3、与柴油和汽油相比，天然气更具有价格上的优势。下图给出了汽油、柴油以及压缩天然气的价格变更情况。 中石油、中石化、中海油和新奥能源等国内大型天然气供应公司都已经把天然气汽车作为重点业务领域，计划投入巨资建设加气站，发展车用天然气。预计“十二五”期间，在国家天然气输送管道和国家干线公路沿线、沿海LNG 接收站周边地区和天然气供应较充足的城市，将新建大批加气站，国内天然气加气站总量将增长2倍以上，达到5000座左右， 车用天然气供气能力 将达到400亿-500亿立 方米/年。而依照国家 规划，到2020年，全 国要建成车用天然气 加注站约12000座。 1、燃烧机理：天然气发动机是点燃式发动机，与汽油机类似；柴油机是压燃式发动机 。 天然气发动机与柴油机相比，排温高、爆发压力低、振动噪声小。 右图是同平台柴油机与气体机 的缸盖温度场图，可见气体机 缸盖气门间不但温度高，而且 高温区比较宽广。 2、燃料供给系统： 柴油机的燃料通过油泵、高压油轨、油嘴喷入气缸，通过高压雾化与空气混合，形成可燃混合气。 天然气发动机的燃料通过减压器（或汽化器）、喷嘴、与空气在进气管或气道内混合，进入气缸燃烧做功。 3、点火系统： 柴油机是压燃式发动机，活塞上行压缩过程中，混合气自行着火。 天然气发动机是点燃式发动机，需要火花塞发出高压电弧，点燃混合气。 4、电控系统： 电控系统本质上都是根据发动机工况和外部环境，精确的控制燃料和空气的供给量和点火时间，以达到最优的性能和排放。 由于供应商的不同，其控制策略和逻辑也不完全一样。 7、空燃比的控制： 为取得良好的经济性能，天然气发动机控制在接近爆震边缘，混合气过稀或过浓可能会引起发动机失火和爆震等非正常燃烧，并且随着发动机的升级强化，平均有效压力（BMEP）增加，正常的燃烧区域变得更窄，右图为平均有效压力和空燃比对发动机燃烧的影响情况 7、进排气系统（气门副零件）： 由于燃料的不同，排温升高，相对于柴油机，气体机对气门副（气门、气门座和气门导管）提出了更苛刻的要求。 下图是气体机进排气门座圈的磨损形式及成因： 天然气发动机的气门副材料有如下特点： 气体机气门副的材料，需要提高耐磨损性、耐凝着性及耐热性： 气门座及气门导管：一般都会采用粉末冶金材料，添加自身润滑性以及扩散性优秀的金属间化合物粒子；提高材料密度，高合金化，进而提高基地强度。 气门：主要是提高耐磨损性。一般都会采用锥面堆焊合金材料，杆身氮化（与气门导管间的滑动改善要求）。 阀杆密封圈：一般都会采用多唇口结构，能够保证密封的同时储存微量润滑油，改善气门导管与气门的摩擦。 天然气发动机的气门副结构有如下特点： 天然气发动机气门锥角比柴油机的气门大，以减小气门落座冲击力，从而减小磨损。 下图是气门锥角对气门落座冲击力的影响图 8、活塞环零件： 与柴油机不同，由于节气门的使用，在怠速及小负荷工况下，天然气发动机在进气行程中，气缸内有很大的真空度，导致机油窜入气缸，产生积炭，致使发动机机油耗升高、排放恶化、同时点火系统的可靠性也大受影响 为达到排放要求，与柴油机相比，天然气发动机的活塞环需增加密封效果和刮油效果；由于缸内爆发压力没有柴油机高，天然气发动机的活塞环的强度要求可以适当降低。 催化氧化转换器（DOC）是在蜂窝陶瓷载体或金属蜂窝载体上涂覆贵金属催化剂（如Pt、Pd等），以降低发动机排气中的碳氢化合物（Cn Hm）。一氧化碳和微粒中的可溶性有机成分（SOF）等的化学反应活化能，使这些物质能与排气中的氧气在较低的温度下进行氧化反应，转化为二氧化碳和水。DOC由于不需要再生系统和控制装置，具有结构相对比较简单。可靠性好的特点。 影响DOC性能的主体问题是含硫量和排气温度。较高的排气温度有助于SOF的氧化，提高转化效率，但是尾气温度过高（400～500℃以上），SOF和排气中的硫转化成硫酸盐的量将大幅度提升，这样有可能使总的颗粒量增加；此外硫酸盐覆盖在氧化型催化转化器载体的内表面将使得催化剂失去活性，大幅度的降低其转化效率，并降低催化器的寿命。因此为使氧化型催化转化器能战场发挥作用，需要降低CNG的含硫量和提高催化剂本身的抗硫性。 双级减压器 重型发动机双级减压器（HD DSR）是一个全机械减压器，分为天然气和液化石油气两个型号 上游必须装配一个电磁截断阀以防止发动机停机时燃料继续通过 ◇ 全机械压力调节 ◇ 可安装于发动机或底盘车架上（需要防振安装） ◇ 额定进气压力条件下，一只DSR即可满足250KW发动机流量 ◇ 进气压力1725kPa，出气压力为3.5kPa ◇ 进气温度不能低于-40℃ 空气-燃料混合器 功率增大时向外移动 功率减小时向内移动 E480空气/燃料混合器适用于大功率车用机，分为天然气和液化石油气几个型号。 ◇ 高速燃料计量响应； ◇ 优化的设计适用于不同路况道路车辆增 压发动机； ◇ 与DEPR集成设计、内置压力反馈通道； ◇ 抗回火损坏； ◇ 各缸进气均匀性好； 混合器可以就一定的燃料供应压力，按容积空气流量，以一定的比例对燃料进行计量 防喘振阀 保护增压发动机的涡轮增压器 ◇ 消除涡轮增压器喘振 ◇ 根据增压压力的不同，可提供多种规格和型号 ◇ 最大适用于450bhp的发动机 ◇ 延长增压器常规使用的寿命 废气旁通控制阀 废气门控制阀是一个比例式三通道电磁阀 由ECM通过脉宽调制精确控制发动机各种工况下所需的增压压力 ◇ 使增压器废气阀功能作更平稳、耐久 ◇ 操控性能好 ◇ 响应快速 ◇ 集成的废气阀压力测量 ◇ 可控VGT ◇ 介质温度范围：-40℃—130℃ ◇ 最大容许振动级：任何方向都为8G 电子节气门 电子节气门用来控制空气-燃料混合气送往发动机的速度，从而辅助实现负荷控制和调速功能。 ◇ 开闭速度为50ms的快速瞬态响应能力 ◇ 密封压力和工作最大压力为3bar ◇ 可靠性高、响应速度快 ◇ 正常工作电压为6-16VDC，工作时候的温度为-40℃-140℃ 大气环境传感器 ◇ 可测量相对湿度 ◇ 特定湿度的运算 ◇ 可测量空气温度 ◇ 可测量大气压力值 提供发动机空气源的湿度信息，ECM可根据湿度来优化点火正时、燃料速率和增压水平。 BOSCH宽域氧传感器 由一个窄带氧传感器（HEGO）、一个尾气泵室和一个传导通道组成 传感器工作时，小股尾气流入尾气泵室，传感器按其中的氧浓度高低生成一个或高或低的电压信号，传输给ECM后，ECM据此调节空气和燃料比例，使之控制在标定PHI。 节气门入口压力（TIP）和进气歧管温度压力（TMAP）传感器 节气门入口压力（TIP） 进气歧管压力（MAP） 进气歧管温度（MAT） 评估排气歧管的前级涡轮压力（PTP） 计算气流压力 在计算空气质量流量中被用作密度修正 爆震传感器 ◇ 向ECM提供有关发动机爆震的信息 探测到的爆震通过低压正弦波以特定频率传输到ECM 外观相同、部件号不同的装置不具有互换性 ◇ 按照发动机结构选择的压电式加速计 凸轮轴位置（CMP）和曲轴位置（CNP）传感器 ◇ CNP传感器提供发动机转速信息 ◇ CMP传感器通知ECM哪个气缸处于压缩状态，并向这个气缸 发出点火指令。（ECM只在燃烧循环时启动点火线圈） 发动机冷却液温度（ ECT）传感器 ◇ 点火正时、燃料速率和增压水平可配置为随着发动机冷却液温度的变化而变化 低压电磁阀（电磁式燃料截止电磁阀） ◇ 发动机停机时将EPR（电控调压器）及其下游所有部件与上游 的燃料压力阻断。 ◇ 系统机械化要求关闭截止阀的同时也能阻断大功率电控调压器 （HD EPR），以将下游获得的燃料量减到最少。 火花塞 ◇ 大功率稀薄燃烧发动机需要的点火电压可达到4kV或更高 接触式油门踏板 驾驶员通过电子油门踏板驱动和控制发动机的运行工况，反映驾驶员的实际动力需求 一汽自主FNG系统采用多点喷射，相比WOODWARD和ECONTROL系统的单点喷射，其优点主要有： 瞬态响应性好，整车加、减速时间短，换档更顺畅 低速动力性更好 空燃比控制更精确 喷气正时可自由控制 更易实现国Ⅴ排放，尤其是ETC（瞬态循环试验） /WHTC 更低的燃气消耗 无回火放炮现象 3、一汽自主FNG系统（LNG） FNG系统示意图 ◇ 车速限制功能 FNG电控系统功能 ◇ 排气制动功能及发动机制动功能 ◇ 巡航功能 ◇ PTO功能 ◇ CAN通讯 FNG系统零部件介绍及技术特点 大流量喷嘴 核心技术方案-自主喷嘴 ◇ 侧向进气； ◇ 金属与非金属的面密封方式； ◇ 阀芯与底座上橡胶材料为氟橡胶； ◇ 阀芯及阀套表面增加特氟龙（Teflon）涂层，降低摩擦系数及防止天然气腐蚀； ◇ 采用PWM驱动，驱动电流峰值8.5A，维持2.5A。 ECU ◇ 一体式设计，机体安装，外观尺寸适中 ◇ 两个插接件，功能分配合理 ◇ ECU管脚154针 ◇ 认证规范齐全、标准合理 防喘振阀 保护增压发动机的涡轮增压器 ◇ 消除涡轮增压器喘振 ◇ 根据增压压力的不同，可提供多种规格和型号 ◇ 最大适用于450bhp的发动机 ◇ 延长增压器常规使用的寿命 废气旁通控制阀 废气门控制阀是一个比例式三通道电磁阀 由ECM通过脉宽调制精确控制发动机各种工况下所需的增压压力 ◇ 使增压器废气阀功能作更平稳、耐久 ◇ 操控性能好 ◇ 响应快速 ◇ 集成的废气阀压力测量 ◇ 可控VGT ◇ 介质温度范围：-40℃—130℃ ◇ 最大容许振动级：任何方向都为8G 电子节气门 电子节气门用来控制空气-燃料混合气送往发动机的速度，从而辅助实现负荷控制和调速功能。 ◇ 开闭速度为50ms的快速瞬态响应能力 ◇ 密封压力和工作最大压力为3bar ◇ 可靠性高、响应速度快 ◇ 正常工作电压为6-16VDC，工作时候的温度为-40℃-140℃ 大气环境传感器 ◇ 可测量相对湿度 ◇ 特定湿度的运算 ◇ 可测量空气温度 ◇ 可测量大气压力值 提供发动机空气源的湿度信息，ECM可根据湿度来优化点火正时、燃料速率和增压水平。 BOSCH宽域氧传感器 由一个窄带氧传感器（HEGO）、一个尾气泵室和一个传导通道组成 传感器工作时，小股尾气流入尾气泵室，传感器按其中的氧浓度高低生成一个或高或低的电压信号，传输给ECM后，ECM据此调节空气和燃料比例，使之控制在标定PHI。 节气门入口压力（TIP）和进气歧管温度压力（TMAP）传感器 节气门入口压力（TIP） 进气歧管压力（MAP） 进气歧管温度（MAT） 评估排气歧管的前级涡轮压力（PTP） 计算气流压力 在计算空气质量流量中被用作密度修正 爆震传感器 ◇ 向ECM提供有关发动机爆震的信息 探测到的爆震通过低压正弦波以特定频率传输到ECM 外观相同、部件号不同的装置不具有互换性 ◇ 按照发动机结构选择的压电式加速计 凸轮轴位置（CMP）和曲轴位置（CNP）传感器 ◇ CNP传感器提供发动机转速信息 ◇ CMP传感器通知ECU哪个气缸处于压缩状态，并向这个气缸 发出点火指令。（ECU只在燃烧循环时启动点火线圈） 发动机冷却液温度（ ECT）传感器 ◇ 点火正时、燃料速率和增压水平可配置为随着发动机冷却液温度的变化而变化 减压器与电磁阀集成 ◇ 发动机停机时将减压器及其下游所有部件与上游的燃料压力阻断。 ◇ 进气压力1725kPa，出气压力为3.5kPa 火花塞 ◇ 大功率稀薄燃烧发动机需要的点火电压可达到4kV或更高 接触式油门踏板 驾驶员通过电子油门踏板驱动和控制发动机的运行工况，反映驾驶员的实际动力需求 3、后处理器 3.1、催化氧化后处理器（DOC） 275 ≤2000 使用海拔 m ≥-25℃ 使用环境温度 ℃ 外观尺寸(长X宽X高)mm 1250 重量kg（不带后处理） 无 制动系统 E-CONTROL电控LNG/CNG单点喷射系统 供气系统 稀燃 催化氧化 技术路线 最大扭矩转速 r/min 1700 1650 1600 1550 最大扭矩 N·m 1900 最大净功率转速 r/min 309 287 272 258 最大净功率 kW 1900 额定功率转速 r/min 312 290 261 额定功率 kW 12.53 排量 L CA6SN1-42E5N CA6SN1-39E5N CA6SN1-37E5N CA6SN1-35E5N 发动机型号 CA6SN1 产品平台 五、我厂电控燃气系统介绍 WOODWARD系统（CNG） ECONTROL系统（LNG） 一汽自主FNG系统（LNG） 后处理 第一代-机械混合式 第二代-电控混合式 第三代-电控喷射或电控调压 第四代-缸内直喷 原理：通过减压器和混合器控制进入发动机的燃料量。 优点：系统简单、成本低。 缺点：燃烧不稳定、燃料控制精度低、顺态响应性及燃气经济性差。 排放：国Ⅰ、国Ⅱ。 第3代为当代主流系统。 型式：喷嘴控制和电控调压器控制。 原理：由ECU控制燃料控制器，将燃气喷入进气管与空气混合后，进入气缸燃烧。 优点：燃料控制精度高、发动机燃烧稳定。 缺点：系统复杂、成本高。 排放：国Ⅳ、国Ⅴ、国Ⅵ 。 供应商代表：WOODWARD、BOSCH、EControls。 第四代技术只是在预研阶段，市场并无批量产品。 原理：由柴油压燃点火，燃烧主要靠燃气(30MPa） 优点：燃料响应性快、高压缩比、高性能。 缺点：系统复杂、技术难度大、成本高。 排放：国Ⅴ、国Ⅵ 。 供应商代表：加拿大西港。 天然气系统的发展 我厂应用的系统有WOODWARD系统、 ECONTROL系统和最新的一汽自主FNG系统。 三种系统中，WOODWARD系统最早进入中国，系统也较为成熟，国内潍柴采用此系统,我厂在6SF\6SL的CNG发动机上采用此系统，升级到国Ⅴ阶段后，我厂已不采用此系统； ECONTROL系统发展较晚，国内玉柴主要是采用此系统，我厂的四个天然气平台6SF\6SL\6SM\6SN的均采用此系统； 一汽自主FNG系统最近才开发，相比WOODWARD系统和ECONTROL系统，具有独特的多点喷射的功能。 三种系统都有自己的特点，但最大的不同点在于对燃料的控制方式的不同： WOODWARD和FNG系统采用的是电控天然气流量控制阀及喷嘴（单点或多点)。通过电控喷嘴的开启和关闭控制发动机的燃料供给。 ECONTROLS采用的是电控调压器（DEPR或CFV)。通过调节混合器的供气压力来控制发动机的燃料供给速度，采用连续压力流喷射燃料。相对于单点喷射，在保持控制精度的同时，由于燃料是连续控制进入气缸，燃料的响应性能得到提高；相对于多点喷射，由于燃料是由进气总管进入，能够保证各缸混合气浓度的均匀性。有利于发动机采用稀薄燃烧方式达到更低的排放，且更易实现LPG、CNG、LNG共用一套电控系统。其缺点是，电控调压器需配二级减压器和混合器，在发动机上布置较为困难。 1、Woodward燃气系统介绍（CNG） 储气瓶中的压缩天然气经滤清器过滤 天然气经高压电磁阀控制通断&减压器减压后进入喷射器 喷射器根据ECU的指令控制天然气流量 天然气在混合器中与增压中冷后的空气混合 节气门根据驾驶员要求控制开度 混合气进入气缸燃烧 系统示意图 CNG供给系统工作原理 CNG高压部件 减压器前压力：20MPa 减压后压力：0.8MPa 减压后天然气温度：-30℃-40℃ 电控系统额定工作电压：DC24V 电控系统额定工作电流：15A 燃气及电控系统参数 ◇ 车速限制功能 Woodward电控系统功能 ◇ 排气制动功能及发动机制动功能 ◇ 巡航功能 ◇ 电子风扇 ◇ PTO功能 ◇ CAN通讯 Woodward燃气系统零部件介绍及技术特点 高压电磁阀 技术特点： ◇ 主动切断的安全保护装置。 ◇ 开关导通启动延时特性能确保发动机启动前阀 两端压力相等。 ◇ 高压电磁阀在钥匙开关上电时会打开，如果不 起动发动机，一段时间间隔后会关闭。 高压减压器 技术特点： ◇ 把气瓶里高压天然气减为喷嘴进口的低压天然气 ◇ 减压器工作前压力为200-300bar 减压之后压力6-10bar ◇ 减压器有一个进水口，一个出水口；一个进气 口，一个出气口。 热交换器 采用原因： CNG从200bar降至8bar导致燃气温度过低。 结构： 采用叉流结构以避免因燃气过低和冷却液过热时导致的热冲击。 作用： ◇ 在冷却水温度高于0度的发动机所有工况， 热交换器能保证燃气始终高于-40度 ◇ 可防止进入燃料计量阀前燃气结晶 ◇ 冷却水温度高于83度时燃气温度高于0度，避免燃气中的水分结冰影响燃料计量阀性能。 FMV总成 FMV到混合器压力= PTP+0-0.5bar 技术特点： ◇ 安装在节气门体上游 ◇ 一体式燃气压力传感器NGP ◇ 一体式燃气温度传感器NGT ◇ 一体式低压电磁阀 ◇ 脉宽控制流量，流量不受下游压力的影响，只受NGP，NGT和分子 量的影响。 电子节气门 技术特点： ◇ 实现发动机的远程控制，减轻驾驶员操作负担 ◇ 在低转速下根据整车功率需求，自动调节发动 机功率输出 节气门开度由ECU控制，控制信号为脉宽调制信号，开度命令信号可同反馈信号对比。 点火模块 主要特征： ◇ 点火模块主要是用来控制点火时间， 按时序发出点火信号。 点火线圈 主要特征： ◇ 高能点火线万伏 点火线圈包括两部分：火花塞胶套和点火线圈 火花塞 火花塞生产厂：冠军CHAMPION 火花塞间隙： 0.40-0.55mm 火花塞型号： RC78PYP15 安装部位尺寸：M14*1.25 废气放气控制阀 主要特征： ◇ 控制增压器废气门开度，精确控制发动机扭矩 开启标准： 通过调节压缩空气压力使增压器完全打开，压缩空气减压器正常值为0.26MPa，可以使增压器废气门完全打开。 进气温度压力传感器 用途： 用来测量进气压力，燃料喷射计算，增压控制 PTP传感器：用来测量节气门前压力 TMAP传感器：用来测量节气门后混合气压力和温度 凸轮轴信号传感器 主要特征： ◇电磁式凸轮轴信号传感器，测量发动 机转速及凸轮轴信号 传感器于信号盘的间距：0.5mm-1.5mm。 氧传感器 主要特征： ◇ 宽域氧传感器，实现空燃比闭环控制 氧传感器型号：LSU4.2 生产厂：BOSCH 2、Econtrols系统（LNG） Econtrols使用其HD 4G 稀燃控制管理系统。 稀燃控制策略优点： ◇ 驾驶性好并且在满足排放要求的前提下，燃料消耗经济性最优化 ◇ 环境适应性好，对不同海拔高度、燃料气质、湿度和环境和温度的适 应性都很好 ◇ BMEP最大化,即最好的燃料经济性和千瓦消耗率。（优化设计后在燃料气质能保证的前提下可以接近柴油的BMEP） ◇ 可靠性和耐久性非常高 ◇ 热负荷接近柴油机 ◇ 发动机排放好、有利于降低车辆后处理成本。使用氧化催化器可达欧III至欧V排放、使用SCR可达欧VI排放标准 该方案是高功率密度、高耐久性能的增压发动机的最合适的选择 Econtrol系统示意图 燃料特性—LNG液化天然气，储存温度-162℃,压力5-15bar，气瓶容积可选，续驶里程300-900公里 压力表 主安全阀 副安全阀 气相阀 经济阀 调压阀 进液止回阀 出液阀 过流阀 1m3液体变成591m3气体（为大约值） 1:591 液/气 20℃ 5~15 % 可 燃 极 限 汽油的为390~420℃ 538 ℃ 自 燃 温 度 1atm,20℃条件下， 0.718 Kg/m3 气 态 密 度 1atm,－162条件下 426 Kg/m3 液 体 密 度 1atm条件下，液体向固体转化点 －182.5 ℃ 冰 点 1atm条件下，液体向气体转化点 －162 ℃ 沸 点 备 注 参 数 单 位 性 质 LNG燃料特性 ◇ 车速限制功能 Econtrols电控系统功能 ◇ 排气制动功能及发动机制动功能 ◇ 巡航功能 ◇ PTO功能 ◇ CAN通讯 Econtrol系统零部件介绍及技术特点 HD 4G ECM ——发动机管理系统的核心 ◇ 200MHz、速度大于240MIPS的主处理器 ◇

  天津大学812 自动控制原理课件 第5章 线性系统的频域分析法.ppt

  外研版（三起点）英语五年级下册Module5模块单元课件全套.pptx

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者