度
注意事项：可以和PTP传感器互换，但线束不能插错。

PTP传感器：
安装在电子节气门之前，用于测量混合器后节气门前进气接管中混合气的压力。

–     作为计算进入发动机空气流量的修正参数，对涉及燃气量修正的充气效率(VE)提供基准
–     OH2.x系统中，有许多错误代码的判断需要PTP参数作为参考。（如：SFC331,371,372,373,491）

注意事项：可以和TMAP传感器互换，但线束不能插错

氧传感器：
作用：稀薄燃烧闭环控制传感器，通过测量排气成分中氧分子浓度，把此信号传给ECU， ECU 判断混合气的实际空燃比相对于设定值是稀还是浓，并相应控制喷气量的增减，从修正空燃比。
安装位置要求：
  1）安装在离增压器出口或排气弯管下游3～5倍排气管直径的地方。
  2）氧传感器不能安装在排气管弯管处。
  3）如果车辆安装有排气制动装置，氧传感器必须安装在此装置的后方
  4）满足上述前提下，氧传感器尽量靠近增压器。
  5）氧传感器线束及接插件应尽量远离排气管，不能有被烧结的可能。
  6）氧传感器的安装座面不能太高，焊接在排气管上的氧传感器螺座高度要小于10mm，以保证氧传感器头部能完全伸入排气管。

湿度传感器：
作用：通过测量进气压力、温度、湿度，并根据所测得的湿度、压力来修正空燃比来补偿环境所造成的影响，使发动机运行在最佳状态。工作温度-40℃到105℃，测量范围0到100%RH。
    安装要求： 该传感器要求安装在空气滤清器和增压器之间的空气管路上； 尽量远离呼吸器和空压机进气口；为保证其测量值正确，安装时使其平行于气流方向，并且温度、压力探头必须置于气流中。

信号发生器：
作用：发动机控制模块（ECM）通过发动机转速来控制其他参数，包括：进气量、燃料量、点火提前角等。这些参数的控制要求发动机控制模块（ECM）精确地知道发动机的凸轮轴位置（如应知道哪一缸发火）和发动机转速。
安装：转速传感器和信号轮之间的间隙应足够的小，以保证发动机在最低转速时能产生波幅大于1V的电压信号。安装时，盘车至一缸压缩上止点，传感器齿盘上的TDC标志对准CAM传感器的中心（使齿盘上的刻线竖直），齿盘的信号齿与传感器之间的间隙为1±0.5mm 。
信号盘应可靠固定，以保证信号盘和发动机的相位关系不会改变。信号盘通常有一个标记齿（和其它齿不均匀分布）用来确定发动机旋转的绝对位置。
调整：准确的点火提前角度需用点火正时灯测量。

ECU 点火控制:
&#8226;         电控单元对点火时刻控制为开环控制，无反馈
&#8226;         点火提前角从程序中查表，此表坐标为RPM/MAP
&#8226;         水温（ECT）对查表所得数值有一定补偿

ICM点火模块：
ICM = 点火控制模块；
ICM 只是一个驱动盒，在点火线圈开始充电时它从ECU接收到信号；
当来自于ECU的触发信号上升时：
1、ICM打开点火驱动并寻找相应的点火线圈
初级电流上升到6.5A；
2在触发信号下降前初级电流保持在6.5A；
3、当触发信号下降时，ICM驱动电流降低到初级电流；
4、产生火花
来自ECM的复位脉冲触发ICM再次在第一缸点火

点火线圈：
&#8226;         感应式点火线圈在初级线圈使用线圈匝数储存电流，
&#8226;         次级线圈部分含有更多的线圈匝数，从而产生变压器功能（电压升高）

高压线：
高压线用以将点火线圈产生的高压电传递给火花塞，从而使之产生电火花，点燃可燃混合气。
   高压线对发动机性能有十分重要的影响。严格按照潍柴保养规范维护更换高压线可充分保证发动机性能，提高发动机寿命。

火花塞：
作用：产生电火花，点燃混合气。
火花塞的安装扭矩：20～25 N.m；
火花塞间隙：0.35±0.05mm（严格用塞规调整）；
调整方法：如果间隙偏大，先把塞尺塞进间隙，用小扳手轻轻敲击侧电极拐角部位；如果间隙偏小，先用小虎钳把间隙慢慢调大，然后塞入塞尺，再用小扳手轻轻敲击侧电极！
注意：要保证侧电极和中心电极面平行！

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循环水系统：

单独的水循环：发动机出水管->水浴式汽化器->水泵进水管
发动机出水管->热交换器->节温器->水泵进水管
增压器出水管->水泵进水管
水浴式汽化器安装位置不高于发动机出水管