燃气发动机电控技术简介

第七章燃气发动机电控技术简介第一节概述第二节两用燃料发动机混合器供气电控系统第三节混合燃料发动机混合器供气电控系统第四节电控燃气喷射系统第五节电控燃气供给系统主要元件第一节概述一、燃气汽车的发展二、燃气汽车的类型三、燃气发动机供给系统一、燃气汽车的发展1.燃气汽车的发展历程2.我国燃气汽车的发展现状3.燃气汽车的发展趋势1.燃气汽车的发展历程：1872年天然气发动机问世；三十年代初由意大利人率先采用天然气作为汽车燃料。七十年代燃气汽车技术逐渐快速发展。九十年代后天然气汽车数量迅速增加。2.我国燃气汽车的发展现状20世纪50时年代开始天然气汽车的研究；80年代中期开始发展天然气汽车；1994年起上海组织开展液化石油气燃气汽车样车的适用及研究；2001年底我国燃气汽车保有量已超过11万辆,预计到2005年，我国燃气汽车的保有量将达到100万辆，到2001年将达到150万量。3.燃气汽车的发展趋势目前，两用燃料单点喷射系统和单一燃料（天然气或液化石油气）闭环多点顺序喷射系统相继问世，而闭环多点顺序喷射系统是当今燃气发动机电控技术发展的主流和方向。二、燃气汽车的类型1.按所用气体燃料的种类液化石油气汽车、天然气汽车、液化石油气汽车以液化石油气作为燃料；天然气汽车以天然气作为燃料。2.按所用燃料的数量和形式单燃料燃气汽车、两用燃料燃气汽车、混合燃料燃气汽车单燃料燃气汽车只使用天然气或液化石油气中的一种作为发动机燃料。三、燃气发动机供给系统1.燃气发动机供给系统类型2.机械控制式燃气供给系统1.燃气发动机供给系统类型（1）按燃气供给量的控制方式（2）按燃气供给方式（3）按空燃比控制方式（4）按发动机的类型（1）按燃气供给量的控制方式机械控制式燃气供给系统、电子控制式燃气供给系统、电子控制式燃气供给系统由各种传感器采集并向ECU输送发动机的工况信息，ECU则根据这些信息和内存控制模型直接控制功率阀或燃气喷射器工作，以实现对供气量的控制。电子控制式燃气供给系统的燃气与空气可以采用缸内混合方式，也可采用缸外混合方式。（2）按燃气供给方式混合气供给系统、燃气喷射系统混合气供给系统的燃气与空气采用缸外混合方式，与传统的化油器式汽油发动机类似。燃气喷射系统与空气可以采用缸内混合方式，也可采用缸外混合方式。缸内混合方式与柴油机类似，在发动机压缩行程接近上止点时，将一定量的燃气经安装在气缸盖上的高压燃料阀（或喷嘴）直接喷入气缸，在气缸内部使燃气与空气混合形成可燃混合气。缸外混合方式是将燃气定时、定量的喷入各缸进气歧管中的进气门处。（3）按空燃比控制方式开环控制系统和闭环控制系统机械控制燃气供给系统均属开环控制系统闭环控制系统是由ECU根据氧传感器的反馈信号对供气量进行修正。（4）按发动机的类型单燃料发动机供给系统、两用燃料发动机供给系统、混合燃料发动机供给系统。2.机械控制式燃气供给系统（1）单燃料发动机燃气供给系统（2）两用燃料发动机供气系统（3）燃料发动机供给系统（1）单燃料发动机燃气供给系统单燃料发动机燃气供给系统一般利用节气门根据工况要求实现对混合气量的控制，而可燃混合气一般利用火花塞点燃。（2）两用燃料发动机供气系统化油器式汽油机改装的汽油/CNG两用燃料发动机供给系统结构特点：即在原汽油机上加装一套CNG燃气供给系统，包括高压钢瓶、高压管路、滤清器、调节器、混合器等，在燃用天然气时，替代原汽油机供给系统向发动机提供天然气－空气混合气。化油器式汽油机改装的汽油/LPG两用燃料发动机供给系统由燃料转换开关控制两个电磁阀实现燃用汽油与LPG的切换，LPG经过滤清器过滤后，进入调节器进行减压并蒸发，气态的LPG流入混合器与空气混合形成可燃混合气进入气缸。（3）燃料发动机供给系统柴油/CNG混合燃料发动机供给系统组成：燃料供给系统、发动机控制保护系统、天然气供给和调节系统、天然气储存系统。第二节两用燃料发动机混合器供气电控系统一、电控燃气供给系统的功能二、混合器供气电控系统的组成三、混合器供气电控系统工作原理一、电控燃气供给系统的功能1.模拟汽油喷射信号发动机在燃用燃气时必须在切断汽油喷射的同时，由电控燃气供给系统向汽油ECU输入模拟的汽油喷射信号。2．模拟氧传感器信号电控燃气供给系统必须向汽油ECU输入一个理想的模拟氧传感器信号，以便切换到燃用汽油时汽油ECU能够正常工作。二、混合器供气电控系统的组成1．基本组成除与电控汽油喷射系统共用的元件外，增加的主要电控元件有：转换开关、模拟器、燃气ECU、步进电机功率阀等。2．主要元件位置燃气供给系统中的调节器、混合器、步进电动机功率阀等均安装在发动机室内，燃料转换开关安装在驾驶室内仪表盘附近，不同车型高压气瓶安装位置不同，手动供气阀、电磁阀等安装位置不同。三、混合器供气电控系统工作原理1．开环控制系统2．闭环控制系统1．开环控制系统电控汽油喷射发动机改装的汽油/CNG两用燃料发动机开环控制供气系统，在进气管前，该系统的燃气供给和汽油供给两个燃料供给系统是并列的。在发动机工作时由油气转换开关控制燃气电磁阀和电动燃油泵，同一时刻，只允许发动机燃用汽油或燃气一种燃料。发动机燃用天然气时，将燃料转换开关转到“气”位置，此时燃气电磁阀开启、电动燃油泵停止工作，天然气经减压调节器减压后，在经动力调节阀进入混合器，并与来自空气滤清器的清洁空气混合后供往气缸。2．闭环控制系统闭环控制系统，在减压调节器和混合器之间安装由ECU控制的功率阀，并加装氧传感器实现空燃比闭环控制，则可使发动机在各种工况下都能获得最佳的空燃比。第三节混合燃料发动机混合器供气电控系统混合燃料发动机混和供气电控系统是纯混合器供气电控系统与第一代柴油机电控燃油喷射系统的结合，混合燃料发动机采用压缩自然式的点火方式，没有点火系统，而引燃柴油的喷射量和喷射正时由柴油机电控燃油喷射系统控制。CNG/柴油混和燃料非增压发动机混和器供气系统组成：天然气供气系统、引燃柴油供给系统、电子控制单元。天然气供气系统主要由高压气瓶、电磁阀、调节器、功率阀、混和器组成。电子控制单元的主要功能是根据各传感器信号来确定供油齿条和功率阀的位置，并根据燃料转换开关等控制天燃气电磁阀的通断，同时燃气ECU也具有失效保护功能。第四节电控燃气喷射系统一、电控气态燃气喷射系统二、电控液态燃气喷射系统一、电控气态燃气喷射系统1.电控气态燃气喷射系统的分类2.单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷射系统3.混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统4.电控燃气直接喷射系统1．电控气态燃气喷射系统的分类（1）按使用燃料电控气态CNG喷射系统、电控气态LPG喷射系统下一页（2）按燃气ECU工作原理直接采集信号控制系统、间接采集信号控制系统。直接采集信号控制系统的燃气ECU直接采集各种传感器信号，如发动机转速、节气门位置、氧传感器等信号，经过分析计算，确定喷入各缸的燃气量。间接采集信号控制系统的燃气ECU只相当于一个转换器，它充分利用汽油ECU的控制功能，采集汽油ECU输出的喷油器控制信号并将其转化为燃气喷射器控制信号再用来控制燃气喷射器的喷射时刻和喷射时间。2.单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷射系统电控多点燃气喷射系统将燃气喷射器布置在各缸进气歧管的进气门处，采用顺序喷射控制方式分别对每个缸的燃气喷射器进行控制。如图日本本田公司研制的电控多点燃气喷射系统。3．混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统混合燃料发动机电控多点燃气喷射系统与混合器供气电控系统相比，只是采用的燃气供给方式不同，多点燃气喷射系统中取消了功率阀和混合器，利用燃气喷射器控制燃气供给量。如图柴油机电控燃油喷射系统与电控多点燃气喷射系统组成的柴油/CNG混和燃料发动机供给系统。4．电控燃气直接喷射系统电控燃气直接喷射系统利用燃气喷射器直接向气缸内供气，并由燃气ECU控制喷气量和喷气正时。二、电控液态燃气喷射系统电控液态燃气喷射系统以液化石油气为燃料，主要部件包括，LPG燃料泵、压力调节器、压力传感器、喷射器及ECU等。目前研制的电控液态LPG喷射系统都是间接采集信号的控制系统，即燃气ECU都是利用汽油ECU的喷油器控制信号（包括同步喷射信号和异步喷射信号），来控制燃气喷射器的工作。第五节电控燃气供给系统主要元件一、功率阀二、模拟器三、点火提前调节器四、燃气喷射器一、功率阀（1）功率阀的安装位置（2）功率阀的类型（3）功率阀的控制原理（1）功率阀的安装位置功率阀安装在燃气压力调节器与混合器之间的低压输气管路中。（2）功率阀的类型步进电动机功率阀、占空比功率阀。步进电动机功率阀采用步进电动机驱动调节阀来执行燃气ECU的指令，实现燃气供给量调节。占空比功率阀采用占空比控制型电磁阀来执行燃气ECU的指令，实现燃气供给量调节。（3）功率阀的控制原理功率阀通过改变低压输气管路的流通截面来控制供气量。双步进电动机功率阀二、模拟器（1）模拟器的功用（2）模拟器的类型及工作原理（1）模拟器的功用发动机燃用燃气时，产生并向汽油ECU输送模拟喷油器工作的信号。（2）模拟器的类型及工作原理电压驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接通短路开关即可将蓄电池12V电源不经电阻R输送给喷油器，喷油器正常工作。当燃用燃气时，模拟器断开短路开关，此时汽油ECU仍能正常向喷油器输送喷油信号，由于接通喷油器搭铁回路后，蓄电池12V电源经过串联电阻R输送给喷油器，使通过喷油器的电流减小，喷油器线圈产生的电磁力不足以吸开针阀，所以喷油器不喷油，但输送给汽油ECU的仍是12V电压信号。下一页电流驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接通喷油器电路而断开电阻R电路，喷油器正常工作。当燃用燃气时，模拟器则断开喷油器电路而接通电阻R电路，喷油器不喷油，由于喷油器并联电阻与喷油器电阻相等，所以输送给汽油ECU的电流信号不变。a）电压驱动式喷油器b）电流驱动式喷油器三、点火提前调节器燃气与汽油的化学性质不同，在同一工况下的最佳点火提前角不同，所以在以汽油机改装的两用燃料发动机上，设有点火提前调节器，以满足发动机燃用燃气和燃用汽油时对点火提前角的不同需要。四、燃气喷射器1.国产HSV电控低压燃气喷射器工作过程2.天然气---柴油组合式喷射器工作过程1.国产HSV电控低压燃气喷射器工作过程：电磁线圈不通电时球阀在进气口和出气口两侧气体压差的作用下向右开启，使燃气经出气口喷出。当电磁阀通电时，衔铁在电磁力作用下向左移动，并通过顶杆使球阀向左关闭，停止燃气喷射。2.天然气---柴油组合式喷射器工作过程：当ECU发出喷射指令使控制电磁阀通电时，电磁阀关闭供油/回油通道，凸轮驱动柱塞向下运动压缩泵油腔内的柴油，柴油压力达到喷射始点压力，柴油针阀开启喷射引燃柴油。而后随着高压燃气进入喷射器内燃气压力腔，当凸轮顶点转过使柱塞开始上移（喷油基本结束），且燃气压力腔内的压力超过气体针阀回位弹簧的弹力时，将气体针阀顶起，使柴油喷射停止而燃气喷射开始。