预混合点燃式天然气发动机燃料供给与控制系统.docx

预混合点燃式天然气发动机燃料供给与控制系统根据汽车发动机各种工况，提供合适的混合比和合适的混合气量是天然气发动机燃料供给与控制系统的根本任务。控制天然气与空气的混合气流量有许多办法，例如时间控制，即天然气流道截面积不变，控制流通时间；控制截面积法，即流通时间不变，改变天然气流道截面积；还有压力控制，即改变压差从而改变天然气流量。下面以典型示例分别加以介绍。一、机械式混合器一、机械式混合器图 4-12 所示为美国 IMPCO 混合器的示意图。在进空气的管道 1 中接入一个燃料气管(虚线部分)，在混合室处燃料气管横置，两端有两个锥形阀，锥形阀装在膜片总成 4 中。膜片上有小弹簧 3。燃料气由中心管进入，空气则沿着膜片阀所控制的环形气道进入。当混合器不工作时，两边的膜片在弹簧 3 的作用下与混合器体 5 的混合室的侧面贴紧，并带动锥形阀堵住燃料气进气管口。当发动机开始工作时，活塞吸气所造成的负压传到膜片处，并通过膜片座上的水平小孔将负压传到膜片弹簧的一侧，使得盖 2 空间内的压力降低。这样，在空气管的压力(基本上和大气压相等)作用下将膜片往两侧推开，空气就按虚线箭头方向进入混合室中。同时，膜片的移动带动锥形阀并打开燃料气管口，使燃料气也进入混合室，与空气进行混合，形成混合气。负荷增大时，节流阀开度增大，混合室的真空度增加，则膜片的位移也增大，使空气流入混合室的截面与燃料气从锥形阀流出的截面都增大，以满足发动机负荷增大时对混合气量的要求。混合器上配置膜片阀的数量，随发动机功率大小而异，在混合器上还装有一个低速调节螺钉。发动机在低负荷或空载运转时，可从螺钉孔处向混合器补充一部分空气，使混合气变得稀一些，以此来提高发动机的经济性。通过拧入螺钉的深度来调节补充空气量的多少。当负荷加大到一定程度，节流阀开口增大，空气管内的流量也因此加大，此时螺钉孔(进入)就不起多大作用了。二、流通截面积控制式燃料二、流通截面积控制式燃料系统系统图 4-13 是日本 4BE1 柴油机改装成火花塞点火天然气单燃料发动机的燃料供给、点火、控制系统示意图。该机去掉了柴油喷射系统，增加天然气供给系统、空燃比控制系统，并采用三元催化排放后处理器以降低排放，燃烧室容积增大，压缩比由 17.5 变成 12.5，并使燃烧室产生强涡流以实现良好的燃烧。其工作原理是依据排气管中氧气传感器的信号，通过控制单元去驱动流量调节阀改变天然气管的流通截面积，从而改变天然气的供给量，以保证发动机在各工况下都按理论混合比提供混合气。由于这种单一调节阀控制的天然气流量变化范围较大，当发动机怠速时，天然气流量较小，因而难以控制精确(会使发动机怠速不稳)，因此又增加了怠速调节装置。图 4-14是美国福特公司的天然气发动机改装系统。它采用了组合式流量调节阀，即多个(一般 46 个)调节阀，实现了从小流量到最大流量同样精度的控制，避免了前述系统天然气小流量控制不精确的弱点。三、闭合回路式燃料系统三、闭合回路式燃料系统图 4-15 表示由荷兰国家应用科学研究中心(TNO)研制的燃料系统简图。基本燃料系统包括供给两个并联的 Century 调压阀的两个天然气调节器。燃料管将燃料送到安装在节流阀板和歧管之间的铝隔板上的 Century 计量阀中。这些天然气阀通过连杆联到主节流阀，并调整成供应稍微浓些的混合气。按理论空燃比的控制是将空气“渗入”到靠近天然气计量阀的燃料管中来实现的。空气量用电子控制模块控制的步进电机来计量。输入给控制模块的参数有发动机速度、进气歧管压力和位于涡轮增压器前的氧气传感器的信号。这个空燃比控制器由加拿大 Engine Control System 制造，并与其供应的 TX80型三元催化净化器配套。TNO 人员安装了该系统并调试了电子控制器，使它能在所有的发动机工况下提供按理论空燃比的混合气。四、时间控制式燃料系统四、时间控制式燃料系统图 4-16 是一个典型的时间控制式燃料系统。它同样采用氧传压器做为反馈信号实行闭环控制，不同的是它控制的是流过固定流通截面的天然气流通时间，从而控制其流量。此外，天然气的压力、温度受到严格的监控，任何变化都会通过传感器传给控制系统并做出相应修正。该燃料系统还根据发动机转速及曲轴位置传感器信号自动控制点火正时，从而实现发动机最优化控制。