天然气掺氢发动机的试验研究及标定

【摘要】： 天然气掺氢燃料(HCNG,Hydrogen Enriched Compreesed Natural Gas)是解决石油危机和环保问题的车用代用燃料之一,是实现从传统燃料向氢能过渡的最具可行性的方案。本文以东风EQD210N-20天然气发动机为原型机,在燃用体积掺氢比为20%的HCNG燃料的条件下,将原型机电控系统标定成为可以实际使用的HCNG发动机。标定后的HCNG发动机需满足国III排放标准,其动力性和经济性需保持与原型机相当的水平、并达到HCNG整车的要求。 本文根据Delphi公司ITMS电控系统的相关资料,分析了电控系统内部的控制策略,在原型机上进行标定试验使该控制系统适用于HCNG发动机。HCNG发动机的标定主要涉及稳态工况标定、怠速工况标定和过渡工况标定。 结合HCNG燃料自身的特点,在HCNG发动机稳态工况标定时,外特性和其他工况采用不同的空燃比控制策略,点火提前角适当推迟,使HCNG发动机在保持与原型机相同的动力性和经济性的前提下达到更好的排放;HCNG发动机怠速的标定主要集中在怠速旁通空气量控制和点火提前角怠速调整上,因在怠速工况下HCNG燃料燃烧稳定性比CNG燃料好,标定过程中对点火提前角怠速调整做了较大改动以充分发挥HCNG燃料的优势。怠速工况的标定以发动机转速稳定性和发动机排放为主;在HCNG发动机过渡工况的标定中根据气体燃料的特点屏蔽了电控系统中部分过渡工况燃油控制模式,因为该控制模式主要针对于汽油燃料。过渡工况的标定以HCNG整车动力性和发动机排放为主。 在最终的道路测试中,HCNG整车的加速度、最高车速、最大爬坡度和经济性都达到项目的设计要求。HCNG发动机的ETC循环试验结果也满足国III排放要求。 【关键词】：天然气掺氢 标定 稳态工况 怠速工况 过渡工况
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TK46
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 课题背景9-11
• 1.1.1 能源与环境的问题9-10
• 1.1.2 HCNG 燃料的介绍10-11
• 1.2 国内外研究发展动态11-14
• 1.2.1 HCNG 燃料的研究11-12
• 1.2.2 发动机标定的发展12-14
• 1.3 本课题的研究方法，内容与意义14-16
• 第2章 HCNG 发动机稳态工况的标定16-41
• 2.1 HCNG 发动机试验台简介16-21
• 2.1.1 天然气发动机原型机选择16-17
• 2.1.2 发动机测试系统17-18
• 2.1.3 排放测量18
• 2.1.4 空燃比测量18
• 2.1.5 HCNG 掺氢系统18-21
• 2.2 喷嘴对比试验21-25
• 2.3 空燃比算法及标定25-32
• 2.3.1 HCNG 发动机空燃比的标定27-32
• 2.4 点火提前角的算法及标定32-36
• 2.4.1 点火提前角控制的电控系统33-34
• 2.4.2 点火提前角的标定34-36
• 2.5 外特性对比36
• 2.6 37 工况点排放对比36-40
• 2.6.1 工况点的选择37-39
• 2.6.2 试验结果39-40
• 2.7 小节40-41
• 第3章 怠速工况的标定41-79
• 3.1 怠速控制介绍41-43
• 3.2 怠速工况条件下不同燃料的性能比较43-52
• 3.3 目标怠速转速的确定52-55
• 3.4 变参数PID 调节器的标定55-62
• 3.4.1 怠速控制模式的工况条件与使能条件55-56
• 3.4.2 转速闭环积分项56-59
• 3.4.3 转速闭环控制的比例项59-60
• 3.4.4 转速闭环控制的微分项60-62
• 3.5 开环流量补偿62-70
• 3.5.1 失速补偿62
• 3.5.2 冷机流量补偿DCCOOLD/DCCOOLP62-64
• 3.5.3 节气门跟随器流量补偿（TFFLOW）64-66
• 3.5.4 广义节气门缓冲器流量补偿ETCFLOW66-67
• 3.5.5 起动流量补偿IACCRK67
• 3.5.6 退出减速断油DFCO 工况流量补偿项DFCOFLOW67-68
• 3.5.7 空调接通流量补偿ACFLOW68-69
• 3.5.8 蓄电池电压流量补偿IACBAT69-70
• 3.6 怠速点火提前角的标定70-72
• 3.7 标定后的怠速性能72-77
• 3.8 小结77-79
• 第4章 过渡工况的标定79-101
• 4.1 过渡工况介绍79-80
• 4.2 加速加浓工况标定80-89
• 4.2.1 节气门加速加浓（TPS AE）的控制策略和标定81-83
• 4.2.2 进气歧管绝对压力加速加浓（MAP AE）的控制策略和标定83-89
• 4.3 减速减稀工况的标定89-94
• 4.3.1 节气门减速减稀（TPS DE）的控制策略90-91
• 4.3.2 进气歧管绝对压力减速减稀（MAP DE）的控制策略和标定91-94
• 4.4 减速断油工况（DFCO）的标定94-99
• 4.4.1 DFCO 的边界（使能）条件95-96
• 4.4.2 DFCO 工况进入、退出控制的标定96-99
• 4.5 小结99-101
• 第5章 HCNG 整车性能与HCNG 发动机国III 排放试验101-113
• 5.1 整车性能试验101-107
• 5.1.1 加速试验103-104
• 5.1.2 最高车速试验104
• 5.1.3 中国典型城市公交循环工况下的燃气消耗量试验104-106
• 5.1.4 最大爬坡能力试验106-107
• 5.2 HCNG 发动机国III 排放试验107-111
• 5.2.1 ETC 循环试验108-110
• 5.2.2 试验结果110-111
• 5.3 小节111-113
• 第6章 结论113-115
• 6.1 全文总结113-114
• 6.2 未来工作展望114-115
• 参考文献115-117
• 致谢117-118
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果118

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