紫海竹云

    首先，先带大家简单了解一下锡柴天然气发动机的结构及原理。

●  天然气发动机系统原理

天然气发动机系统原理图

    从天然气发动机工作原理图可看出，该发动机基本原理为：压缩天然气从储气钢瓶出来，经过天然气滤清器过滤后，经高压减压器减压到8-9bar后，再经过低压电磁阀进入发动机。天然气由高压变成低压的过程中需要吸收大量的热量，为防止天然气结晶，从发动机将发动机冷却液引出对燃气进行加热。天然气再经过低压电磁阀进入电控调压器（电控调压器的作用是根据发动机运行工况精确控制天然气喷射量），天然气与空气在混合器内充分混合，进入发动机缸内，经火花塞点燃进行燃烧，火花塞的点火时刻由ECM控制，氧传感器即时监控燃烧后的尾气的氧浓度，推算出空燃比，ECM根据氧传感器的反馈信号和MAP值及时修正天然气喷射量。

    Econtrol稀燃控制系统具有以下特点：

    1、驾驶性能及在满足排放要求前提下的燃料消耗经济性最优化。
    2、环境适应性好，即对不同海拔高度、燃料气质、湿度和环境温度的适应性最好。
    3、可靠性和耐久性非常高。
    4、热负荷接近柴油机。
    5、发动机排放最好，有利于降低车辆后处理成本。使用氧催化器可达欧Ⅲ至欧Ⅴ排放， 使用SCR可达欧Ⅳ排放标准。
    6、是高功率密度、高耐久性能的增压发动机的最合适的选择。

●  电控发动机工作原理

天然气发动机电控系统的概念图

●  天然气发动机控制系统

    锡柴天然气发动机零部件结构包括燃气供给系统、点火系统、增压压力控制系统等，其他还包括传感器和电子控制模块。下面针对每个系统结构下的零部件，向大家再详细介绍其工作原理、作用特性和安装要求三点内容。

●  燃料供给系统：五大零部件

    一、低压电磁阀部件：及时切断或恢复燃料供给

    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、为有效防止高压电磁阀进气接头与高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上面。

    二、中低压减压器：稳定压力输送到电控调压器

    中低压减压器是一个两级减压的调节器，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。

    三、电控调压器部件：控制发动机天然气喷射量

    工作原理：该零件内部有一控制芯片，该控制芯片接受来自ECM的控制指令，通过高速电磁阀控制天然气气量，从而实时有效控制空燃比。

    作用：控制天然气喷射量。

    安装要求：由于该部件内部有控制芯片，应避免高频振动。该部件自带减震软垫，切勿自行拆卸。电控调压器出气口中心水平高度不能低于混合器进气口中心高度，电控调压器天然气出气口离混合器天然气进气口距离要求控制在500mm以内。目的是为了让天然气中的杂质流到混合器中随着空气进入缸内燃烧掉，保持调压器内清洁，并且保持天然气供给响应速度快。

    四、混合器部件：有效降低Nox排放和排气温度

    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。

    安装要求：调压器出气管安装在混合器天然气入口处，安装时锥螺纹部分必须使用螺纹密封胶以防止漏气。注意拧紧螺栓以防止漏气。

    五、电子节气门：开度控制发动机的转速和负荷

    工作原理及作用：通过控制蝶阀的开度，控制进入缸内的混合气的量，从而控制发动机的转速和负荷。驾驶者通过油门踏板，将动力需求传送给ECM，ECM接收到油门踏板信号后，根据发动机运行工况控制电子节气门开度。通过控制蝶阀开度，控制怠速转速和调速特性曲线。

    安装要求：安装电子节气门时，驱动电机轴线必须保持水平方向。

●  点火系统：点火线圈和火花塞

    一、点火线圈：使发动机实现低排放、低气耗

    作用：接收来自ECM点火指令，产生高电压并将高电压传递给火花塞，产生火花，点燃天然气。点火线圈能根据ECM指令控制点火时刻，使发动机实现低排放、低气耗。

    安装要求：安装时拧紧点火线圈安全螺栓，以保证点火线圈胶套内弹簧与火花塞头部紧密接触。由于高压电源会在接触表面产生电弧，弹簧与火花塞头部接触的部位易受热氧化，导致接触部位电阻过大，分压作用过大导致火花塞点火能量降低，严重时会导致失火。所以安装火花塞和点火线圈时，必须在火花塞头部与点火线圈弹簧结合部位涂抹导电膏。在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应该涂抹绝缘润滑油脂，以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电。

    二、火花塞：接收高压电产火花，点燃天然气

    作用：接收来自点火线圈的高电压，产生火花，点燃天然气。

    安装要求：安装时拧紧火花塞，拧紧力矩：30N·M。拧紧火花塞必须使用专用火花塞套筒。由于高压电源会在接触表面产生电弧，弹簧与火花塞头部接触的部位受热氧化，导致接触部位电阻过大，分压作用过大导致火花塞点火能量降低，严重时会导致失火。所以安装火花塞和点火线圈时，必须在火花塞头部涂抹导电膏。在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应该涂抹绝缘润滑油脂，以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电。

NGK火花塞电极间隙为：0.48+/-0.08mm

●  进气压力控制系统：废气旁通控制阀和防喘振阀

    一、废气旁通控制阀：能提升发动机低速扭矩

压力传感器

废气旁通控制阀工作原理

    工作原理及作用：通过控制废气旁通阀的占空比，控制废气旁通控制阀的出口压力，从而控制发动机的增压压力。采用该技术能有效提升发动机低速扭矩，满足公交车频繁起步的工作要求。

    安装要求：安装在散热条件较好的低温区，保证零部件可靠性。

    二、防喘振阀：避免增压器喘振，保护增压器

    作用：当发动机突然减速时，通过喘振阀通气软管将节气门后的低压压力传递到防喘振阀压力反馈接头上，打开喘振阀单向截至膜片，使增压器压气机前后压力平衡，避免增压器喘振，保护增压器。

    安装要求：该零件共有三个接口。通过喘振阀通气软管连通防喘振阀和进气管压力，另外两个φ25外径的接口分别连接增压器前进气管和增压器后进气管。一般使用两个防喘振阀，安装时进出气口均为反装。防喘振阀两端内径φ25的连接管由整车厂配套。

●  传感器：六大传感器协同工作

    一、氧传感器：测得燃烧时的空燃比，从而修正燃气供给量

    作用：通过检测排气中氧分子浓度，从而测得燃烧时的空燃比，ECM根据测量所得的空燃比修正燃气供给量。

    安装要求：要求在离增压器出口或排气弯管下游3~5倍排气管直径（大约250-400mm）的地方，焊接一个氧传感器安装座，供安装氧传感器用。

    氧传感器应安装在排气管远离发动机一侧（不能安装在排气管下方），传感器线束走向应尽量远离发动机和排气管，并可靠固定；氧传感器不能安装在排气管转弯处；氧传感器在满足前面的要求的情况下尽可能靠近涡轮增压器；如果有排气制动阀，氧传感器应安放在排气管制动阀的下游；氧传感器的安装位置处不能进雨水；氧传感器和发动机之间最好有隔热罩等隔热装置。

    二、大气环境传感器：修正实际控制空燃比和天然气供给量

    作用：通过测量进气压力、温度、湿度，并根据所测得的湿度、压力来修正实际控制空燃比和天然气供给量，使发动机运行在最佳状态。

    安装要求：该传感器要求安装在空气滤清器和增压球之间的空气管路上。为保证环境传感器测量值正确，安装时必须保证传感器底平面4个湿度测量小孔不被挡住，并且该传感器湿度、压力探头必须置于气流中以测量正确值。

    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

    三、进气压力温度传感器：利用速度密度法算出混合气流量

    作用：通过测量中冷后的压力、温度，结合发动机转速、排量、充气效率，利用速度密度法即可计算出混合气流量。

    安装要求：按零件要求安装在电子节气门下游的进气管上，安装时尽可能让传感器温度、压力探头置于混合气气流中，以测量出正确的值。

    四、曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器：电脉冲信号送到ECU

    结构：磁脉冲式

    工作原理：把采集到的信号分别转化为电脉冲信号并送到ECU供其进行数据处理。

    功用：转速传感器用来采集柴油机转速信号以便ECU计算循环供气量，还可提供曲轴位置信号以便ECU对点火正时作出准确控制，凸轮轴转速传感器用来作为转速信号计算曲轴转角的基准信号，可进行判缸。

    安装位置：飞轮壳上与机体上。

    注：需定期检查曲轴转速传感器是否有铁屑等杂质附着在传感器表面，如有需及时清理。

    注意事项：

    1、转速传感器与飞轮顶面间的间隙（1.0?.5）mm ，更换传感器后必须以塞尺进行检查确认，如果超出范围，则需进行适当的调整；
    2、在转速传感器附近，不能放置磁电设备或大电流电线；
    3、转速传感器即将装入发动机之前，传感器的外包装不可以去掉；
    4、转速传感器只能通过按压装入安装位置，不可敲击传感器；
    5、转速传感器的紧固螺钉的旋紧扭矩为：（8?）N·m。

    五、冷却液温度传感器：转化电压信号，运算控制执行器动作

    结构：负温度系数的热敏电阻，其使用范围为40—130℃。

    工作原理：把温度信号转化为电压信号，温度升高，电压减小，二者之间成反比线性关系，然后送给ECU，由其进行相关比较，运算后控制执行器的动作。

    功用：主要用于测量发动机冷却液的温度，从而进一步精确控制天然气的供给量。

    安装位置：安装在节温器体上。

    六、电子油门踏板：通过司机的愿望进而了解发动机负荷状况

    结构：差动变压器式油门角度传感器，非接触检测油门转动角度，检测元件无磨损，可靠性好。

    工作原理：把发动机的负荷信号转变为电信号，负荷越高，电压越大，然后把此信息ECU由其进行相关比较和计算后，发出指令控制相关的执行器。

    功用：主要通过了解司机的愿望进而了解发动机的负荷状况。

    安装位置：安装于驾驶室内司机油门踏板位置。

●  电子控制模块：电控天然气发动机管理核心

    工作环境：

    温度：-40—105℃
    工作电压：6—32V

    作用：电控天然气发动机管理核心，通过各种传感器监控发动机运行工况，并根据发动机运行工况和控制MAP控制各执行器，并且通过CAN总线与汽车各子系统通讯。

    安装要求：安装ECU时，应尽可能将ECU安装在振动小的位置，并且要有可靠的防水、防油、散热措施。

    电控保护功能：

    1、起动保护

    以天然气机的冷却水温表示环境状态和机器本身的状态，以天然气机的转速信号表征起动控制的进程：在判缸成功并且天然气机转速超过设定的最低转速后，ECM根据转速和冷却水温按照起动油量脉谱输出喷油量。若在标定时间内转速未能超过起动成功标志转速，则ECM强行切断喷气，以保护天然气机。

    2、一般故障保护

    当在各种传感器输入信号（如油门踏板信号、冷却水温信号）故障或异常的情况下，采用跛行回家控制策略替代正常的驾驶员油门指令，使天然气机降功率继续运行，从而可以将车辆开到维修站修理。这是保证车辆不至半路抛锚的一种失效保护措施。

    3、过热保护

    当冷却液温度水温、机油温度、进气温度过高时，ECM会进入过热保护功能，限制天然气机功率。

    4、机油压力保护

    当天然气机检测到机油压力过高或过低时，ECM会进入保护功能，限制天然气机转速或功率，并发出报警信号，提示用户需要到就近服务站进行维修。

    5、OBD故障保护

    从天然气机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标。一旦超标，会马上发出警示，当系统出现故障时，故障(MIL)灯或天然气机检查(Check Engine)警告灯亮。同时电子控制单元(ECM)将故障信息存入存储器，根据不同的故障，ECM会限制扭矩或者在出现大故障时强制停机以保护天然气机及其电控系统。

    6、硬件电路保护

    ECM的电源端是通过一个20安培的双金属片式保险丝接入的，如果天然气机电控系统出现异常，导致电流突然增大，保险丝会切断给ECM供电，以保护整个电控系统。同时ECM整个电路通过设计保护电路限制输入信号的过高，避免对ECM造成损害。

    锡柴天然气发动机主要配套给一汽解放和青岛解放两个整车生产厂，其中青岛解放现在的LNG销量应该是行业第二，仅次于陕汽，在我国天然气卡车的占有量也算是比较大的了。

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