柴油/乙醇雙燃料發(fā)動(dòng)機燃料混合比的控制

第4期(總第158期)車(chē)用發(fā)動(dòng)機No 4( Serial No. 158)2005年8月VEHICLE ENGINEAug.2005·電子控制·柴油/乙醇雙燃料發(fā)動(dòng)機燃料混合比的控制韋志康,姚起宏,黃大明,黃偉(廣西大學(xué)機械工程學(xué)院,廣西南寧53005)摘要:提出了一種柴油/乙醇雙燃料發(fā)動(dòng)機計算機實(shí)時(shí)控制的燃料系統,著(zhù)重研究了基于 LabvIEW的進(jìn)氣道乙醇順序噴射系統,能使發(fā)動(dòng)機在各種工況下的空氣、柴油和乙醇均以最佳混合比進(jìn)行燃燒。試驗證明,發(fā)動(dòng)機最低能耗率下降15%,最大功率時(shí)煙度下降80%,且其動(dòng)力性能良好。詞:雙燃料發(fā)動(dòng)機;燃料噴射;計算機控制1分類(lèi)號:TK434.6文獻標識碼:B文章編號:1001-222(2005)04-0027-03目前,我國成功地用玉米、陳化糧和甘蔗渣生產(chǎn)含O燃料—乙醇,在柴油機上采用乙醇燃料對于5滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的能源需求和嚴格的排放標準都將有著(zhù)重要意義。柴油/乙醇雙燃料發(fā)動(dòng)機是指活塞在接近壓縮上止點(diǎn)時(shí),燃氣混合物被柴油點(diǎn)燃的壓燃式發(fā)動(dòng)機。國內外在這方面進(jìn)行了很多試驗研究其乙醇的供給主要釆用機械噴嘴直接供醇、乙醇與柴油的乳化液及乙醇與柴油互溶等方式。這些方式雖然均能夠在一定程度上實(shí)現柴油/乙醇雙燃料的燃燒,達到節油和改善排放的效果,但都有一個(gè)致命的缺點(diǎn),即不能根據發(fā)動(dòng)機工況對柴油和乙醇的混1—計算機控制單元;2—電子泵:3-乙醇儲存箱;4-乙合比進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,不能最大限度地改善發(fā)動(dòng)機特醇過(guò)濾器;5—蓄能器;6—排氣管;7—乙醇分配管性。本文提出了一種新穎的柴油/乙醇雙燃料混合8—柴油噴油嘴;9—乙醇壓力調節器;10乙醇噴射器;比的計算機實(shí)時(shí)控制方法,通過(guò)實(shí)時(shí)檢測發(fā)動(dòng)機工11—空氣濾清器;12-進(jìn)氣管:13柴油箱:14—柴油進(jìn)況,利用計算機控制柴油機循環(huán)供油量所需乙醇的油管;15柴油回油管;16供油拉桿位移傳感器;17柴油噴油泵;18—輸油管;19—柴油濾清器;20—曲軸轉角傳噴射量,使發(fā)動(dòng)機在各種工況下的空氣、柴油和乙醇感器;21—轉速傳感器能夠按最佳混合比進(jìn)行燃燒。圖1柴油/乙醇雙燃料燃燒系統1控制系統組成及原理行編程控制,控制系統的結構見(jiàn)第28頁(yè)圖2。發(fā)動(dòng)機通過(guò)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟信號傳感器、轉速傳感器及噴油目前,國內專(zhuān)門(mén)制造的雙燃料發(fā)動(dòng)機很少,需要泵供油拉桿位置傳感器分別輸出進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟與噴醇將現有的柴油機改裝成燃用柴油/乙醇的發(fā)動(dòng)機。正時(shí)、轉速及供油拉桿位置的脈沖信號或模擬電信圖1為T(mén)Y295D柴油機改裝成計算機控制乙醇多號。進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟脈沖信號和轉速脈沖信號經(jīng)信號調點(diǎn)獨立順序噴射系統雙燃料發(fā)動(dòng)機示意圖,主要改理電路脈沖整形后輸入到PCI-6024E采集卡的裝件為增加噴醇系統,在每個(gè)進(jìn)氣歧管上安裝電磁兩個(gè)24位計數器,用于計算發(fā)動(dòng)機的轉速和作為乙噴醇器。噴醇壓力為300kPa,噴醇量由脈沖寬度醇噴射脈沖產(chǎn)生的定時(shí)信號;供油拉桿位移信號經(jīng)控制;計算機控制單元由PC機、PC-6024E數據模擬濾波等信號調理電路后輸入采集卡進(jìn)行A/D采集卡和 Labview軟件組成。將PCI6024E數轉換,中國煤化工轉速信號由計算據采集卡插入PC機主板上的擴展插槽,利用計算機按CNMH的循環(huán)噴油量及機和 LabVIeW軟件編程對柴油/乙醇的混合比進(jìn)噴醇量。用LabⅥEW軟件編程運行如第28頁(yè)圖3收稿日期:2004-11-30;修回日期:200405-10作者簡(jiǎn)介:韋志康(1954-),男,廣西省都安市人,高級工程師,主要從事動(dòng)力機械與自動(dòng)控制車(chē)用發(fā)動(dòng)機2005年第4期所示的程序控制采集卡發(fā)出一定幅度的噴醇脈沖,角(6n)24°士2°,標定轉速為2300r/min,標定功率這一脈沖的脈寬T決定乙醇的噴射量,稱(chēng)為噴醇為18.4kW;所用燃料為0號柴油和95%的乙醇。脈寬。當發(fā)動(dòng)機在某一工況運行時(shí),噴油泵負荷控柴油/乙醇混合燃料的質(zhì)量低熱值為制桿固定在某一位置,計算機根據轉速和供油拉桿H1=(100-E)Ha4+26.778(1)位移信號自動(dòng)控制T,從而自動(dòng)進(jìn)行柴油/乙醇雙式中,H和H14分別為混合燃料的質(zhì)量低熱值和燃料的最佳混合比控制。如果行車(chē)阻力變化,負荷柴油的質(zhì)量低熱值,MJ/kg;E為乙醇質(zhì)量占總燃料控制桿位置改變,脈沖發(fā)生計數器重新調整T。,雙質(zhì)量的百分率,即摻燒比。燃料的最佳混合比也隨之改變,以滿(mǎn)足雙燃料實(shí)時(shí)由式(1)可知,摻燒乙醇時(shí),不同摻燒比混合燃控制的要求。圖2中的多路模擬開(kāi)關(guān)的作用是根據·料的熱值不同,用平均燃油消耗量和燃油消耗率來(lái)噴醇時(shí)刻與時(shí)序控制各電磁噴醇器噴射乙醇。評價(jià)發(fā)動(dòng)機不同摻燒比下的經(jīng)濟性是不合理的,應乙醇噴射量信號按柴油/乙醇雙燃料的質(zhì)量低熱值進(jìn)行換算,即進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟信號調理[脈沖產(chǎn)生E=E:/P。,信號傳感器計數器|轉速E:=H1G1/(100-E)(3)信號調理凵脈沖寬度測傳感器量計數器拉桿算式中,E為單位有效功率的能量消耗量,即能量消信號調理機耗率,MJ/(kW·h);P。為有效功率,kW;E1為能置傳感器耗量,MJ/h;Gr為柴油的燃油消耗量,kg/h數據采集卡電路門(mén)噴(PC-6024由式(1)至式(3)得多路模擬開(kāi)關(guān)正Ee =(Hid+26.778E)G1/P噴醇器乙醇噴射脈沖信號從以上分析可知,柴油/乙醇雙燃料發(fā)動(dòng)機負荷特性曲線(xiàn)的橫坐標為發(fā)動(dòng)機的P,縱坐標應分別為E。、煙度和排氣溫度(T),如圖4所示;E10,圖2控制系統邏輯框圖轉速和拉桿位置信號采集計算噴醇脈沖寬度P/kW具摻入一定比例乙醇時(shí)的E噴醇脈沖信號是否出現?68102136170P/kw是否終止程序b摻人一定比例乙醇時(shí)的排氣煙度圖3噴醇程序流程圖中國煤化工2控制系統性能試驗與評價(jià)CNMHG13.6170將乙醇多點(diǎn)獨立順序噴醇系統安裝在TY295D柴油機上進(jìn)行臺架試驗。該柴油機為2缸,缸徑為c摻人一定比例乙醇時(shí)的排氣溫度95mm,行程為100mm,壓縮比為18:1,供油提前圖42300r/min時(shí)的負荷特性2005年8月韋志康,等:柴油/乙醇雙燃料發(fā)動(dòng)機燃料混合比的控制E25和E40分別表示乙醇占總燃料質(zhì)量百分數為得進(jìn)氣終了氣缸內混合氣的溫度比柴油混合氣溫度10%,25%和40%。從圖4中可以看出柴油/乙醇低,在一定程度上增加了進(jìn)氣密度,提高了發(fā)動(dòng)機的雙燃料發(fā)動(dòng)機所具有的特點(diǎn)。充氣效率;另外,乙醇氣化潛熱大,摻燒乙醇時(shí),雙燃2.1E。有較大的改善料混合氣在壓縮終了的壓力和溫度比柴油混合氣從第28頁(yè)圖4a可看出,除燃用E10在大負荷低,而且乙醇比柴油燃燒速度及其火焰傳播速度快,時(shí)E與燃用柴油的E。接近外,燃用E25和E40在后燃燒程度小,導致了T,的下降,進(jìn)而在一定程度不同工況下的E。均有不同程度的改善;其中燃用上減少了發(fā)動(dòng)機的熱損失,提高了發(fā)動(dòng)機的熱效率。E25的E。最低,較燃用柴油下降15%左右。這說(shuō)明E的改善效果不是隨乙醇摻燒比的變化單調變3結束語(yǔ)化,而是存在一個(gè)最佳值;通過(guò)摻燒比、轉速和負荷試驗證實(shí),該系統為柴油/乙醇雙燃料試驗提供3個(gè)因素二次回歸正交旋轉試驗證明,發(fā)動(dòng)機轉速了先進(jìn)的控制方法,根據柴油機的轉速和負荷變化,是摻燒比變化的重要影響因素(見(jiàn)圖5),發(fā)動(dòng)機在計算機實(shí)時(shí)計算乙醇的最佳摻燒比,使柴油/乙醇雙中低速區,當摻燒比較小時(shí),E隨著(zhù)摻燒比的增加燃料發(fā)動(dòng)機能滿(mǎn)足柴油機工作特性要求,能達到或而有平緩下降的趨勢,但摻燒比超過(guò)25%后,E的超過(guò)原柴油機的熱效率和承載能力;另外,在柴油機變化則呈急劇增加的趨勢;在中髙轉速區,小摻燒比上摻燒乙醇可明顯降低排煙,在最大功率時(shí)煙度下時(shí)E。下降劇烈,大摻燒比時(shí)E。則平緩上升。由此降80%。但摻燒乙醇后,必然產(chǎn)生與燃料相關(guān)的排可見(jiàn),最佳摻燒比隨發(fā)動(dòng)機的轉速變化而改變,在不放物,應進(jìn)一步研究其排放特性,尋求更符合實(shí)際的同的轉速下,存在各自不同的最佳摻燒比。最佳摻燒比變化規律,參考文獻轉速水平1 200 r/min[1 Ergeneman M, Sorusbay C, Goktan A G. 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Internal Combustion Engine Di-vision (Publication)ICE, 1996. 26(1):33-42.2.2排氣煙度明顯下降[4]劉世文,汪洋,鄭尊清,等.天然氣加氫改性對柴油引由第28頁(yè)圖4b可看出,隨著(zhù)摻燒乙醇比例的燃氣體發(fā)動(dòng)機排放特性和經(jīng)濟性的影響研究[J].燃燒提高,排氣煙度明顯降低,在中高負荷階段煙度下降科學(xué)與技術(shù),2003,9(6):539-545.5]王江,江小平,魏建功,等.電控雙燃料壓燃式發(fā)動(dòng)機率高達80%。這主要是由于乙醇為含O2燃料,燃的研究[冂].天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版),燒時(shí)有自供O2作用,從而抑制柴油燃燒中的碳煙00,33(6):680-683生成使柴油燃燒時(shí)局部缺O生成碳煙的機會(huì )減[6王春發(fā),劉興華,張幽形,等.天然氣發(fā)動(dòng)機電控系統轉少;摻燒乙醇后,噴油泵的供油量隨乙醇摻燒比的增加而減少,雙燃料在氣缸內燃燒時(shí)生成的碳煙減少。[7H中國煤化工006):25CNMHGVA菜油雙然料發(fā)動(dòng)機2.3發(fā)動(dòng)機熱效率有所提高2000,22(6):389-392從第28頁(yè)圖4c可看出,隨著(zhù)摻燒乙醇比例增大,T明顯下降。其原因是采用進(jìn)氣歧管?chē)姶枷?下轉第34頁(yè))統,乙技交括程中噴入:乙胖的吸熱蒸發(fā)作用使車(chē)用發(fā)動(dòng)機2005年第4期[3]威德羅,瓦萊斯.自適應逆控制[M].劉樹(shù)棠,韓崇昭參考文獻譯.西安:西安交通大學(xué)出版社,2000:49-72.[1] Karl-Erik Rydberg. Hydrostatic Drives in Heavy Mobile[4]楊志家,趙光宙,發(fā)動(dòng)機怠迷模型及前饋補償控制[]型內燃機,1997,26(5):19-23SAE Paper981989,1998:1-7[5 Moskwa John J, Hedrik Karl J. 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This system has a remarkable advantage where any exact mathematical model for controlledobject need not set up.Key words: vehicle Engineering; hydrostatic transmission; engine Idle; fuzzy adaptive control[編輯:潘麗麗](上接第26頁(yè))Performance Simulation for an automobile radiatorZHANG Xing-zhou MA Chong-fangBeijing University of Technology, Beijing 100022, China)Abstract: A Mathematical model on the performance of heat transfer and air pressure drop for automobile radiators is estab-lished. A simulation model is also developed in MATLAB/SIMULINK environment. The simulation results fit in with the testdata of heat transfer and air pressure drop basically. The simulation model is validated wellKey words: automobile radiator; heat transfer; wind drag: simulation; mathematical model[編輯:李建新](上接第29頁(yè))Computer Control of Mixture Ratio for Diesel/ Alcohol Dual-Fuel EngineWEI Zhi-kang, YAO Qi-hong, HUANG Da-ming, HUANG Wei( College of Mechanical Engineering, Guangxi University, Nanning 530005, China)Abstract: A computer control system of mixture ratio for diesel/alcohol dual-fuel engine is presented in this paper. Based onLabview, the order injection system for alcohol inlet is mainly studied. As a result the mixture of air, diesel and alcohol areburned with the optimal ratio under various operation conditions. Test results show that the energy consumption and smokedensity of engine are respectively decreased 15 percent and 80 percent, the improvement of engine s thermal efficiency and pow-中國煤化工Key words: dual-fuel engine; fuel injection; computer controlCNMHG[編輯:張玉花]