分析中华骏捷FSV燃气系统工作原理及故障

石油人

      一、CNG燃气系统的工作原理
    CNG即压缩天然气，中华骏捷FSV车使用的燃气供给系统的简图如图1所示。

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    储气瓶、充气阀、减压器构成高压部分，燃气的压力最高可达20000kPa。经过减压器两级减压调节后，燃气的压力可降低至160～190kPa。低压燃气输送给安装在进气歧管上的4个高频电磁阀。燃气模拟控制器在发动机使用燃气工作时，指令高频电磁阀依据发动机的工作顺序，将定量的燃气喷射到进气门附近。    中华骏捷FSV采用的是恩吉威公司的NC-AEB燃气控制系统。该控制系统具备：燃料选择和转换；指示CNG储量；控制向各个汽缸供应燃料的数量和时间；控制CNG的截止；使用CNG时模拟汽油喷油器的工作状态；排放控制；转换方法的调节及设定；行驶性能的调节；减速断气；怠速减稀；温度补偿；压力差补偿；低气压自动转油等功能。    控制系统的组成包括：模拟器（燃气控制单元）及其线束，转换开关、剩余燃气压力传感器、切断油泵继电器、喷气压力传感器、点火提前角调节器等部件。    燃气控制系统电路简图，如图2所示。

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    以下从3个方面简单描述一下NC-AEB燃气控制系统的工作过程。    1.燃气喷射控制
      目前常见的经济型轿车，使用的所谓双燃料发动机实际上都是在汽油发动机的基础上加装的燃气系统。也就是说，发动机是按照使用汽油燃料来进行设计及制造的。    燃气控制单元实际上是一个模拟器，它根据发动机ECU的喷油量控制喷气量。同时利用进气压力、氧传感器以及发动机转速等信号来修正喷气量。发动机正常工作需要的点火、怠速等控制还需要发动机ECU进行控制。    在使用燃气时，需要切断喷油器电路，以达到停止汽油供给的目的。如果喷油器电路被切断，发动机ECU能识别到。发动机ECU会设置故障码，无法提供正常的喷油信号。因为燃气控制单元是依靠模拟发动机ECU的喷油信号发出喷气信号的，所以这种切断会导致燃气无法正常使用。    为了避免在使用燃气时出现这种不正常的现象，使发动机ECU保持在正常工作状态，必须在切断汽油喷射的同时，向发动机ECU输入模拟的汽油喷射信号，示意图如图3所示。

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2．点火提前角控制
    辛烷值是燃料抗爆震燃烧的能力，辛烷值越高，表示抗爆性越好。目前使用的汽油辛烷值一般为90, 93。天然气的辛烷值一般在120～130之间，其抗爆性要好于汽油。    使用燃气时可将点火提前角加大，以提高发动机的动力性。因此在NC-AEB燃气控制系统中有一个点火提前角调节器。    它的作用是接收曲轴位置信号，依据加速踏板位置等修正信息，对曲轴位置信号进行修正，再将修正后的曲轴位置信一号发送给发动机ECU.发动机ECU按修正后的曲轴位置信号控制点火，适当增大点火提前角。点火提前角调节器的曲轴位置传感器输入信号及修正输出信号波形（怠速工况），如图4所示。

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    3．排放控制
    NC-AEB燃气控制系统在使用燃气时，燃气控制系统与发动机ECU共用氧传感器信号，对燃气喷射进行闭环控制，简单叙述控制过程为：在使用燃气时，氧传感器信号首先进入燃气控制单元，由燃气控制单元对浓稀进行判断，再根据判断结果向发动机ECU输送模拟的氧传感器信号，汽油控制系统根据氧传感器信号控制喷油时间，燃气控制单元根据汽油ECU给出的喷油信号来控制喷气时间。发动机ECU具有自适应功能，可以对各工况下的喷气时间进行修正。通过这种闭环的修正，可以使中华骏捷FSV双燃料轿车排放达到欧IV排放标准。    二、燃气系统常见故障
    1．高频电磁阀（喷气嘴）故障
    ①由于燃气中含有残液或胶质造成高频电磁阀的阀芯堵塞或卡滞（如图5所示），导致喷气量不足，引起发动机运转不平稳。

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    故障判断时可利用燃气系统诊断软件，查看使用燃气时高频电磁阀的喷气脉宽。正常情况下喷气时间为3～4ms（如图6所示），而当高频电磁阀开度不足喷气量减少后，在控制系统的闭环修正下，喷气时间会达到5～6ms，如图7所示。

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    处理方法：清洗高频电磁阀芯。按照厂家的使用要求每30000km应保养高频电磁阀组。但根据实际使用情况如果燃气品质不良，应将保养间隔里程适当缩短。    ②随使用里程增加，高频电磁阀芯磨损，造成实际喷气量增加，导致怠速抖动，耸车等故障。
    处理方法：可以通过燃气系统诊断软件中的“load configuration”功能写入“减稀”数据文件，如图8所示。

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    用这种方法，可以在燃气的气质发生变化或高频电磁阀芯轻微磨损时，通过喷气量减小修正，达到消除用户抱怨的目的。但是如果阀芯磨损严重，则应通过更换阀芯排除故障。<font color="#ff0000">

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    2．发动机控制单元的空燃比自适应值超差
    车辆使用一段时间后，出现无论使用燃油还是使用燃气均运转不平稳，或怠速偶尔抖动，加速耸车等故障现象。
    处理方法：利用发动机ECU诊断仪，对发动机ECU进行长效学习值复位，利用燃气诊断软件做“ECUReprogrammin扩功能选择相应的编程文件对燃气控制单元重新编程。    产生这种故障的原因是：使用燃气时，发动机ECU却始终以使用燃油的程序进行空燃比自学习，使用燃气与燃油产生的排放是差异的。长期使用燃气会造成发动机的自学习值超差严重，引发故障。厂家要求使用燃气行驶3000km左右，应该使用燃油连续行驶100～200km。这样既可以保证燃油系统部件，如燃油泵、喷油嘴等始终处于正常状态，也可在一定程度上起到修正自学习值的作用。    3．无法实现从“燃油”到“燃气”的切换（如图9所示）

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    常见的故障原因有：
    ①减压器冷却液温度传感器故障，指示温度始终较低，无法满足切换条件。    ②燃气压力传感器故障，或传感器线束接触不良，造成的压力指示异常。
    ③发动机电控系统有故障未排除，或有其他引起发动机动力不足的故障，都可造成无法使用燃气或使用燃气时自动切换到燃油。    4．点火提前角调节器造成发动机故障灯亮
    发动机无论使用燃油还是燃气，行驶一段时间后，发动机故障灯点亮，用发动机ECU诊断仪检查有故障码：P0016，凸轮轴与曲轴安装位置不合理；P000A，进气VVT反应慢。    骏捷FSV发动机使用了可变配气相位VVT机构。在发动机运转过程中，发动机ECU监控曲轴位置传感器信号与凸轮轴位置传感器信号的对应关系，判断进气配气相位是否按照工作要求进行调节。如果两信号的对应关系不在规定范围内就会设置上述故障码。    用示波器测量故障车点火提前角控制器的曲轴位置传感器及凸轮轴位置传感器，4个通道分别测量两个传感器的输入与输出信号波形，结果如图10所示（使用燃油，怠速运转）。

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      由波形图可见，经过点火提前角调节器修正后，传递给发动机ECU的凸轮轴位置信号波形幅值为12V。而发动机ECU能识别的凸轮轴位置信号的幅值为5V。正是山于发动机ECU无法准确识别凸轮轴位置信号，才引发了与凸轮轴位置传感器有关的故障。    处理方法：更换点火提前角调节器。      故障总结：CNG燃气系统的结构及控制方式相对简单，这个系统正常工作的基础是发动机控制系统工作正常。很多在使用燃气时表现出来的故障，往往是由于发动机控制系统的部件有问题造成的。如：点火线圈或火花塞有轻微故障，在使用燃油时没有问题，而切换到使用燃气时就会造成功率不足，其原因是使用燃气时要求火花塞的点火电压相对较高。总之，使维修人员了解系统的工作原理及CNG燃气的基本性质，才能真正“授之以渔”。