濰柴LNG氣體發(fā)動機電控燃氣系統(tǒng)

張飛虎，梁順偉

（吐哈油田特種車輛工程公司，新疆吐魯番 838202）

濰柴LNG氣體發(fā)動機電控燃氣系統(tǒng)

張飛虎，梁順偉

（吐哈油田特種車輛工程公司，新疆吐魯番 838202）

介紹濰柴LNG氣體發(fā)動機的WOODWARD OH2.0電控燃氣系統(tǒng)，詳細闡述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、電控工作原理。通過介紹WOODWARD專業(yè)LNG氣體發(fā)動機診斷軟件，簡單總結(jié)電控燃氣系統(tǒng)檢修思路和方法。

濰柴LNG；氣體發(fā)動機；電控燃氣系統(tǒng)；WOODWARD

濰柴LNG氣體發(fā)動機是當前市場上應用較多的清潔能源發(fā)動機之一。它是由濰柴動力集團在濰柴柴油機機型的基礎上，將原有的柴油供給系統(tǒng)變更為LNG電控供氣系統(tǒng)，同時增加空氣控制系統(tǒng)和點火系統(tǒng)兩大系統(tǒng)后，開發(fā)生產(chǎn)的LNG氣體發(fā)動機。當前主要車用氣體發(fā)動機系列有WP5NG、WP6NG、WP7NG、WP10NG、WP12NG等產(chǎn)品，功率從120 kW到280 kW不等，最高能達到國Ⅴ排放標準，廣泛應用于城市公交、公路客車、重型載貨汽車等諸多領(lǐng)域。

1 LNG氣體發(fā)動機電控燃氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

LNG氣體發(fā)動機的兩大機構(gòu)與傳統(tǒng)柴油機一樣，為配氣機構(gòu)和曲柄連桿機構(gòu)。不同之處在于燃料供給系統(tǒng)，將原有的燃油供給系統(tǒng)改成燃氣供給系統(tǒng)，同時增加了點火系統(tǒng)。其余起動、進氣、潤滑、冷卻4大系統(tǒng)均未做改變。

基于美國WOODWARD OH2.0燃氣電控系統(tǒng)的濰柴LNG氣體發(fā)動機，取消了傳統(tǒng)柴油機高壓油泵、噴油器、高壓油管及相關(guān)附件，增加了一套電控燃氣供給系統(tǒng)，包括LNG氣瓶、電磁閥、穩(wěn)壓器、供氣管線、電噴嘴、混合器、節(jié)氣門等供氣系統(tǒng)部分硬件，以及點火控制器、點火線圈、高壓線、火花塞等點火系統(tǒng)部分硬件。電路上加裝了電控單元及相關(guān)傳感器等，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 燃氣供給系統(tǒng)

燃氣供給系統(tǒng)主要由LNG氣瓶、燃氣濾清器、高壓切斷閥、穩(wěn)壓器、熱交換器、節(jié)溫器、燃氣計量閥、混合器等組成。其作用主要是在發(fā)動機工作過程時，為各缸燃燒室提供氣體燃料，并確保所供燃氣的壓力、溫度及數(shù)量滿足不同工況的需求。

1.2 空氣控制系統(tǒng)

空氣控制系統(tǒng)主要由空氣濾清器、增壓器、中冷器、混合器、廢氣旁通閥及相關(guān)氧傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等組成。通過空氣控制系統(tǒng)，為發(fā)動機配置合適溫度和壓力的空氣，確保不同工況下發(fā)動機氣缸燃燒的最佳空燃比。

1.3 點火系統(tǒng)

點火系統(tǒng)主要由點火模塊、點火線圈、高壓線、火花塞、轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器等組成。點火模塊根據(jù)電控燃氣系統(tǒng)控制核心ECU的信號，轉(zhuǎn)化為執(zhí)行指令控制點火線圈，針對不同氣缸在精準時間點進行點火。同時，點火模塊也提供電控單元反饋信號，將點火監(jiān)控反饋給電控系統(tǒng)ECU。點火系統(tǒng)示意圖見圖2。

2 LNG氣體發(fā)動機電控燃氣系統(tǒng)工作原理

濰柴LNG氣體發(fā)動機采用美國WOODWARD電控系統(tǒng)，以ECU控制單元為核心，通過控制LNG燃氣壓力和電控噴嘴，實現(xiàn)最佳噴射時間和噴射量的實時動態(tài)管理，從而控制發(fā)動機各燃燒室的單點噴射和稀薄燃燒。

圖1 濰柴LNG氣體發(fā)動機結(jié)構(gòu)圖

圖2 濰柴LNG氣體發(fā)動機點火系統(tǒng)示意圖

WOODWARD電控系統(tǒng)實現(xiàn)的是一個帶自適應學習能力的閉環(huán)控制過程。儲存在車載專用LNG氣瓶中的液化天然氣從氣瓶內(nèi)膽流出后，經(jīng)過汽化器加熱汽化，再通過高壓切斷閥，進入燃氣濾清器進行過濾，到達穩(wěn)壓器。由穩(wěn)壓器調(diào)整進入燃氣計量閥的燃氣壓力，一般壓力調(diào)整至8.5～9 bar（0.85～0.9 MPa）。經(jīng)調(diào)壓后的天然氣再通過熱交換器和節(jié)溫器進行溫度調(diào)整后，流入燃氣計量閥。

燃氣計量閥根據(jù)發(fā)動機不同工況，精確控制天然氣的噴射量。天然氣從噴嘴噴出后進入混合器與空氣充分混合，再由節(jié)氣門的開度大小決定進入發(fā)動機氣缸內(nèi)的燃料壓力和數(shù)量，經(jīng)點火模塊控制火花塞在不同時刻點燃混合氣進行燃燒。同時安裝在排氣管處的氧傳感器即時監(jiān)控尾氣中的氧濃度，推算出空燃比，ECU根據(jù)氧傳感器的反饋信號及時修正天然氣噴射量，實現(xiàn)閉環(huán)控制。

WOODWARD電控系統(tǒng)的自適應工作是通過存儲在ECU內(nèi)存中的自適應校正系數(shù)表來實現(xiàn)的，該表能對較長時間的空燃比偏差作出修正，類似于一個記憶保存的閉環(huán)控制。

另一方面，LNG氣體發(fā)動機的功率大小取決于增壓壓力的變化，在發(fā)動機電控系統(tǒng)程序設計中，針對發(fā)動機的不同工況，均設有精確的增壓壓力值，該值是在發(fā)動機調(diào)試過程中反復試驗，優(yōu)化得出。壓力控制是通過PID參數(shù)，調(diào)整廢氣控制閥的占空比，使不同工況下實際增壓壓力符合設定增壓壓力。

3 WOODWARD專業(yè)LNG氣體發(fā)動機診斷軟件

對于濰柴燃氣發(fā)動機的電控系統(tǒng)進行檢測，需安裝WOODWARD OH2.0電控系統(tǒng)專用診斷軟件。它能夠?qū)﹄娍叵到y(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)曲線采集和故障診斷。通過采集數(shù)據(jù)能對車輛故障現(xiàn)象進行分析，從而找出引起故障現(xiàn)象的本質(zhì)原因，為及時排除故障提供理論依據(jù)。故障診斷功能是通過事件管理器記錄某例故障在車輛運行過程中是否激活的狀態(tài)，并將相應故障激活狀態(tài)轉(zhuǎn)化為故障代碼，并存儲。在OH2.0系統(tǒng)里面大約有120個故障診斷狀態(tài)。

圖3 WOODWARD軟件主界面

通過軟件進入故障信息主頁面，能看到車輛當前和前期存儲的故障代碼及具體的故障詳細信息，詳見圖3。同時，也能對單個或全部故障碼進行清除。將間歇性故障清掉后，不會再次出現(xiàn)。而對有些故障進行清除后，會重復出現(xiàn)，此時就應當針對具體的故障信息進行原因分析，排查引起故障的硬件故障，以解除故障碼。最終，系統(tǒng)正常工作狀態(tài)不存在任何故障。

4 結(jié)論

濰柴LNG燃氣發(fā)動機采用美國WOODWARD OH2.0燃氣電控系統(tǒng)，具有可靠性高、低溫起動性能好、低速大轉(zhuǎn)矩等特點。相比傳統(tǒng)燃油發(fā)動機，濰柴LNG燃氣發(fā)動機運轉(zhuǎn)柔和、噪音小，同時具有熱效率高、燃料經(jīng)濟性好、污染物排放低等節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢，在當前市場受歡迎程度高，市場占有率也高。對該系統(tǒng)故障的檢修，須在系統(tǒng)掌握其電控燃氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理的基礎上，掌握常見故障排除的思路，并借助WOODWARD OH2.0專業(yè)診斷軟件優(yōu)先排查故障代碼所顯示故障。對于疑難故障，還需要利用診斷軟件的實時數(shù)據(jù)曲線采集功能，對具體工作參數(shù)進行分析，找到故障現(xiàn)象本質(zhì)原因，從而達到排除故障的目的。

［1］WOODWARD OH2.2LNG系統(tǒng)說明［Z］．

［2］郭喜祥.基于Woodward ECM的重型載貨汽車電器系統(tǒng)的開發(fā)［J］．汽車電器，2011（2）：6－11.

［3］雷洪鈞.天然氣公交客車（CNG、LNG）性能分析及維護保養(yǎng)［J］．交通世界：運輸，2011（11）：64－66.

（編輯心翔）

Weichai LNG Gas Engine Electronic Control System

ZHANG Fei-hu，LIANG Shun-wei
（Tuha Oilfield Special Vehicle Engineering Company，Tulufan 838202，China）

This article introduces WOODWARD OH2.0 electric control gas system on Weichai LNG gas engine，including its components and working principals.Through introducing WOODWARD professional LNG gas engine diagnosis system，some maintenance methods of electronic control gas system are summarized.

Weichai LNG；gas engine；electronic control gas system；WOODWARD

U464

A

1003－8639（2017）01－0012－03

2016-06-14；

2016-07-04

張飛虎，男，工程師，主要研究柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)維修技術(shù)和LNG燃氣發(fā)動機電控系統(tǒng)維修技術(shù)。