与汽油机、柴油机相比较,天然气(压缩天然气CNG、液化天然气LNG)发动机具有较高的经济性及安全性,特别是具有良好的排放性,因此,燃气发动机在出租车、货车及客车已得到较为广泛的应用。
玉柴为国内较大的燃气发动机生产厂家,其生产的货车、客车用燃气发动机除了YC6JN系列采用了美国Econtrols生产的ECI系统(电控调压器式)外,其他系列(YC6KN、YC6MKN、YC6GN、YC4GN、YC4DN)发动机均采用具有自主产权的ESI(电控单点喷射式)系统。通过采用自主的ESI系统,彻底摆脱了进口电控系统“产品改进周期过长、标定策略受限制、价格高、供货周期长”等局限。
玉柴燃气发动机ESI系统具有下列技术特点:采用电控单点燃气喷射方式控制燃气量,为国际主流技术(第三代技术产品,电控调压器式为第二代技术);采用带宽域氧传感器的空燃比闭环控制,实现经济性和排放性均衡;采用增压、中冷及稀薄燃烧,实现高效节能和清洁燃烧;采用单缸独立高能点火、铱金火花塞,提高燃料经济性;采用电控节气门,实现对进气(空气)量的精确控制;采用高精度的传感器,保证控制系统测量、控制精准;具有强大的整车功能,以满足国内客户的各种需求;具有完善的故障诊断、保护策略,保护发动机,及时排除故障。玉柴生产的燃气发动机通过加装带氧化型催化转换装置。可满足国5排放标准。
1 玉柴燃气发动机ESI电控系统组成
1.1 CNG发动机ESI电控系统
如图1所示,CNG发动机ESI电控系统由燃料控制系统、空气控制系统及点火系统等组成。
燃料控制系统主要由CNG气罐、高压减压器及高压电磁阀、低压滤清器、气轨总成及混合器总成等组成。其主要作用是对燃料的压力、温度及喷射量进行精确控制。
空气控制系统主要由空气滤清器、增压器、旁通控制阀、增压压力传感器、电子节气门总成等组成,其主要作用是对空气流量及增压压力进行控制。
点火系统主要由发动机ECU、点火线圈及火花塞(铱金火花塞、间隙为0.35 mm±0.05 mm、BOSCH或NGK公司产品)等组成。点火系统的作用是对最佳点火提前角、点火能量等进行控制。
CNG发动机的工作原理:高压的压缩天然气从CNG气罐出来后,经高压电磁阀(ECU控制高压电磁阀的开闭)进入高压减压器,高压减压器将高压的压缩天然气(工作压力为3 MPa~20 MPa)压力调整至0.4 M Pa~0.6 MPa;高压天然气在减压过程中由于减压膨胀,需要吸收大量的热量,为防止减压器结冰,将发动机冷却液引出到减压器对燃气进行加热;经减压后的天然气进入气轨总成,气轨总成的作用是根据发动机运行工况精确控制天然气供给量;天然气与经过电子节气门计量后的空气在混合器内充分混合,进入发动机缸内,经火花塞点燃;火花塞的点火时刻由发动机ECU控制,宽域氧传感器实时监控燃烧后尾气中的氧含量,ECU根据氧传感器的反馈信号及时修正天然气供给量,从而使修正后的空燃比接近目标值,实现空燃比的闭环控制。另外,ECU还对增压压力进行闭环控制。