BOSCH燃气控制系统的构造原理分析论文.docx

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BOSCH燃气控制系统的构造原理分析论文

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论文名称：

BOSCH燃气电控系统构造原理分析

BOSCH燃气控制系统的构造原理分析

摘要：

本文介绍了BOSCH燃气控制系统的基本结构，并对各部件的工作原理进行简要的分析。

关键词：

BOSCH燃气控制系统构造工作原理

前言

天然气的优点包括资源丰富、排放污染低、价格低廉等，日益受到重视，被认为是一种非常具有发展前景的燃料。

自上世纪年代初期天然气发动机问世以来，经过八十多年的发展，天然气发动机技术已日趋成熟，目前来看，大部分天然气发动机都是由现有的柴油机或者汽油机机型基础上改型而来的，另外由于目前天然气发动机应用领域广泛，技术水平上差距较大。

虽然我国天然气发动机的发展较快，但在总体技术上与国外先进水平仍有不小的差距，这阻碍了我国天然气发动机的自主研发和更广泛的推广。

近年来，各发动机知名生产厂家、咨询公司及研究机构都针对天然气发动机的燃烧和排放特性、供给系统及控制、稀薄燃烧技术、天然气喷射技术以及天然气柴油双燃料发动机技术等展开了大量的理论和试验研究。

德国BOSCH公司联合针对国市场与潍柴动力联合开发的稀燃天然气发动机产品，在客车及卡车发动机领域得到了较为广泛的应用。

本文是就BOSCH燃气控制系统的结构及其工作原理进行简要的分析。

BOSCH燃气控制系统主要由ECU电控单元、混合进气系统、燃气进气系统、点火系统等系统组成。

（图1）

（图1）

一、ECU电控单元

天然气发动机控制单元集成了天然气软件功能和整车电控单元功能。

ECU四个插槽，分别安装发动机整车线束、点火线束、传感器线束、喷嘴线束。

该控制系统支持单点喷射及多点喷射；支持模拟信号42组，数字开关16组，频率信号9组；PWM脉宽调制15组，数字信号7组，频率控制2组；置大气压力传感器及环境温度传感器；氧传感器信号支持两个LSU宽域式，1个LSF窄域式；6组喷射,6组点火；支持4组爆震传感器；支持4路CAN总线及1路K线通讯；工作电压为16~32V，最大工作电流25A；工作环境温度-45~85℃；ECU工作电流＜0.1mA。

二、混合进气系统

混合进气系统包括进气接管、增压压力传感器、电子节气门、混合器、进气压力传感器、喘震阀、废气控制阀等部件。

2-1．进气接管

进气接管连接中冷后进气管与电子节气门，支管用于连接喘震阀进气。

进气接管上的传感器安装座，用于安装增压压力传感器。

2-2.增压压力传感器

增压器力传感器安装在节气门前进气接管上，用于测量增压中冷后的绝对压力与进气温度，提供发动机增压后的进气压力与中冷后的进气温度信息。

其主要功能是测量进气压力部分为压电型传感器，可根据大气压力与进气歧管压力差提供给控制器“负荷信号”；由控制器提供5V电压，并根据进气压力的不同而反馈0-5V电压至控制器。

适用压力为50~400kpa，工作温度﹣40~130℃，供电电压4.75~5.25V。

2-3.电子节气门

电子节气门位于混合器前，进气接管后，电子节气门由节气门、节气门驱动器（直流电机）和节气门位置传感器等构成。

根据ECU发出的指令信号，开启相应的开度，控制进入发动机的空气流量，从而控制发动机的扭矩输出。

节气门位置传感器用于向ECU提供节气门转角信息。

根据这个信息，ECU可以获得发动机负荷信息、工况信息（如起动、怠速、倒拖、部分负荷、全负荷）以及加速和减速信息。

节气门直流电机接收来自ECU的指令，使直流电机动作，通过传动机构影响节气门的开度。

它的工作环境温度是﹣40~140℃，工作电压6V~16V

2-4.混合器

混合器位于进气弯管前，节气门后。

其功能是保证天然气与空气进行充分混合。

混合喉管，利用气体滚流、湍流等特性，保证气体充分混合，提高燃油经济性。

混合器前后均采用橡胶圈进行密封。

在环境灰尘较大的地区，混合器喉管需要定期清洗。

2-5进气压力传感器

进气压力传感器安装于进气管，功能是测量进气歧管绝对压力与进气温度，提供发动机负荷与进气温度信息。

其工作压力为20~250kpa，工作温度为-40~130℃，工作电压为4.75V~5.25V。

2-6喘震阀

喘震阀进气端接节气门前增压后空气管路上，排气端接消音器或安装在压气机进气接管上

其主要作用是在发动机大负荷急松脚踏板时，ECU根据减速信号，激活燃料切断功能，在切断燃料供给的同时打开喘振阀，消除了因节气门关闭而引起增压器喘震的可能性，提高了增压器和节气门的可靠性。

如果增压后的空气中的油质或油的积聚可能会导致喘震阀膜片失效，导致故障。

2-7．废气控制阀

废气控制阀安装在进气管端面与增压器的压力调节器连接，ECU使用PWM信号控制废气控制阀开关的占空比，可在一定压力围控制增压器废气放气阀的开度，调节压力调节器膜片上方的压力，从而达到间接控制发动机增压压力的目的。

废气控制阀为三通结构，两通常闭，一路进气，两路出气，DC%=0时，电磁阀关闭，压缩空气全部用来推动增压器废气阀，使其完全打开，从而推动增压器工作的排气能量减少，最终降低增压压力；DC%=100%，电磁阀处压缩空气泄漏量最大，增压器废气阀在弹簧力作用下趋向关闭，从而使增压器工作的排气能量增多，增压压力升高。

其工作环境温度为-40℃~125℃，工作电压16~32V，最大工作压差6公斤DC24V。

三．燃料供给系统

燃料供给系统由燃气过滤温控模块、燃气喷射阀、喷嘴、燃气压力温度传感器组成。

3.1燃气过滤温控模块（图2）

对燃气进行过滤，并保证燃气温度在合理围，不影响喷嘴的使用寿命。

换热器采用叉流结构以避免因燃气过冷和冷却液过热时导致的热冲击。

图

（2）

燃气过滤温控模块的初始压降：

20.7kpa，初始流量：

1415L/min，滤清器最大工作压力：

35bar，0.3~0.6μm滤芯过滤效率≥95%，工作温度：

-40℃~107℃。

3-2.燃气喷射阀（图3）

图（3）

本例为12个BOSCH喷嘴的喷射阀，其中两个为一组根据ECU的信号进行工作。

在喷射阀上安装有燃气温度压力传感器，用于检测燃气温度和压力。

3-3．喷嘴（图4）

（图4）

喷嘴安装于喷射阀气轨上下块，ECU对喷油器的线圈通电，针阀开始升起，喷气过程开始。

当喷油脉冲截止时，回位弹簧的压力使针阀重新，喷油器根据ECU的指令，在规定的时间喷射燃气。

喷嘴动态流量为2,2kg/hCNG，工作环境温度-30℃~+125℃，进入喷嘴标准燃气压力7bar，最大工作电流2.2A，工作电压7V~16V。

3-4.燃气压力温度传感器

燃气压力温度传感器安装于燃气喷射阀气轨下块上，测量进入气轨中的燃气温度和压力，提供进入发动机喷射阀中燃气温度和压力的信息，用于燃气喷射量的控制。

燃气压力温度传感器的工作压力50~1000KPa，工作温度-40℃～130℃，工作电压4.75V～5.25V。

四．点火系统

点火系统由点火线圈、转速传感器、信号发生器、火花塞、氧传感器、水温传感器等部件组成。

4-1.点火线圈

将蓄电池的低压直流电转变成高压电，通过火花塞放电产生火花，引燃气缸的混合气。

当初级绕阻的接地通道接通时，该初级绕阻充电。

一旦ECU将初级绕阻电路切断，则充电中止，同时在次级绕阻中感应出高压电，使火花塞放电。

火花塞工作电压24V，最大通电电流7A。

4-2.转速传感器

感应式转速传感器跟脉冲盘相配合，用于中提供发动机转速信息和曲轴上止点信息。

转速传感器提供给发动机控制模块（ECU）发动机转速信号。

使ECU精确地知道发动机的凸轮轴位置和发动机转速。

传感器分别安装在飞轮壳处和信号发生器上，用于测量曲轴转速信号和凸轮轴转速信号，二者相互配合、相互校验，准确判定一缸上止点，确定点火正时。

在其中一个传感器失效时，另一个传感器能确保发动机工作，跛行回家。

转速传感器与脉冲盘配合使用。

脉冲盘是一个齿盘，原本有60个齿，但是有两个齿空缺。

脉冲盘装在曲轴上，随曲轴旋转。

当齿尖紧挨着传感器的端部经过时，铁磁材料制成的脉冲盘切割传感器中永久磁铁的磁力线，在线圈中产生感应电压，作为转速信号输出。

4-3.信号发生器

通过信号发生器上安装的转速传感器获取凸轮轴的转速信号。

信号发生器与油泵齿轮连接，并且油泵齿轮和信号发生器部的信号齿盘同轴连接。

凸轮轴带动油泵齿轮转动，进而带动信号齿盘转动。

4-4．火花塞

火花塞的作用是接受点火线圈产生的高压电，产生电火花，点燃可燃气。

火花塞同点火线圈相连，点火线圈把高压电传递给火花塞，火花塞正负极本来绝缘，但是由于电压在一万伏特之上，直接击穿空气接通电流，同时发出极强的火花，火花塞的的中心电极立刻向侧电极跳火，点燃混合气。

4-5.氧传感器

氧传感器用于测定发动机排气中氧气含量，ECU根据脉谱表设定的空燃比数值，通过调整喷射脉宽调节燃料的供给量，使发动机达到闭环控制。

其传感元件是一瓷管，外侧通排气，侧通大气。

当传感瓷管的温度达到工作温度时，即具有固态电解质的特性。

正是利用这一特性，将氧气的浓度差转化成电势差，从而形成电信号输出。

4-6.水温传感器

水温传感器安装在发动机出水管上，用于提供发动机冷却液温度信息。

以便控制器据此对喷油和点火进行修正。

水温传感器是一个负温度系数（NTC）的热敏电阻，其电阻值随着温度上升而减少，但不是线性关系。

该热敏电阻装在一个铜质导热套筒里面。

4-7.机油压力温度传感器

该传感器测量发动机机油压力和温度，提供发动机机油温度和机油压力的信息。

另外BOSCH燃气控制系统还包含电磁切断阀、稳压器、高压滤清器、减压器等组成部分。

结束语

近几年BOSCH燃气控制系统从程序控制优化到燃气及空气供给结构方面的改善，一直在不断地改进。

在实际生产应用中，BOSCH燃气控制系统的可靠性不断提高，使用寿命也大大延长。

参考文献：

1.WP7系列气体发动机保养说明书