燃氣發(fā)動機電控技術(shù)簡介.ppt

2005年6月,第七章 燃氣發(fā)動機電控技術(shù)簡介,第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 兩用燃料發(fā)動機混合器供氣電 控系統(tǒng) 第三節(jié) 混合燃料發(fā)動機混合器供氣電 控系統(tǒng) 第四節(jié) 電控燃氣噴射系統(tǒng) 第五節(jié) 電控燃氣供給系統(tǒng)主要元件,2005年6月,第一節(jié) 概 述,一、燃氣汽車的發(fā)展 二、燃氣汽車的類型 三、燃氣發(fā)動機供給系統(tǒng),2005年6月,一、燃氣汽車的發(fā)展,燃氣汽車的發(fā)展歷程 我國燃氣汽車的發(fā)展現(xiàn)狀 3. 燃氣汽車的發(fā)展趨勢,2005年6月,1. 燃氣汽車的發(fā)展歷程：,1872年天然氣發(fā)動機問世；三十年代初由意大利 人率先采用天然氣作為汽車燃料。 七十年代燃氣汽車技術(shù)逐漸快速發(fā)展。 九十年代后天然氣汽車數(shù)量迅速增加 。,2005年6月,2. 我國燃氣汽車的發(fā)展現(xiàn)狀,20世紀50時年代開始天然氣汽車的研究； 80年代中期開始發(fā)展天然氣汽車； 1994年起上海組織開展液化石油氣燃氣汽車樣車的適用及研究； 2001年底我國燃氣汽車保有量已超過11萬輛,預計到2005年，我國燃氣汽車的保有量將達到100萬輛，到2010年將達到150萬量。,2005年6月,3.燃氣汽車的發(fā)展趨勢,目前，兩用燃料單點噴射系統(tǒng)和單一燃料（天然氣或液化石油氣）閉環(huán)多點順序噴射系統(tǒng)相繼問世，而閉環(huán)多點順序噴射系統(tǒng)是當今燃氣發(fā)動機電控技術(shù)發(fā)展的主流和方 向。,2005年6月,二、燃氣汽車的類型,1. 按所用氣體燃料的種類 液化石油氣汽車、天然氣汽車。液化石油氣汽車以液化石油氣作為燃料；天然氣汽車以天然氣作為燃料。 2. 按所用燃料的數(shù)量和形式 單燃料燃氣汽車、兩用燃料燃氣汽車、混合燃料燃氣汽車單燃料燃氣汽車只使用天然氣或液化石油氣中的一種作為發(fā)動機燃料。,2005年6月,三、燃氣發(fā)動機供給系統(tǒng),1. 燃氣發(fā)動機供給系統(tǒng)類型 2. 機械控制式燃氣供給系統(tǒng),2005年6月,1. 燃氣發(fā)動機供給系統(tǒng)類型,（1）按燃氣供給量的控制方式 （2）按燃氣供給方式 （3）按空燃比控制方式 （4）按發(fā)動機的類型,2005年6月,（1）按燃氣供給量的控制方式,機械控制式燃氣供給系統(tǒng)、電子控制式燃氣供給系統(tǒng)、電子控制式燃氣供給系統(tǒng)由各種傳感器采集并向ECU輸送發(fā)動機的工況信息，ECU則根據(jù)這些信息和內(nèi)存控制模型直接控制功率閥或燃氣噴射器工作，以實現(xiàn)對供氣量的控制。 電子控制式燃氣供給系統(tǒng)的燃氣與空氣可以采用缸內(nèi)混合方式，也可采用缸外混合方式。,2005年6月,（2）按燃氣供給方式,混合氣供給系統(tǒng)、燃氣噴射系統(tǒng) 混合氣供給系統(tǒng)的燃氣與空氣采用缸外混合方式，與傳統(tǒng)的化油器式汽油發(fā)動機類似。 燃氣噴射系統(tǒng)與空氣可以采用缸內(nèi)混合方式，也可采用缸外混合方式。 缸內(nèi)混合方式與柴油機類似，在發(fā)動機壓縮行程接近上止點時，將一定量的燃氣經(jīng)安裝在氣缸蓋上的高壓燃料閥（或噴嘴）直接噴入氣缸，在氣缸內(nèi)部使燃氣與空氣混合形成可燃混合氣。 缸外混合方式是將燃氣定時、定量的噴入各缸進氣歧管中的進氣門處。,2005年6月,（3）按空燃比控制方式,開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng) 機械控制燃氣供給系統(tǒng)均屬開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)是由ECU根據(jù)氧傳感器的反饋信號對供氣量進行修正。,2005年6月,（4）按發(fā)動機的類型,單燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)、兩用燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)、混合燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)。,2005年6月,2.機械控制式燃氣供給系統(tǒng),（1）單燃料發(fā)動機燃氣供給系統(tǒng) （2）兩用燃料發(fā)動機供氣系統(tǒng) （3）燃料發(fā)動機供給系統(tǒng),2005年6月,（1）單燃料發(fā)動機燃氣供給系統(tǒng),單燃料發(fā)動機燃氣供給系統(tǒng)一般利用節(jié)氣門根據(jù)工況要求實現(xiàn)對混合氣量的控制，而可燃混合氣一般利用火花塞點燃。,2005年6月,（2）兩用燃料發(fā)動機供氣系統(tǒng),化油器式汽油機改裝的汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點：即在原汽油機上加裝一套CNG燃氣供給系統(tǒng)，包括高壓鋼瓶、高壓管路、濾清器、調(diào)節(jié)器、混合器等，在燃用天然氣時，替代原汽油機供給系統(tǒng)向發(fā)動機提供天然氣空氣混合氣。 化油器式汽油機改裝的汽油/LPG兩用燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)由燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)控制兩個電磁閥實現(xiàn)燃用汽油與LPG的切換，LPG經(jīng)過濾清器過濾后，進入調(diào)節(jié)器進行減壓并蒸發(fā)，氣態(tài)的LPG流入混合器與空氣混合形成可燃混合氣進入氣缸。,2005年6月,（3）燃料發(fā)動機供給系統(tǒng),柴油/CNG混合燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)組成：燃料供給系統(tǒng)、發(fā)動機控制保護系統(tǒng)、天然氣供給和調(diào)節(jié)系統(tǒng)、天然氣儲存系統(tǒng)。,2005年6月,第二節(jié) 兩用燃料發(fā)動機混合器供氣電控系統(tǒng),一、電控燃氣供給系統(tǒng)的功能 二、混合器供氣電控系統(tǒng)的組成 三、混合器供氣電控系統(tǒng)工作原理,2005年6月,一、電控燃氣供給系統(tǒng)的功能,1. 模擬汽油噴射信號 發(fā)動機在燃用燃氣時必須在切斷汽油噴射的同時，由電控燃氣供給系統(tǒng)向汽油ECU輸入模擬的汽油噴射信號。 2模擬氧傳感器信號 電控燃氣供給系統(tǒng)必須向汽油ECU輸入一個理想的模擬氧傳感器信號，以便切換到燃用汽油時汽油ECU能夠正常工作。,2005年6月,二、混合器供氣電控系統(tǒng)的組成,1 基本組成 除與電控汽油噴射系統(tǒng)共用的元件外，增加的主要電控元件有：轉(zhuǎn)換開關(guān)、模擬器、燃氣ECU、步進電機功率閥等。 2 主要元件位置 燃氣供給系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器、混合器、步進電動機功率閥等均安裝在發(fā)動機室內(nèi)，燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)安裝在駕駛室內(nèi)儀表盤附近，不同車型高壓氣瓶安裝位置不同，手動供氣閥、電磁閥等安裝位置不同。,2005年6月,三、混合器供氣電控系統(tǒng)工作原理,1 開環(huán)控制系統(tǒng) 2 閉環(huán)控制系統(tǒng),2005年6月,1 開環(huán)控制系統(tǒng) 電控汽油噴射發(fā)動機改裝的汽油/CNG兩用燃料發(fā)動機開環(huán)控制供氣系統(tǒng)，在進氣管前，該系統(tǒng)的燃氣供給和汽油供給兩個燃料供給系統(tǒng)是并列的。在發(fā)動機工作時由油氣轉(zhuǎn)換開關(guān)控制燃氣電磁閥和電動燃油泵，同一時刻，只允許發(fā)動機燃用汽油或燃氣一種燃料。 發(fā)動機燃用天然氣時，將燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)到“氣”位置，此時燃氣電磁閥開啟、電動燃油泵停止工作，天然氣經(jīng)減壓調(diào)節(jié)器減壓后，在經(jīng)動力調(diào)節(jié)閥進入混合器，并與來自空氣濾清器的清潔空氣混合后供往氣缸。,2005年6月,2 閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)，在減壓調(diào)節(jié)器和混合器之間安裝由ECU控制的功率閥，并加裝氧傳感器實現(xiàn)空燃比閉環(huán)控制，則可使發(fā)動機在各種工況下都能獲得最佳的空燃比。,2005年6月,第三節(jié) 混合燃料發(fā)動機混合器供氣電控系統(tǒng),混合燃料發(fā)動機混和供氣電控系統(tǒng)是純混合器供氣電控系統(tǒng)與第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)合，混合燃料發(fā)動機采用壓縮自然式的點火方式，沒有點火系統(tǒng)，而引燃柴油的噴射量和噴射正時由柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)控制。 CNG/柴油混和燃料非增壓發(fā)動機混和器供氣系統(tǒng)組成：天然氣供氣系統(tǒng)、引燃柴油供給系統(tǒng)、電子控制單元。,2005年6月,天然氣供氣系統(tǒng)主要由高壓氣瓶、電磁閥、調(diào)節(jié)器、功率閥、混和器組成。 電子控制單元的主要功能是根據(jù)各傳感器信號來確定供油齒條和功率閥的位置，并根據(jù)燃料轉(zhuǎn)換開關(guān)等控制天燃氣電磁閥的通斷，同時燃氣ECU也具有失效保護功能。,2005年6月,第四節(jié) 電控燃氣噴射系統(tǒng),一、電控氣態(tài)燃氣噴射系統(tǒng) 二、電控液態(tài)燃氣噴射系統(tǒng),2005年6月,一、電控氣態(tài)燃氣噴射系統(tǒng),電控氣態(tài)燃氣噴射系統(tǒng)的分類 2. 單燃料或兩用燃料發(fā)動機電控多點燃氣噴 射系統(tǒng) 3. 混合燃料發(fā)動機電控多點燃氣噴射系統(tǒng) 4. 電控燃氣直接噴射系統(tǒng),2005年6月,1 電控氣態(tài)燃氣噴射系統(tǒng)的分類 （1）按使用燃料 電控氣態(tài)CNG噴射系統(tǒng)、電控氣態(tài)LPG噴射系統(tǒng),下一頁,2005年6月,（2）按燃氣ECU工作原理 直接采集信號控制系統(tǒng)、間接采集信號控制系統(tǒng)。 直接采集信號控制系統(tǒng)的燃氣ECU直接采集各種傳感器信號，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置、氧傳感器等信號，經(jīng)過分析計算，確定噴入各缸的燃氣量。 間接采集信號控制系統(tǒng)的燃氣ECU只相當于一個轉(zhuǎn)換器，它充分利用汽油ECU的控制功能，采集汽油ECU輸出的噴油器控制信號并將其轉(zhuǎn)化為燃氣噴射器控制信號再用來控制燃氣噴射器的噴射時刻和噴射時間。,2005年6月,2.單燃料或兩用燃料發(fā)動機電控多點燃氣噴射系統(tǒng) 電控多點燃氣噴射系統(tǒng)將燃氣噴射器布置在各缸進氣歧管的進氣門處，采用順序噴射控制方式分別對每個缸的燃氣噴射器進行控制。如圖日本本田公司研制的電控多點燃氣噴射系統(tǒng)。,2005年6月,3 混合燃料發(fā)動機電控多點燃氣噴射系統(tǒng) 混合燃料發(fā)動機電控多點燃氣噴射系統(tǒng)與混合器供氣電控系統(tǒng)相比，只是采用的燃氣供給方式不同，多點燃氣噴射系統(tǒng)中取消了功率閥和混合器，利用燃氣噴射器控制燃氣供給量。如圖柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)與電控多點燃氣噴射系統(tǒng)組成的柴油/CNG混和燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)。,2005年6月,4 電控燃氣直接噴射系統(tǒng) 電控燃氣直接噴射系統(tǒng)利用燃氣噴射器直接向氣缸內(nèi)供氣，并由燃氣ECU控制噴氣量和噴氣正時 。,2005年6月,二、電控液態(tài)燃氣噴射系統(tǒng),電控液態(tài)燃氣噴射系統(tǒng)以液化石油氣為燃料，主要部件包括，LPG燃料泵、壓力調(diào)節(jié)器、壓力傳感器、噴射器及ECU等。 目前研制的電控液態(tài)LPG噴射系統(tǒng)都是間接采集信號的控制系統(tǒng)，即燃氣ECU都是利用汽油ECU的噴油器控制信號（包括同步噴射信號和異步噴射信號），來控制燃氣噴射器的工作。,2005年6月,第五節(jié) 電控燃氣供給系統(tǒng)主要元件,一、功率閥 二、模擬器 三、點火提前調(diào)節(jié)器 四、燃氣噴射器,2005年6月,一、功率閥,（1）功率閥的安裝位置 （2）功率閥的類型 （3）功率閥的控制原理,2005年6月,（1）功率閥的安裝位置 功率閥安裝在燃氣壓力調(diào)節(jié)器與混合器之間的低壓輸氣管路中。,2005年6月,（2）功率閥的類型 步進電動機功率閥、占空比功率閥。 步進電動機功率閥采用步進電動機驅(qū)動調(diào)節(jié)閥來執(zhí)行燃氣ECU的指令，實現(xiàn)燃氣供給量調(diào)節(jié)。 占空比功率閥采用占空比控制型電磁閥來執(zhí)行燃氣ECU的指令，實現(xiàn)燃氣供給量調(diào)節(jié)。,2005年6月,（3）功率閥的控制原理 功率閥通過改變低壓輸氣管路的流通截面來控制供氣量。,雙步進電動機功率閥,2005年6月,二、模擬器,（1） 模擬器的功用 （2） 模擬器的類型及工作原理,2005年6月,（1） 模擬器的功用 發(fā)動機燃用燃氣時，產(chǎn)生并向汽油ECU輸送模擬噴油器工作的信號。,2005年6月,（2） 模擬器的類型及工作原理 電壓驅(qū)動方式：當燃用汽油時，模擬器接通短路開關(guān)即可將蓄電池12V電源不經(jīng)電阻R輸送給噴油器，噴油器正常工作。當燃用燃氣時，模擬器斷開短路開關(guān)，此時汽油ECU仍能正常向噴油器輸送噴油信號，由于接通噴油器搭鐵回路后，蓄電池12V電源經(jīng)過串聯(lián)電阻R輸送給噴油器，使通過噴油器的電流減小，噴油器線圈產(chǎn)生的電磁力不足以吸開針閥，所以噴油器不噴油，但輸送給汽油ECU的仍是12V電壓信號。,下一頁,2005年6月,電流驅(qū)動方式：當燃用汽油時，模擬器接通噴油器電路而斷開電阻R電路，噴油器正常工作。當燃用燃氣時，模擬器則斷開噴油器電路而接通電阻R電路，噴油器不噴油，由于噴油器并聯(lián)電阻與噴油器電阻相等，所以輸送給汽油ECU的電流信號不變。,a）電壓驅(qū)動式噴油器 b）電流驅(qū)動式噴油器,2005年6月,三、點火提前調(diào)節(jié)器,燃氣與汽油的化學性質(zhì)不同，在同一工況下的最佳點火提前角不同，所以在以汽油機改裝的兩用燃料發(fā)動機上，設有點火提前調(diào)節(jié)器，以滿足發(fā)動機燃用燃氣和燃用汽油時對點火提前角的不同需要。,2005年6月,四、燃氣噴射器,1. 國產(chǎn)HSV電控低壓燃氣噴射器工作過程 2. 天然氣-柴油組合式噴射器工作過程,2005年6月,1. 國產(chǎn)HSV電控低壓燃氣噴射器工作過程： 電磁線圈不通電時球閥在進氣口和出氣口兩側(cè)氣體壓差的作用下向右開啟，使