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CNG汽车多点顺序喷射系统安装说明书

一、系统及关键设备简介
    多点顺序燃气喷射控制系统适用于装有氧传感器和三元催化转化器的电喷汽油发动机，是目前国际上最先进的燃气汽车控制系统。该系统与多点燃油喷射的原理一样，使燃气燃料分缸精确喷射，能基本解决早先CNG汽车改装带来的功率下降、回火等问题，其尾气排放也有了明显的改善和控制，目前该系统已经在发达国家和我国部分两用燃料车上运用。
    燃气多点顺序喷射系统主要由燃气减压器、燃气喷射器、燃气ECU以及过滤器、压力、温度传感器等附件组成，系统示意图见图1。

图1 燃气多点顺序喷射系统原理
    顺序喷射系统将气体喷射器布置在靠近进气歧管的进气阀处，可实现对每一缸的定时定量供气，因此也称之为电控多点燃气喷射系统。进气阀处喷射由于可以由软件严格控制气体燃料喷射时间与进排气门及活塞运动的相位关系，易于实现定时定量供气和层次进气。顺序喷射系统最大的优点就在于可以减轻和消除由于气门重叠角存在造成的燃气直接逸出、恶化排放和燃料浪费的不良影响。可根据发动机转速和负荷，更准确地控制对发动机功率、效率和废气排放有重要影响的空燃比指标，实现稀薄混合气燃烧，更进一步提高发动机的动力性、经济性，以及更进一步改善排放特性。
    多点顺序喷射CNG汽车的储气系统与传统的混合器形式CNG汽车基本相同，下面介绍顺序喷射系统特有的关键设备。
1、CNG减压器
    与混合器方式燃气供应系统中的零压减压器不同，该类减压器的出口压力调节范围为0.08~0.25MPa，因此又称为正压减压器。这种减压器可以简单理解为去掉第三减压段（零压段）的常规车用减压器。图2为CNG正压减压器的典型结构。该减压器为两段皮膜式，用发动机冷却液在水-气热交换器对其进行加热。减压器还包括有过滤器、燃气切断、燃气温度传感器以及安全阀等其它功能。一般标定在比进气总管压力高95~250kPa。

图2 CNG正压减压器结构示意图

2、燃气喷射器
    在气体燃料发动机的电控喷气系统中，最关键的装置之一是气体喷射器，它的性能优劣直接影响燃料的喷射质量，从而影响到发动机的性能。气体喷射器与汽油喷射器的最大差别是其需要较大的流通截面，以保证大气流的通过能力；另外，不同于液体燃料本身具有一定的润滑和密封作用，其正常使用寿命是气体喷射器面临的一个严重挑战。
    根据发动机的工作工况，一般对气体燃料喷射器的要求主要包括以下几点：
1）合适的气体供给压力，主要决定于发动机压缩比、排量和转速，以及喷射时刻等。
2）满足发动机动力性、经济性和排放要求的气体流量及相应的流量特性。
3）合适的电磁阀的线圈电压、功率。
4）阀体开关响应时间短，良好的动态响应特性。
5）良好的安全性、可靠性和耐久性。
    为了方便燃气汽车的安装，一般把多个燃气喷射器固定在一个统一的燃气分配架上，这时我们把燃气喷射器称为燃气共轨喷射器，简称燃气喷轨获燃气共轨。图3为燃气共轨喷射器结构示意图。

图3 燃气共轨喷射器结构示意图
3、压力传感器
    压力传感器用来测量喷射器共轨的燃气和发动机进气总管之间的相对压力。传感器类型一般为交流型压力传感器，测量范围为0.05~0.35MPa，最大测量压力为0.6MPa，温度使用范围为-40~130℃。利用该压力信息，燃气控制器能对燃气喷射时间进行修正。压力传感器也用来监控燃气过滤器的效率（工作状态）。
4、温度传感器
    温度传感器装在减压器出口的水加热回路上。温度是燃气ECU的一个输入参数，用于控制燃气模式中的喷射时间。温度传感器一般为负温度系数(NTC)热敏电阻，使用温度范围-40~125℃。
5、过滤器
   过滤器位于减压器和喷射器共轨之间，滤芯等级为10μm，最大运行压力为250kPa。
6、气量指示器-切换开关
   该装置具有2位燃气/汽油开关，用两只LED灯监控当前使用的燃料种类的功能，用5只LED灯监控气瓶中的气量。切换开关装有蜂鸣器，当系统切换到汽油模式、燃气压力低以及燃气系统出错时进行声音提示。
7、燃气ECU
    燃气顺序喷射控制器（又称燃气ECU）的主要工作是在车辆使用燃气时，燃气ECU以即时采集的汽油喷射时间为基础，计算出适用于燃气的喷射时间。因此，燃气ECU把汽油喷射执行命令翻译成适用燃气喷射的控制命令，而把发动机的主要管理工作留给原车汽油ECU。
燃气ECU具备以下功能：
1）燃料转换控制
    燃气ECU控制燃料转换的时间，使转化平稳顺利。由于CNG从高压电磁阀经减压器到燃气喷射器需要一定的流动时间，因此转化时间主要是指打开高压电磁阀与打开燃气喷射器（同时切断燃油喷射器）的时间差。多个燃气喷射器和汽油喷射器可以同时打开和切断，也可以分步逐一进行。
2）燃料喷射量的控制
    当选择天然气作为发动机燃料时，燃气ECU效仿多点燃油喷射的燃料供给方式控制燃气喷射器的打开时间，实现天然气的定时、定量分缸喷射。由于燃气ECU只是一个附加装置，能完全继承原车ECU的加速补偿、减速断气功能、超速限制、自适应等功能，辅助以燃气ECU特有的温度和压力补偿功能，可以完善发动机的工作过程和实现最佳的动力性、经济性以及低排放性。
3）汽油喷射模拟信号
    汽车使用天然气时，切断汽油喷射，同时仿真汽油喷射信号持续供给原车ECU，原车ECU接收的控制信号与使用汽油一样，避免出现故障信号。
为了保持与汽油系统的连贯性，燃气ECU以与汽油喷射系统相同的顺序驱动燃气喷射器。大致上，燃气ECU把车辆汽油驱动所需的能量转变为燃气释放的等效能量，弥补两种燃料的差异。大部分燃气ECU可以根据不同应用的要求，使用不同类型的喷射器。 
由于燃气ECU只是一个附加装置，能做到对原车汽油发动机管理系统影响最小，因此它能继承原发动机管理的所有功能，包括混合气加浓、切断、烟气再循环、尾气催化转换等，以及一切辅助功能，如空调、助力转向、电子油门等。 

二、CNG顺序喷射系统的安装
   系统套件构成（除钢瓶及支架）：
序号
名称
数量
备注
1
高压电磁阀及线索
1

2
减压器
1

3
燃气ECU
1
包括切换开关、线索、温度传感器、压力传感器
4
压力表
1
包括传感器
5
压力表安装三通
1

6
加气阀
1

7
高压钢管
1
f6长5.8m
8
喷射器共轨
1
包括燃气喷嘴4只
9
过滤器
1

10
MAP接插件
1

11
水管

12
耐压加强燃气软管

f10
13
附件

排气口2只、真空管三通、水管三通2只、歧管燃气接口、排气管2m、抱箍、排气袋等
14
点火提前角调节器

选装件
CNG套件安装注意事项：
1、为了保证车辆结构的总体良好性能，应确保CNG转换套件的各个部件固定良好，其中特别是钢瓶、高压管、加气阀和减压器的固定尤其重要。这样，CNG套件就不会损害车辆的结构性能。
2、要确认原车辆的机械和电子设备在运行汽油的情况下状态良好，然后才能进行CNG的转换。如果有问题，应在转换前修理。
3、行李舱内安装CNG钢瓶、通风管等；发动机舱内安装减压器、加气阀、压力表及传感器、水管及接头、喷轨、过滤器、燃气喷射器的气管接口、电子控制器（燃气ECU）、压力传感器、温度传感器和点火提前角调节器等；驾驶室内安装带气量指示器的切换开关。

CNG套件安装步骤：
1、钢瓶支架
钢瓶支架应带有钢瓶固定紧固带，安装时确保钢瓶支架安装平直，并确保车辆在任何情况下，支架不会移动。
2、钢瓶
钢瓶用紧固带固定。紧固带用螺丝固定，要确保有足够的坚固性，使钢瓶与支架具有整体性。
3、通风管
   通风管的作用是使钢瓶处于一个封闭的环境中，一旦钢瓶阀发生泄漏时能把燃气排至车外环境，满足安全要求。安装通风管时使用排气袋1、排气管2和排气口3。在行李舱底板上钻2个32mm的孔，把排气口用5mm的自攻螺丝固定的底板上。排气口要靠近钢瓶阀，要注意排气口的位置能保证不会让泥土或其它东西慢慢堆积造成堵塞。排气袋要覆盖整个钢瓶阀，排气管连接袋和出口，并保证密封不漏气。

4、高压钢管安装
   高压钢管用于CNG钢瓶、加气阀、减压器、高压电磁阀和压力表三通之间的连接。高压管和这些部件连接时应采用弯圆盘管方式，使之能承受震动和运动的冲击。弯圆的直径应不小于70mm。弯圆盘管螺旋之间至少要有2mm的间隙。弯圆或W形的方式应该遵守在车辆受正面或侧面冲击时，其变形只能是扩大弯圆的曲率半径，避免钢管被折扁或者破裂。
高压管从车辆底部走线，不同部件之间的连接必须具有整体性。在车辆底盘下用管夹固定管线，管夹之间的间隔不超过400mm。

安装时，特别要注意高压管线不要与车辆的运动部件接触、与排气管和三元催化保持一定的距离，避免与任何尖锐的部件接触。
5、加气阀、压力表及高压电磁阀的安装
   固定加气阀安装板在车辆底盘上，固定压力表安装三通，三通两头然后接高压管线；把高压电磁阀接入高压管线。安装压力表时需要一个铝质密封垫，才能保证不漏气。
   安装高压管线时，首先套上压紧螺帽和密封环。手动旋紧螺帽，直到开始变紧，用扳手再旋半圈压紧。然后旋开压帽，检查密封环形状是否合理，即有没有变形，并且注意高压管端口应长出密封环至少3mm。然后旋紧螺帽，再用扳手至少完整地旋紧一圈。操作时应仔细观察，旋紧过程中不能出现压帽裂开现象，否则应重新安装。
6、减压器安装
   减压器应该安装在发动机旁边最大的空档位置上，要确保在车辆碰撞事故中不会受到影响，并保证有足够的空间，不会对今后发动机的维护工作造成不便， 
   首先把支撑板固定在车辆的底盘上，然后用螺栓把减压器固定在减压器支撑板上。
   减压器尽可能远离排气管，避免发生高温影响。
   减压器安装高度不要超过散热器和水箱高度，避免发动机停止运转时，在减压器内水室内出现气泡，造成水温传感器工作不正常，这可能会对发动机造成不良后果。

7、水加热管
   把水管三通安装在从发动机和散热器之间的热水管中间，首先应把水管切断。水管切断点的位置要选择合适，避免水管过长。每一个水管连接点上都应用抱箍固定好，保证不漏水。
8、过滤器的安装
   用f10燃气耐压加强管连接减压器和过滤器，然后用抱箍固定，保证不漏气。
9、燃气喷射器的安装
    固定燃气喷射器安装支架，把喷射器安装在支架上，用f10燃气耐压加强管连接过滤器、四通和燃气喷射器，然后用抱箍固定，保证不漏气。
喷射器的安装位置应与歧管燃气接口的位置尽可能的短。
   喷射器的喷嘴选择应该基于发动机的功率。喷嘴的选择应该保证能获得高的发动机负荷和高转速。而对于给定的喷射时间的倍数应该接近1。对于大多数发动机，喷射时间粗略等于15ms。下表给出基于单缸的发动机功率的喷嘴直径。为了选择喷嘴合理的直径，发动机的功率要除以发动机的汽缸数。
喷嘴直径，减压器压力为2bar
每一缸的发动机功率，kW
1.8~2
12~17
2.1~2.3
18~24
2.4~2.6
25~32
2.7~2.9
33~40
3.0
41~48

10、发动机进气歧管上安装燃气进气接口
    在发动机四个进气歧管上的燃气喷射口位置上用f8.5钻头打孔，然后用1/8”丝攻攻丝。钻孔及攻丝时注意要采取措施，避免金属屑进入歧管。
    用f6软管连接喷射器喷嘴和歧管上燃气进气接口，然后用抱箍固定。需要注意的是，各根软管的长度要保证一致。
11、燃气ECU的安装
1）在发动机进气总管上安装真空管，用三通把真空管分为两路，一路接压力传感器，另一路接减压器补充口；
2）把水温传感器安装到减压器的传感器位置上；
3）把燃气温度传感器安装到燃气四通上；
4）用f6软管连接四通和压力传感器；
5）蓄电池上取ECU工作电源；
6）启动点火钥匙接开关线；
7）点火线圈负极取点火信号；
8）氧传感器上并联出信号线；
9）在驾驶室内安装切换开关；
10）ECU线索接高压电磁阀、水温传感器、压力表传感器、燃气传感器、压力传感器、氧传感器、燃气喷射器、点火信号线、车辆启动控制线和切换开关。

12）点火提前角调整器的安装
    拔下正时齿轮传感器接插件，把点火提前角调整器线索的一端连接传感器，另一端连接原接插件，即把点火提前角调整器串接进去。点火提前角调整器电源线接CNG高压电磁阀，触发信号线接TPS并联线。

三、车辆调试和标定
    顺序喷射系统的调试和标定基本上能自动完成，唯一可能需要进行调整的喷射器的喷嘴尺寸。另外，在特殊情况下，可能需要适当调整减压器的出口压力。
1、调试前的基本参数的设定
    把ECU用串口线与PC机的COM相连，打开启动钥匙，运行标定程序。
首先对车辆参数进行设定，包括发动机汽缸数、点火线圈形式、转速信号类型及发动机来信。如下图。
其次，对燃气ECU的相关参数进行设定，其中相对重要的是对燃气工作压力及燃气喷射器类型的设定。

然后对传感器类型进行设定，如下图。

2、标定
   让车辆怠速运行在汽油模式，关闭所有不必要的设备，包括空调、灯光，不打方向盘等，打开标定电脑及软件，开始进行自动标定，燃气ECU通过改变怠速工况下的汽油喷射时间，获取相应的氧传感器读数，然后标定软件自动把车辆切换到燃气模式，再通过改变燃气喷射时间来读取相应的氧传感器读数。燃气ECU自动选择汽油喷射时间范围中有一定间隔的4~6个标定点，根据氧传感器读数，再找出对应的燃气喷射时间，然后形成一张以汽油喷射时间为横坐标、喷射时间倍数（燃气喷射时间/汽油喷射时间）为纵坐标的函数图（俗称Map图，见下图）。该Map图是车辆标定的最基础数据，一般认为喷射时间倍数在汽油喷射时间全范围内1.1~1.6较为合理，超出该范围时，需要更换燃气喷嘴或调整燃气减压器出口压力。由于标定时的燃气压力及温度将作为其它进一步修正的基础，因此一旦改变减压器输出压力或发现燃气温度不稳定，则需要重新进行自动标定。下图中的橙色线表示自动标定的结果。
    自动标定只是以尾气中氧含量为指标，平衡燃气供给系统（调压器、喷射器及喷嘴）的工作特性与汽油喷射之间的输入能量差异，但还不能反映直接的车辆动力性能。

3.2 路驶匹配
    路驶匹配时，首先让车辆用汽油以不变的档位（例如4档）在公路上行驶一定的里程（4~5公里）。燃气ECU在这过程中采集不同汽油喷射时间与对应的进气管真空绝对压力的数据，采集停止后，ECU自动生成一条蓝色曲线（汽油Map图）。接着让车辆运行燃气，以同样的方法进行数据采集，即以相同的车况和路况完成燃气Map图（图中绿点和绿线表示）。所谓汽油和燃气匹配，就是汽油Map图和燃气Map图具有较好的一致性，一般认为差异在10%以内认为匹配较好。如果出现匹配不理想的情况，可以通过调整倍数Map图上的黄点位置（即倍数的大小）来改善。
一旦匹配完成，数据储存后就完成了车辆标定程序，即获得了发动机不同转速工况下的燃气喷射和汽油喷射的时间倍数。

3、顺序喷射系统的CNG汽车的运行
   一般情况下，CNG汽车使用汽油起动发动机。当发动机运行且转换开关置于自动转换位置时，燃气电脑将自动检测已存储于电脑内部的转换条件。当发动机水温达到转换条件时，燃气高压管路上的电磁阀开启，CNG经减压器减压后经过滤器后到达燃气喷射器。当其他转换条件（发动机转速、加速或减速、燃气温度及转换最短时间）均达到时，系统转换为以燃气运行。此时，汽油喷射器被切断，燃气系统电脑驱动燃气喷射器开始工作。
不同厂商生产的燃气ECU，功能的丰富性上略有区别，但完善的燃气ECU一般应具备以下功能：
1)汽油-燃气自动切换，车辆启动时运行在汽油模式，待发动机转速高于设定值、并在转速下降时，自动切换到CNG模式。也有系统是待到发动机冷却水到达设定温度后再自动转换到使用CNG。
2)气量显示器，有用四只LED灯表示气瓶中的不同燃气储量，也有采用液晶数显CNG压力值或储量百分数的。
3) 当燃气压力过低时，自动转换到使用汽油。
4) 发动机熄火时，自动关闭燃气电磁阀，保证无燃气泄漏。
5) 超过设定的发动机最高转速时，自动断气供油；转速下降到设定转速以下后恢复供气。
除此以外，标定软件具备设定参数存盘功能，具备控制器设定参数上载、下载功能，方便车辆的诊断，并可以大大加快同类型车辆的调试。