天然气发动机培训教材.ppt
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1、,天然气发动机培训教材,疑难故障案例介绍,目 录,天然气发动机工作原理:LNG从气瓶体通过管路进入汽化器加热汽化,经过稳压罐稳压后由燃气滤清器滤清,之后通过电磁切断阀控制通断进入稳压器稳压,稳压后的燃气进入电控调压器控制后进入混合器混合,电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。CNG从压缩气瓶通过管路进入减压器减压至7-8bar后,经过滤清器进入热交换器。燃气经过热交换器加热后通过节温器进入FMV,由FMV控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。,天然气发动机woodward系统工作原理,燃料系统图,高压切断阀,=高压燃气:20-300 bar
2、,=低压燃气:8-10 bar,FMV燃料计量阀,混合器,高压滤清器,低压滤清器(选装),调压器,热交换器,节温器,气瓶,高压滤清器,至少能过滤95%的0.3 至0.6 微米微粒,滤清器能减少颗粒、润滑油对系统的污染。过滤油污保护减压器和FMV需要定期保养,滤清器未定期保养,导致减压器内存在油污杂质,腐蚀膜片。,高压切断阀,主动切断的安全装置刀阀 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12/24Volt都可提供电阻261(环境温度6080,高压切断阀的主要作用,按ECM指令将来自天然气瓶的燃料及时切断或恢复燃料供给由ECM供电控制电磁线圈工作驱动阀芯动作,来控制高压燃料切断阀开通
3、或闭合,使气路处于开、闭状态。停机后处于常闭状态。此阀安装过程中,进气端联接气瓶过来的管路,出气端联接高压减压器。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,并且锁紧接头使铜垫略有变形,有效密封。如果减压器失效,导致系统燃气压力异常增高时,关闭切断阀保护系统。,调压阀,最大允许入口压力为24.8MPa最小允许入口压力为1.72MPa出口压力89bar;流量057kg/hr工作温度:-40125泄压设置值:152bar,调压阀的作用及工作原理,作用:将高压天然气通过节流和加热,使高压的压缩天然气减压并稳定在8bar9bar的低压天然气。工作原理:通过压力膜片克服弹簧阻力,带动杠杆,调整
4、节流孔的流通面积,从而控制减压后的天然气压力。,热交换器,由于天然气从200bar降至8bar导致燃气温度大幅降低,此时热交换器采用叉流结构以避免燃气过冷和冷却液过热时导致热冲击。在冷却水温高于0C的发动机所有工况,热交换器能保证燃气始终高于-40,可防止进入燃料计量阀前的燃气结晶。,由于压缩天然气减压过程中要对外吸热,导致减压器和喷射器结冰,因此在减压器和喷射器之间还装有热交换器,利用发动机循环水对天然气进行加热。为了控制天然气温度恒定,由节温器对加热水流量进行控制。,天然气燃料计量阀实物图,燃气出口,燃气压力,BOSCH喷嘴,燃气温度,燃气入口,低压切断阀,燃料计量阀的组成及作用,8个脉宽
5、调制BOSCH(天然气)喷射阀一体式燃气压力传感器(NGP)一体式燃气温度传感器(NGT)一体式电磁切断阀节气门体上游喷射,保证良好的空气、燃气混合喷射阀与各缸时序对应(瞬态除外),OH2.0最多可支持12个喷嘴,每个喷嘴都单独控制,即一个驱动对应一个喷嘴。技术参数:工作电压是16V32V,每个喷射阀的峰值电流是4A,维持电流是1A;工作环境温度:-40125;燃气温度:-40 90;燃料计量阀的安装位置合理可靠;连接到燃料计量阀的线束和管路应保证没有干涉。在燃料计量阀上安装有压通式单向阀以用于检测燃气压力,安装燃料计量阀时应保证便于检测燃气压力。,空气控制系统图,OH1.2,OH1.2,En
6、gine,Engine,Controller,Controller,Engine,发动机,电子节气门,增压器,Air,Air,Filter,Filter,空气滤清器,节气门位置反馈,中冷器,废气控制阀,排气,空气、燃气混合,新鲜空气,节气门前压力传感器,进气温度、压力传感器,混合器,氧传感器,油门脚踏板,电子节气门,电子节气门开度ECM控制控制信号为脉宽调制信号 占空比由10%到90%节气门开度命令信号可同反馈信号对比节气门的动作可以由软件设定,使得对发动机转速的控制更加灵活,混合器,非运动件注:1)形状很重要 2)出入口的清洁很重要,废气旁通控制阀,废气旁通控制阀的相关注意点ON/OFF电磁
7、阀开启频率为30HZ或50HZ增压空气和废气控制阀的正确连接非常重要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(注: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,废气旁通阀各部分图,带有小孔和网筛的接头,消声器,增压空气源,至废气控制阀,此阀带有更大的小孔和30Hz开启/关闭频率,废气门控制阀用于对增压器增压压力进行调节,以控制发动机功率达到目标值,并保证发动机具有良好的动态性能,因此发动机废气门工作状态对发动机的动力性能起着重要的作用
8、。通过控制废气旁通控制阀的占空比,控制废气旁通阀的出口压力,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,满足公交车频繁起动的工作要求。,增压器废气门控制用压缩空气管路示意图,Bosch LSU氧传感器,UEGO:测量排气氧含量能使系统正常运行的关键的传感器OH2.0ECM可以测量出从稀燃50%到富燃10%的计量比,作用:通过检测排气中的氧分子浓度,从而测量燃烧时的空燃比,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管下游35倍排气管直径(大约250400mm)的地方。氧传感器不能安装在排气管下方或转弯处,安装位置处不能进雨水,氧传感器和发动机之间
9、最好有隔热罩等隔热装置氧传感器失灵或线束及接插件接触不良时,会造成气耗大、转速不稳等故障。,点火控制系统示意图,感应式点火线圈,护套,点火线圈体(初级和次级线圈),接插头,感应式点火线圈,感应式点火线圈初级电子绕线存储电流具有多个绕线的次级线圈用来进行变压转换(电压上升),点火线圈,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。该车采用的是独立点火方式,每一个气缸由一个独立的点火线圈控制点火。安装时拧紧点火线圈安装螺栓,以保证点火线胶套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
10、电弧,弹簧与火花塞头部易受热氧化,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。,点火控制模块(ICM),ICM只是一个驱动盒,在点火线圈开始充电时它从ECM接收到信号当来自于ECM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2)初级电流上升到6.5A3)在触发信号下降前初级电流保持在6.5A4)当触发信号下降时,ICM驱动电流降低到初级电流5)产生火花6)来自ECM的复位脉冲触发ICM再次在第一缸点火,点火模块(ICM)里面有专门的整流稳压电路以保证在任何电池电压下都能够达到所需的电流。点火线圈储存能量的过程称为充电,充电电流开始的时候称充电开始时
11、刻,充电开始时刻和结束时刻之间的时间就是充电时间。与喷射正时不同,点火正时控制的关键就是控制充电结束时刻。这个动作必须发生在一定的角度位置以得到正确的点火正时。工作电压:1832V,最大工作电流:25A 工作环境:-40125 外壳需要接地,火花塞,1、绝缘体2、火花塞头部3、密封垫圈4、中间柱体5、火花塞体7、垫圈8、电极9、密封垫圈10、中心电极11、地电极,作用:接收来自点火线圈的高压电,产生电火花,点燃进入气缸内的混合气安装要求:安装时拧紧火花塞,拧紧火花塞必须使用专用火花塞套筒。由于高压电源会接触表面产生电弧,弹簧与火化塞头部易受热氧化,导致接触部位电阻过大,分压作用过大导致火花塞点
12、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管。在胶套与火花塞接触的陶瓷部位应涂抹绝缘润滑油脂,以防止因胶套老化导致火花塞与缸盖之间漏电。对于冠军火花塞使用3540NM拧紧火花塞。,天然气发动机Econtrols系统工作原理,天然气发动机系统原理图,天然气瓶,混合器,电控调压器,汽化器,天然气滤清器,稳压器,低压电磁阀,中低压减压器,电子节气门,燃料供给系统,汽化器:通过吸收热量,把天然气转变为气态。稳压器:把汽化器之后的压力降低。该螺柱往顺时针方向扭,可以减少压力,往逆时针方向扭,增大压力。为了保证发动机顺利启动,怠速稳定,建议此稳压器的压力设定为8公斤
13、至9公斤。,汽化器,稳压器,低压电磁阀部件,工作原理及安装要求: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。,低压电磁阀,中低压减压器,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。,中低压减压器,电控调压器,电控调压器部件,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
14、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。,混合器部件,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。,混合器,电子节气门,电子节气门
15、,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,电瓶,ECU,点火线圈,火花塞,点火线圈,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
16、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。,火花塞,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:30NM。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
17、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:0.480.08mm,进气压力控制系统,增压器,空滤,增压中冷后进歧管,整车储气筒,废气旁通控制阀,增压器旁通阀,空气调压阀,废气旁通控制阀,压力传感器,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。,废气旁通控制阀工作原理示意图,防喘振阀,作
18、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25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25的连接管由整车厂配套。,防喘振阀,氧传感器,氧传感器,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35倍排气管直径(大约250-4
19、00mm)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。,大气环境传感器,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
20、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:-40105安装螺栓:2xM6x1拧紧力矩:最大3.3NM,曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器,结构:磁脉冲式功用: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。,注:需定期检查曲轴转速传
21、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(1.00.5)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:(82)Nm。,电子油门踏板,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。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
22、位置。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。,电子控制模块,电子控制模块,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。工作环境:温度:-40105工作电压:632V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。,疑难故障案例介绍,发动机无法起动,第一步:根据故障灯读取故障代码,确定故障点,若无法确定转下一步。第二步:检查档位是否处于空档位置、空档开
23、关是否正常;检查副熄火开关是否正常,若还无法起动转下一步。第三步:检查整车起动线路及电瓶是否正常,若还无法起动转下一步。第四步:判断起动机工作是否正常,若还无法起动转下一步。第五步:检查点火系统是否正常,若还无法起动转下一步。第六步:检查气瓶压力是否正常,检查NGP 燃气压力是否正常,并进一步检查FMV 出气接口是否出气。第七步:拆开信号发生器盖,检查点火正时是否正常。第八步:测试节气门是否工作正常。第九步:检查发动机本体部分,如气门间隙等。第十步:若是主机厂内调试,考虑气瓶内的气质成分;若发动机运行时间较长,检查氧传感器接插件是否短路,空气气路是否堵塞严重,混合器小孔是否堵塞等。,发动机起动
24、困难,第一步:检查起动机是否正常及电瓶电量是否充足,若不能顺利起动转下一步。第二步:读取故障代码,确定故障点,若无则转下一步。第三步:检查点火系统是否正常,若不能顺利起动转下一步。第四步:检查燃气供给系统是否正常,若不能顺利起动转下一步。第五步:检查凸轮轴转速传感器及插头是否损坏、牢固、清洁,点火正时是否正确。,发动机自动熄火,第一步 用检测软件进行故障诊断,排除现有电气故障。第二步 检查气瓶压力,检查整车工作过程中NGP变化是否正常。第三步 检查火花塞高压线,用监测软件对点火系统进行故障诊断。第四步 检查空气进气管路和增压器,检查MAP是否正常。第五步 检查整车供电,供电是否正常。,发动机动
25、力不足,第一步 用检测软件进行故障诊断,排除现有故障。第二步 检查气瓶压力,检查整车工作过程中NGP变化是否正常。第三步 检查火花塞高压线,用监测软件对点火系统进行故障诊断。第四步 检查空气进气管路和增压器,检查MAP是否正常。,发动机怠速不稳,第一步 用检测软件进行故障诊断,排除现有故障。第二步 检查气瓶压力,检查整车工作过程中NGP变化是否正常。第三步 检查火花塞、高压线,用监测软件对点火系统进行故障诊断。第四步 检查空气进气管路和增压器,检查MAP是否正常。第五步 使用监测软件对电子节气门进行故障诊断。第六步 检查气门间隙、点火提前角。,发动机放炮,第一步 检查火花塞,用监测软件对点火系
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