濰柴LNG氣體發動機電控燃氣系統

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氣體發動機電控燃氣系統

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氣體發動機的WOODWARD OH2.0電控燃氣系統，詳細闡述系統的結構組成、電控工作原理。通過介紹WOODWARD專業LNG氣體發動機診斷軟件，簡單總結電控燃氣系統檢修思路和方法。

濰柴LNG；氣體發動機；電控燃氣系統；WOODWARD

濰柴LNG氣體發動機是當前市場上應用較多的清潔能源發動機之一。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變更為LNG電控供氣系統，同時增加空氣控制系統和點火系統兩大系統后，開發生產的LNG氣體發動機。當前主要車用氣體發動機系列有WP5NG、WP6NG、WP7NG、WP10NG、WP12NG等產品，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域。

1 LNG氣體發動機電控燃氣系統結構

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

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

1.1 燃氣供給系統

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

1.2 空氣控制系統

空氣控制系統主要由空氣濾清器、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，為發動機配置合適溫度和壓力的空氣，確保不同工況下發動機氣缸燃燒的最佳空燃比。

1.3 點火系統

點火系統主要由點火模塊、點火線圈、高壓線、火花塞、轉速傳感器、水溫傳感器等組成。點火模塊根據電控燃氣系統控制核心ECU的信號，轉化為執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，將點火監控反饋給電控系統ECU。點火系統示意圖見圖2。

2 LNG氣體發動機電控燃氣系統工作原理

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

圖1 濰柴LNG氣體發動機結構圖

圖2 濰柴LNG氣體發動機點火系統示意圖

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

燃氣計量閥根據發動機不同工況，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，再由節氣門的開度大小決定進入發動機氣缸內的燃料壓力和數量，經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控尾氣中的氧濃度，推算出空燃比，ECU根據氧傳感器的反饋信號及時修正天然氣噴射量，實現閉環控制。

WOODWARD電控系統的自適應工作是通過存儲在ECU內存中的自適應校正系數表來實現的，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控制。

另一方面，LNG氣體發動機的功率大小取決于增壓壓力的變化，在發動機電控系統程序設計中，針對發動機的不同工況，均設有精確的增壓壓力值，該值是在發動機調試過程中反復試驗，優化得出。壓力控制是通過PID參數，調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LNG氣體發動機診斷軟件

對于濰柴燃氣發動機的電控系統進行檢測，需安裝WOODWARD OH2.0電控系統專用診斷軟件。它能夠對電控系統進行實時數據曲線采集和故障診斷。通過采集數據能對車輛故障現象進行分析，從而找出引起故障現象的本質原因，為及時排除故障提供理論依據。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，并將相應故障激活狀態轉化為故障代碼，并存儲。在OH2.0系統里面大約有120個故障診斷狀態。

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。而對有些故障進行清除后，會重復出現，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，系統正常工作狀態不存在任何故障。

4 結論

濰柴LNG燃氣發動機采用美國WOODWARD OH2.0燃氣電控系統，具有可靠性高、低溫起動性能好、低速大轉矩等特點。相比傳統燃油發動機，濰柴LNG燃氣發動機運轉柔和、噪音小，同時具有熱效率高、燃料經濟性好、污染物排放低等節能環保優勢，在當前市場受歡迎程度高，市場占有率也高。對該系統故障的檢修，須在系統掌握其電控燃氣系統的結構、原理的基礎上，掌握常見故障排除的思路，并借助WOODWARD OH2.0專業診斷軟件優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據曲線采集功能，對具體工作參數進行分析，找到故障現象本質原因，從而達到排除故障的目的。

［1］WOODWARD OH2.2LNG系統說明［Z］．

［2］郭喜祥.基于Woodward ECM的重型載貨汽車電器系統的開發［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［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，主要研究柴油發動機電控系統維修技術和LNG燃氣發動機電控系統維修技術。