柴油/天然气双燃料发动机的控制策略与试验研究

【摘要】：原油的日渐枯竭和大气污染的加剧,促使全世界政府、学者和企业都在积极开发更加清洁高效的内燃机替代燃料。天然气以其丰富的储量,较低的价格,优良的抗爆震性能和极低的污染物排放,成为21世纪交通运输领域最有前途的替代能源。目前,天然气运用于发动机上的成熟方案主要是点燃式天然气发动机。为了进一步发挥天然气高辛烷值的优势,开始在压燃式发动机上燃用天然气,天然气由进气道进入发动机气缸,在压缩行程末期由喷射进入缸内的柴油作为点火源引燃天然气。该种形式的柴油引燃天然气发动机因其优良的动力性,极低的NOx和PM排放,受到学术界和企业界的极大关注。本文在一台高压共轨增压柴油机上进行了双燃料改装,添加了天然气喷射系统,实现了天然气进气口顺序喷射。并针对高压共轨柴油／天然气双燃料发动机开发了电控系统,介绍了双燃料ECU的硬件架构、基本功能,以及构成电控系统的主要传感器和执行器的作用、构成和原理。提出了双燃料工作模式下基于原机喷油信号的等热值替代控制策略。一方面可以保留原机纯柴油模式工作的能力,另一方面在双燃料模式下工作时,可以最大限度利用原机成熟的控制算法,依据原机ECU实时喷油信号计算当前工况下引燃油量和天然气量。并通过试验验证了本文所提出的基于原机喷油信号的等热值替代控制策略。同时也验证了自主开发的双燃料ECU各项功能正常,满足设计要求,具有较高的工程应用价值。最后,对比测试了所改装双燃料发动机在两种工作模式下的外特性数据和排放特性。 【关键词】：天然气 双燃料发动机 ECU 控制策略 试验研究
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 选题背景及意义8-10
• 1.2 天然气作为车用燃料的特点10-12
• 1.2.1 天然气的物化特性10-11
• 1.2.2 天然气应用于车辆时的有点和缺点11-12
• 1.3 天然气发动机研究现状12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第二章 高压共轨柴油/天然气双燃料发动机的组成16-26
• 2.1 高压共轨柴油机原机结构组成16-20
• 2.1.1 原机主要技术参数16
• 2.1.2 原机燃油系统组成16-20
• 2.2 双燃料发动机的改装20-22
• 2.2.1 双燃料发动机改装的原则20-21
• 2.2.2 本文实验所采用的改装方案21-22
• 2.3 天然气供给系统组成22-25
• 2.3.1 LNG气瓶系统23-24
• 2.3.2 天然气气耗仪24
• 2.3.3 天然气喷轨总成24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 电子控制系统组成26-36
• 3.1 电控系统总体构成26
• 3.2 双燃料ECU硬件系统26-27
• 3.3 关键传感器27-34
• 3.3.1 曲轴位置传感器27-28
• 3.3.2 凸轮轴位置传感器28-29
• 3.3.3 进气流量传感器29-30
• 3.3.4 加速踏板位置传感器30-31
• 3.3.5 宽域氧传感器31-32
• 3.3.6 进气压力/温度传感器32-34
• 3.3.7 排气温度传感器34
• 3.4 主要执行器34-35
• 3.4.1 电子节气门34-35
• 3.4.2 天然气喷射电磁阀35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 柴油/天然气双燃料发动机控制策略36-46
• 4.1 启动及怠速工况控制策略36-38
• 4.1.1 启动喷油量控制37
• 4.1.2 怠速喷油量控制37-38
• 4.2 稳态工况时的双燃料控制策略38-43
• 4.2.1 每循环理论喷油量的计算39-40
• 4.2.2 引燃油量和天然气量的计算40-41
• 4.2.3 引燃油和天然气喷射脉宽的确定41-42
• 4.2.4 引燃油和天然气喷射时刻的确定42-43
• 4.3 油气切换时的控制策略43-45
• 4.3.1 切换过程分析43-44
• 4.3.2 切换过程控制策略44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 柴油/天然气双燃料发动机试验研究46-54
• 5.1 试验系统简介46
• 5.2 喷射油量控制算法的试验验证46-47
• 5.3 等热值替代控制算法的试验验证47-49
• 5.4 两种运行模式下外特性对比49-50
• 5.5 两种运行模式下排放性能对比50-53
• 5.6 本章小结53-54
• 结论与展望54-56
• 参考文献56-59
• 致谢59

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