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1、燃气发动机电控技术燃气发动机电控技术简介简介第七章第七章燃气发动机电控技术简介燃气发动机电控技术简介第一节第一节第一节第一节概概概概 述述述述 第二节第二节第二节第二节两用燃料发动机混合器供气电两用燃料发动机混合器供气电两用燃料发动机混合器供气电两用燃料发动机混合器供气电控系统控系统控系统控系统 第三节第三节第三节第三节混合燃料发动机混合器供气电混合燃料发动机混合器供气电混合燃料发动机混合器供气电混合燃料发动机混合器供气电控系统控系统控系统控系统 第四节第四节第四节第四节电控燃气喷射系统电控燃气喷射系统电控燃气喷射系统电控燃气喷射系统 第五节第五节第五节第五节电控燃气供给系统主要元件电控燃气供
2、给系统主要元件电控燃气供给系统主要元件电控燃气供给系统主要元件 第一节第一节概概述述一、燃气汽车的发展一、燃气汽车的发展二、燃气汽车的类型二、燃气汽车的类型三、燃气发动机供给系统三、燃气发动机供给系统一、燃气汽一、燃气汽车车的的发发展展1.燃气汽车的发展历程燃气汽车的发展历程2.我国燃气汽车的发展现状我国燃气汽车的发展现状3.燃气汽车的发展趋势燃气汽车的发展趋势1.燃气汽车的发展历程：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。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。七十年代燃气汽
3、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我国燃气汽车的发展现状20世纪世纪50时年代开始天然气汽车的研究；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；年代中期开始发展天然气汽车；1994年年起起上上海海组组织织开开展展液液化化石石油油气气燃燃气气汽汽车车样样车车的的适适用用及及研究；研究；2001年底我国燃气汽车保有量已超过年底我国燃气汽车保有量已超过11万辆万辆,预计到预计到2005年，我国燃气汽车的保有量将达到年，我国燃气汽车的保有量将达到100万辆，到万辆，到2001年将达到年将达到150万量。万量。
4、3.燃气汽车的发展趋势燃气汽车的发展趋势目目前前，两两用用燃燃料料单单点点喷喷射射系系统统和和单单一一燃燃料料（天天然然气气或或液液化化石石油油气气）闭闭环环多多点点顺顺序序喷喷射射系系统统相相继继问问世世，而而闭闭环环多多点点顺顺序序喷喷射射系系统统是是当当今今燃燃气气发发动动机机电电控技术发展的主流和方向。控技术发展的主流和方向。二、燃气汽二、燃气汽车车的的类类型型1.按所用气体燃料的种类按所用气体燃料的种类液液化化石石油油气气汽汽车车、天天然然气气汽汽车车、液液化化石石油油气气汽汽车车以以液液化石油气作为燃料；天然气汽车以天然气作为燃料。化石油气作为燃料；天然气汽车以天然气作为燃料。2.
5、按所用燃料的数量和形式按所用燃料的数量和形式单单燃燃料料燃燃气气汽汽车车、两两用用燃燃料料燃燃气气汽汽车车、混混合合燃燃料料燃燃气气汽汽车车单单燃燃料料燃燃气气汽汽车车只只使使用用天天然然气气或或液液化化石石油油气气中中的的一一种种作为发动机燃料。作为发动机燃料。三、燃气三、燃气发动发动机供机供给给系系统统1.燃气发动机供给系统类型燃气发动机供给系统类型2.机械控制式燃气供给系统机械控制式燃气供给系统1.燃气发动机供给系统类型燃气发动机供给系统类型（1）按燃气供给量的控制方式）按燃气供给量的控制方式（2）按燃气供给方式）按燃气供给方式（3）按空燃比控制方式）按空燃比控制方式（4）按发动机的类型
6、）按发动机的类型（1）按燃气供给量的控制方式）按燃气供给量的控制方式机机械械控控制制式式燃燃气气供供给给系系统统、电电子子控控制制式式燃燃气气供供给给系系统统、电电子子控控制制式式燃燃气气供供给给系系统统由由各各种种传传感感器器采采集集并并向向ECU输输送送发发动动机机的的工工况况信信息息，ECU则则根根据据这这些些信信息息和和内内存存控控制制模模型型直直接接控控制制功功率率阀阀或或燃燃气气喷喷射射器器工工作作，以以实实现对供气量的控制。现对供气量的控制。电电子子控控制制式式燃燃气气供供给给系系统统的的燃燃气气与与空空气气可可以以采采用用缸缸内内混混合合方方式式，也也可可采用缸外混合方式。采用
7、缸外混合方式。（2）按燃气供给方式）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、燃气喷射系统混混合合气气供供给给系系统统的的燃燃气气与与空空气气采采用用缸缸外外混混合合方方式式，与与传传统统的的化化油油器式汽油发动机类似。器式汽油发动机类似。燃燃气气喷喷射射系系统统与与空空气气可可以以采采用用缸缸内内混混合合方方式式，也也可可采采用用缸缸外外混混合合方式。方式。缸缸内内混混合合方方式式与与柴柴油油机机类类似似，在在发发动动机机压压缩缩行行程程接接近近上上止止点点时时，将将一一定定量量的的燃燃气气经经安安装装在在气气缸缸盖盖上上的的高高压压燃燃料料阀阀（或或喷喷嘴嘴）直直接接喷喷入
8、入气缸，在气缸内部使燃气与空气混合形成可燃混合气。气缸，在气缸内部使燃气与空气混合形成可燃混合气。缸缸外外混混合合方方式式是是将将燃燃气气定定时时、定定量量的的喷喷入入各各缸缸进进气气歧歧管管中中的的进进气气门处。门处。（3）按空燃比控制方式）按空燃比控制方式开环控制系统和闭环控制系统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机械控制燃气供给系统均属开环控制系统闭闭环环控控制制系系统统是是由由ECU根根据据氧氧传传感感器器的的反反馈馈信信号号对对供供气气量进行修正。量进行修正。（4）按发动机的类型）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、混单燃料发动机供
9、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。合燃料发动机供给系统。2.机械控制式燃气供给系机械控制式燃气供给系统统（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（2）两用燃料发动机供气系统）两用燃料发动机供气系统（3）燃料发动机供给系统）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单单燃燃料料发发动动机机燃燃气气供供给给系系统统一一般般利利用用节节气气门门根根据据工工况况要要求求实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。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）两用燃料发动机供气系统化化油
10、油器器式式汽汽油油机机改改装装的的汽汽油油/CNG两两用用燃燃料料发发动动机机供供给给系系统统结结构构特特点点：即即在在原原汽汽油油机机上上加加装装一一套套CNG燃燃气气供供给给系系统统，包包括括高高压压钢钢瓶瓶、高高压压管管路路、滤滤清清器器、调调节节器器、混混合合器器等等，在在燃燃用用天天然然气气时时，替替代代原原汽油机供给系统向发动机提供天然气空气混合气。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料转换开关控制两个电磁阀实现燃用汽油与LPG的
11、切换，的切换，LPG经过经过滤清器过滤后，进入调节器进行减压并蒸发，气态的滤清器过滤后，进入调节器进行减压并蒸发，气态的LPG流入混合流入混合器与空气混合形成可燃混合气进入气缸。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）燃料发动机供给系统柴柴油油/CNG混混合合燃燃料料发发动动机机供供给给系系统统组组成成：燃燃料料供供给给系系统统、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。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。第二节第二节两用燃料发动机混合器两用燃料发动机混合器供气电控系统供气电控系统一、电控燃气供给系统的功能一、电控燃气供给系统的功能二
12、、混合器供气电控系统的组成二、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一、电控燃气供给系统的功能1.模拟汽油喷射信号模拟汽油喷射信号发发动动机机在在燃燃用用燃燃气气时时必必须须在在切切断断汽汽油油喷喷射射的的同同时时，由由电电控控燃燃气气供供给给系系统统向向汽汽油油ECU输输入入模模拟拟的的汽汽油油喷喷射射信信号。号。2模拟氧传感器信号模拟氧传感器信号电电控控燃燃气气供供给给系系统统必必须须向向汽汽油油ECU输输入入一一个个理理想想的的模模拟拟氧氧传传感感器器信信号号，以以便便切切换换到到燃燃用用汽汽油油时时汽汽油油ECU能
13、能够正常工作。够正常工作。二、混合器供气电控系统的组成二、混合器供气电控系统的组成1基本组成基本组成除除与与电电控控汽汽油油喷喷射射系系统统共共用用的的元元件件外外，增增加加的的主主要要电电控控元元件件有有：转转换换开开关关、模模拟拟器器、燃燃气气ECU、步步进进电电机功率阀等。机功率阀等。2主要元件位置主要元件位置燃燃气气供供给给系系统统中中的的调调节节器器、混混合合器器、步步进进电电动动机机功功率率阀阀等等均均安安装装在在发发动动机机室室内内，燃燃料料转转换换开开关关安安装装在在驾驾驶驶室室内内仪仪表表盘盘附附近近，不不同同车车型型高高压压气气瓶瓶安安装装位位置置不不同同，手动供气阀、电磁
14、阀等安装位置不同。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三、混合器供气电控系统工作原理1开环控制系统开环控制系统2闭环控制系统闭环控制系统1开环控制系统开环控制系统电电控控汽汽油油喷喷射射发发动动机机改改装装的的汽汽油油/CNG两两用用燃燃料料发发动动机机开开环环控控制制供供气气系系统统，在在进进气气管管前前，该该系系统统的的燃燃气气供供给给和和汽汽油油供供给给两两个个燃燃料料供供给给系系统统是是并并列列的的。在在发发动动机机工工作作时时由由油油气气转转换换开开关关控控制制燃燃气气电电磁磁阀阀和和电电动动燃燃油油泵泵，同同一一时时刻刻，只只允允许许发发动动机机燃燃用用
15、汽汽油油或或燃燃气气一一种种燃燃料。料。发发动动机机燃燃用用天天然然气气时时，将将燃燃料料转转换换开开关关转转到到“气气”位位置置，此此时时燃燃气气电电磁磁阀阀开开启启、电电动动燃燃油油泵泵停停止止工工作作，天天然然气气经经减减压压调调节节器器减减压压后后，在在经经动动力力调调节节阀阀进进入入混混合合器，并与来自空气滤清器的清洁空气混合后供往气缸。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闭闭环环控控制制系系统统，在在减减压压调调节节器器和和混混合合器器之之间间安安装装由由ECU控控制制的的功功率率阀阀，并并加加装装氧氧传传感感器器实实现现空空燃燃比比闭闭环环控
16、控制制，则则可可使使发发动动机机在在各各种种工工况况下下都都能获得最佳的空燃比。能获得最佳的空燃比。第三节第三节混合燃料发动机混合器供气混合燃料发动机混合器供气电控系统电控系统混混合合燃燃料料发发动动机机混混和和供供气气电电控控系系统统是是纯纯混混合合器器供供气气电电控控系系统统与与第第一一代代柴柴油油机机电电控控燃燃油油喷喷射射系系统统的的结结合合，混混合合燃燃料料发发动动机机采采用用压压缩缩自自然然式式的的点点火火方方式式，没没有有点点火火系系统统，而而引引燃燃柴柴油油的的喷喷射射量量和和喷喷射射正正时时由由柴柴油油机机电电控控燃燃油油喷射系统控制。喷射系统控制。CNG/柴柴油油混混和和燃
17、燃料料非非增增压压发发动动机机混混和和器器供供气气系系统统组组成成：天天然然气气供供气气系系统统、引引燃燃柴柴油油供供给给系系统统、电电子子控控制制单元。单元。天天然然气气供供气气系系统统主主要要由由高高压压气气瓶瓶、电电磁磁阀阀、调调节节器、功率阀、混和器组成。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，同时燃气等控制天燃气电磁阀的通断，同时燃气ECU也具有失也具有失效保护功能。效保护功能。第四节第四节电控燃气喷
18、射系统电控燃气喷射系统一、电控气态燃气喷射系统一、电控气态燃气喷射系统二、电控液态燃气喷射系统二、电控液态燃气喷射系统一、电控气态燃气喷射系统一、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单燃料或两用燃料发动机电控多点燃气喷射系统射系统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4.电控燃气直接喷射系统电控燃气直接喷射系统1电控气态燃气喷射系统的分类电控气态燃气喷射系统的分类（1）按使用燃料）按使用燃料电控气态电控气态CNG喷射系统、电控气态喷射系统、电控气态LPG喷射系统喷射系统下一页（2）
19、按燃气）按燃气ECU工作原理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、间接采集信号控制系统。直直接接采采集集信信号号控控制制系系统统的的燃燃气气ECU直直接接采采集集各各种种传传感感器器信信号号，如如发发动动机机转转速速、节节气气门门位位置置、氧氧传传感感器器等等信信号号，经经过过分分析析计计算算，确确定定喷喷入各缸的燃气量。入各缸的燃气量。间接采集信号控制系统的燃气间接采集信号控制系统的燃气ECU只相当于一个转换器，它充分只相当于一个转换器，它充分利用汽油利用汽油ECU的控制功能，采集汽油的控制功能，采集汽油ECU输出的喷油器控制信号并将输出的喷油器控制信号并
20、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。射时间。2.单单燃燃料料或或两两用用燃燃料料发发动动机机电电控控多多点点燃燃气气喷射系统喷射系统电电控控多多点点燃燃气气喷喷射射系系统统将将燃燃气气喷喷射射器器布布置置在在各各缸缸进进气气歧歧管管的的进进气气门门处处，采采用用顺顺序序喷喷射射控控制制方方式式分分别别对对每每个个缸缸的的燃燃气气喷喷射射器器进进行行控控制制。如如图图日日本本本本田田公公司司研研制的电控多点燃气喷射系统。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混合燃料发动机电控多点燃气
21、喷射系统系统混混合合燃燃料料发发动动机机电电控控多多点点燃燃气气喷喷射射系系统统与与混混合合器器供供气气电电控控系系统统相相比比，只只是是采采用用的的燃燃气气供供给给方方式式不不同同，多多点点燃燃气气喷喷射射系系统统中中取取消消了了功功率率阀阀和和混混合合器器，利利用用燃燃气气喷喷射射器器控控制制燃燃气气供供给给量量。如如图图柴柴油油机机电电控控燃燃油油喷喷射射系系统统与与电电控控多多点点燃燃气气喷喷射射系系统统组组成成的的柴柴油油/CNG混混和和燃燃料料发发动动机供给系统。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电电控控燃燃气气直直接接喷喷射射系系统统利利用用燃燃气气喷喷射射器
22、器直直接接向向气气缸内供气，并由燃气缸内供气，并由燃气ECU控制喷气量和喷气正时控制喷气量和喷气正时。二、电控液态燃气喷射系统二、电控液态燃气喷射系统电电控控液液态态燃燃气气喷喷射射系系统统以以液液化化石石油油气气为为燃燃料料，主主要要部部件件包包括括，LPG燃燃料料泵泵、压压力力调调节节器器、压压力力传传感器、喷射器及感器、喷射器及ECU等。等。目目前前研研制制的的电电控控液液态态LPG喷喷射射系系统统都都是是间间接接采采集集信信号号的的控控制制系系统统，即即燃燃气气ECU都都是是利利用用汽汽油油ECU的的喷喷油油器器控控制制信信号号（包包括括同同步步喷喷射射信信号号和和异异步步喷射信号），
23、来控制燃气喷射器的工作。喷射信号），来控制燃气喷射器的工作。第五节第五节电控燃气供给系统主要元件电控燃气供给系统主要元件 一、功率阀一、功率阀二、模拟器二、模拟器三、点火提前调节器三、点火提前调节器四、燃气喷射器四、燃气喷射器一、功率阀一、功率阀（1）功率阀的安装位置）功率阀的安装位置（2）功率阀的类型）功率阀的类型（3）功率阀的控制原理）功率阀的控制原理（1）功率阀的安装位置）功率阀的安装位置功功率率阀阀安安装装在在燃燃气气压压力力调调节节器器与与混混合合器器之之间间的的低低压输气管路中。压输气管路中。（2）功率阀的类型）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、占空比功
24、率阀。步步进进电电动动机机功功率率阀阀采采用用步步进进电电动动机机驱驱动动调调节节阀阀来来执执行燃气行燃气ECU的指令，实现燃气供给量调节。的指令，实现燃气供给量调节。占占空空比比功功率率阀阀采采用用占占空空比比控控制制型型电电磁磁阀阀来来执执行行燃燃气气ECU的指令，实现燃气供给量调节。的指令，实现燃气供给量调节。（3）功率阀的控制原理）功率阀的控制原理功功率率阀阀通通过过改改变变低低压压输输气气管管路路的的流流通通截截面面来来控控制制供供气量。气量。双步进电动机功率阀双步进电动机功率阀二、模拟器二、模拟器（1）模拟器的功用模拟器的功用（2）模拟器的类型及工作原理模拟器的类型及工作原理（1）
25、模拟器的功用模拟器的功用发发动动机机燃燃用用燃燃气气时时，产产生生并并向向汽汽油油ECU输输送送模模拟拟喷油器工作的信号。喷油器工作的信号。（2）模拟器的类型及工作原理模拟器的类型及工作原理电电压压驱驱动动方方式式：当当燃燃用用汽汽油油时时，模模拟拟器器接接通通短短路路开开关关即即可可将将蓄蓄电电池池12V电电源源不不经经电电阻阻R输输送送给给喷喷油油器器，喷喷油油器器正正常常工工作作。当当燃燃用用燃燃气气时时，模模拟拟器器断断开开短短路路开开关关，此此时时汽汽油油ECU仍仍能能正正常常向向喷喷油油器器输输送送喷喷油油信信号号，由由于于接接通通喷喷油油器器搭搭铁铁回回路路后后，蓄蓄电电池池12
26、V电电源源经经过过串串联联电电阻阻R输输送送给给喷喷油油器器，使使通通过过喷喷油油器器的的电电流流减减小小，喷喷油油器器线线圈圈产产生生的的电电磁磁力力不不足足以以吸吸开开针针阀阀，所所以以喷喷油油器不喷油，但输送给汽油器不喷油，但输送给汽油ECU的仍是的仍是12V电压信号。电压信号。下一页电流驱动方式电流驱动方式：当燃用汽油时，模拟器接：当燃用汽油时，模拟器接通喷油器电路而断开电阻通喷油器电路而断开电阻R电路，喷油器正常工电路，喷油器正常工作。当燃用燃气时，模拟器则断开喷油器电路作。当燃用燃气时，模拟器则断开喷油器电路而接通电阻而接通电阻R电路，喷油器不喷油，由于喷油器电路，喷油器不喷油，由
27、于喷油器并联电阻与喷油器电阻相等，所以输送给汽油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。的电流信号不变。a）电压驱动式喷油器）电压驱动式喷油器b）电流驱动式喷油器）电流驱动式喷油器三、点火提前调节器三、点火提前调节器燃燃气气与与汽汽油油的的化化学学性性质质不不同同，在在同同一一工工况况下下的的最最佳佳点点火火提提前前角角不不同同，所所以以在在以以汽汽油油机机改改装装的的两两用用燃燃料料发发动动机机上上，设设有有点点火火提提前前调调节节器器，以以满满足足发发动动机机燃燃用燃气和燃用汽油时对点火提前角的不同需要。用燃气和燃用汽油时对点火提前角的不同需要。四、燃气喷射器四、燃气
28、喷射器1.国产国产HSV电控低压燃气喷射器工作过程电控低压燃气喷射器工作过程2.天然气天然气-柴油组合式喷射器工作过程柴油组合式喷射器工作过程1.国产国产HSV电控低压燃气喷射器工作过程电控低压燃气喷射器工作过程：电电磁磁线线圈圈不不通通电电时时球球阀阀在在进进气气口口和和出出气气口口两两侧侧气气体体压压差差的的作作用用下下向向右右开开启启，使使燃燃气气经经出出气气口口喷喷出出。当当电电磁磁阀阀通通电电时时，衔衔铁铁在在电电磁磁力力作作用用下下向向左左移移动动，并并通通过过顶顶杆杆使使球球阀阀向左关闭，停止燃气喷射。向左关闭，停止燃气喷射。2.天然气天然气-柴油组合式喷射器工作过程柴油组合式喷
29、射器工作过程：当当ECU发出喷射指令使控制电磁阀通电时，电磁阀关发出喷射指令使控制电磁阀通电时，电磁阀关闭供油闭供油/回油通道，凸轮驱动柱塞向下运动压缩泵油腔内的回油通道，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。针阀顶起，使柴油喷射停止而燃气喷射开始。