低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)機空燃比控制系統的設計與試驗

浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,第16卷第1期,2015年3月Joumal of Zhejiang Institute of CommunicationsVol 16 No. 1. Mar 2015低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)機空燃比控制系統的設計與試驗徐進(jìn),李金壽,唐煒銘,黃學(xué)衛,黃松華(鎮江船艇學(xué)院船艇裝備保障系,江蘇鎮江212003)摘要:利用發(fā)動(dòng)機尾氣余熱對低濃度乙醇進(jìn)行催化重整,生成一種富含H、CO等可燃性氣體的發(fā)動(dòng)機替代燃料。由于重整反應過(guò)程中,溫度、流量、乙醇濃度等因素會(huì )對重整產(chǎn)物的組分造成影響,使燃料的理論空燃比發(fā)生變化,設計了一種低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)杌空燃比控制系統,對發(fā)動(dòng)杋的空燃比進(jìn)行實(shí)時(shí)調節,并在低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)機上進(jìn)行試驗。試驗結果表明,空燃比控制系統基本達到了設計的預期效果,降低了發(fā)動(dòng)機的排氣溫度,提高了發(fā)動(dòng)機的燃料利用率關(guān)鍵詞:低濃度乙醇重整;空燃比;控制系統中圖分類(lèi)號:TK434.6文獻標識碼:Adoi:10.3969/isn.1671-234X.2015.01.007文章編號:1671-234X(2015)01-0028-050引言1空燃比控制系統的總體設計低濃度乙醇重整燃料是指將質(zhì)量濃度為75%空燃比控制系統采用SIC12C:5A60S2單片機作左右的乙醇,利用發(fā)動(dòng)機的尾氣余熱,在高溫和貴為電控單元,空燃比控制系統通過(guò)各種傳感器采集金屬催化的條件下進(jìn)行重整反應,生成富含一種富包括排氣氧濃度、曲軸轉速、節氣門(mén)開(kāi)度、空氣進(jìn)含H、(O、CH等可燃性氣體的新燃料。針對新氣壓力、燃氣進(jìn)氣壓力、混合氣進(jìn)氣壓力等信號,燃料空燃比不穩定的特點(diǎn),設計了一種空燃比控制通過(guò)信號調理電路對各信號進(jìn)行分析處理,并對發(fā)系統,對硬件系統進(jìn)行了搭建,并提岀了發(fā)動(dòng)杋在動(dòng)機的工況進(jìn)行判斷,將最終結果轉化為對燃氣穩態(tài)工況和過(guò)渡工況下,空燃比控制的策略。聯(lián)機閥、空氣閥和節氣門(mén)的開(kāi)度執行信號進(jìn)行輸出,完試驗結果表明,本控制系統實(shí)現了對發(fā)動(dòng)杋空燃比成對發(fā)動(dòng)杋空燃比的實(shí)時(shí)調節和控制?？杖急瓤刂频膬?yōu)化控制系統的結構圖如圖1所示中國煤化工CNMHG收稿日期:2014作者簡(jiǎn)介:徐進(jìn)(1984-),男,四川廣元人,助教,碩士,E-mil:33084998gqg,com第1期徐進(jìn),李金壽,唐煒銘,等:低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)機空燃比控制系統的設計與試驗步進(jìn)電機步進(jìn)電機混合器儲氣罐空氣閥步進(jìn)電機節氣門(mén)燃氣閥發(fā)動(dòng)機重整器排氣管冷曲開(kāi)混開(kāi)儲氫|C0開(kāi)度溫度壓力卻軸度合度氣氣水轉溫氣溫罐|濃溫速度壓度壓度電子排氣氧濃度壓力壓力燃料箱調理電路電控單元驅顯‖報‖電‖復時(shí)電電‖電電電電路‖路‖路‖路‖路‖路圖1空燃比控制系統結構圖2空燃比控制系統控制策略的設計系統初始化空燃比控制系統是一個(gè)硬件和軟件的結合體各傳感悉農信號空燃比控制系統能否穩定、高效、可靠的對空燃比進(jìn)行控制,除了合理的系統硬件結構設計以外,還故障診斷模塊所信號是否齊全?要有一個(gè)設計合理、功能完善的控制策略作為支撐?？杖急瓤刂葡到y的整個(gè)程序分為主程序模塊和后號是否在下常子程序模塊,子程序模塊包括:穩態(tài)工況模塊、過(guò)一渡模塊渡工況模塊、故障診斷模塊三個(gè)部分2.1主程序模塊設計主程序模塊實(shí)現了空燃比控制系統功能的主體態(tài)工況稅邏輯關(guān)系,它的主要任務(wù)是對各個(gè)傳感器傳輸來(lái)的信號進(jìn)行采集和分析,依據這些信號和發(fā)動(dòng)機當前中國煤化工塊流程圖的工況進(jìn)行判斷,選取恰當的子模塊進(jìn)行工作,并2.2發(fā)出指令對發(fā)動(dòng)機的燃氣閥、空氣閥和節氣門(mén)的開(kāi)CNMHG當友動(dòng)機作狀念處穩態(tài)工況時(shí),對發(fā)動(dòng)機度進(jìn)行調節,最終達到一個(gè)適合當前發(fā)動(dòng)機運轉的空燃比的控制采用閉環(huán)控制方案。由于PTD控制器最佳空燃比。主程序模塊流程圖如圖2所示③的成熟發(fā)展,并且在ECU中實(shí)現起來(lái)較為方便,在本系統的閉環(huán)控制中,完全能夠達到使用要求,浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報因此本系統在穩態(tài)工況下的空燃比控制策略上選擇PID控制器(圖3)4-6燃氣然氣間開(kāi)度測量變送比例比值計算器器發(fā)動(dòng)機測量變微分控制器】一步進(jìn)機一氣一怕饋-反饋信號空氣閥開(kāi)度圖5比值控制方框圖圖3PD控制方框圖過(guò)渡工況下,控制模塊流程圖如圖6所示穩態(tài)工況下,控制模塊流程圖如圖4所示。殺統初始化宋樣時(shí)間是否絲系統初始化計算空燃比調節值設定K,K、K步數燃氣的壓力設定K、K、KG參數計算步進(jìn)電機調節值計算當前空燃比讀取轉速和節氣門(mén)開(kāi)度向步進(jìn)電機輸出調節查表獲得各氣閥開(kāi)度值訃算空比節值查表獲得各氣閥開(kāi)度值準備下次計算讀取氧氣傳感器信號計算步進(jìn)電機調節值讀取空氣的壓力采樣時(shí)間是否結束計算反餓空燃比步進(jìn)電機輸出調節值計算進(jìn)氣空燃比計算輸出沖量值「準訴次計6過(guò)渡工況控制模塊流程圖輸出增量值2.4故障診斷模塊設計采樣時(shí)間是否結束當空燃比控制系統處于非正常工作狀態(tài)時(shí),為準備下次計算了保護空燃比控制系統和保證空燃比控制的準確性,系統設計了故障診斷模塊(圖7)圖4穩態(tài)工況控制模塊流程圖2.3過(guò)渡工況模塊設計開(kāi)始在發(fā)動(dòng)機過(guò)渡工況下,發(fā)動(dòng)機快速加速或者減速,發(fā)動(dòng)機的轉速與節氣門(mén)的變化速度都較大,而系統初始化空燃比控制系統對發(fā)動(dòng)機的參數收集、分析、判斷和執行都需要一定的時(shí)間來(lái)完成,并且過(guò)渡工況相感器信號是否齊全對于穩態(tài)工況,持續時(shí)間較短。因此在過(guò)渡工況模報警電路工作塊的設計中,采用單一前饋的方案對空燃比進(jìn)行調節。忽略氧傳感器所搜集的氧氣濃度信號,參照發(fā)所有信號是否在設定范圍動(dòng)機空氣的溫度壓力、燃氣的溫度壓力、節氣門(mén)的開(kāi)度、發(fā)動(dòng)機轉速,對照過(guò)渡工況下標定好的預設中國煤化工空氣閥與燃氣閥的開(kāi)度表,采用比值控制器對空燃比進(jìn)行雙閥控制(圖5)2=81。CNMHG塊流程圖3空燃比控制系統的聯(lián)機試驗空燃比控制系統對低濃度重整燃料發(fā)動(dòng)機空燃第1期徐進(jìn),李金壽,唐煒銘,等:低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)機空燃比控制系統的設計與試驗比控制的最終效果,需要通過(guò)聯(lián)機試驗來(lái)檢驗。聯(lián)3.2負載條件下的試驗機試驗中,空燃比控制系統與發(fā)動(dòng)機相連,在發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機運行曖機之后,將發(fā)動(dòng)機的負載調整至機不同的運轉工況下檢驗空燃比控制系統對空燃比50kW,使發(fā)動(dòng)機的轉速穩定在200-m,待發(fā)動(dòng)機的控制情況,并根據發(fā)動(dòng)機的缸內溫度、排氣氧濃穩定運行后對使用了本空燃比控制系統的各缸排氣度等參數,對空燃比控制系統的參數進(jìn)行修改,使溫度進(jìn)行測量,并對空燃比控制系統的各項參數進(jìn)空燃比控制系統達到最佳的工作狀態(tài)和控制效果。行修改優(yōu)化。如果各缸排氣溫度較未加裝本空燃比聯(lián)機試驗分別在空載狀態(tài)下和負載狀態(tài)下進(jìn)行控制系統之前有所降低,則說(shuō)明發(fā)動(dòng)機氣缸內燃料試驗燃燒更為充分均勻,空燃比控制系統起到了對空燃3.1空載狀態(tài)下的試驗比的優(yōu)化控制,試驗結果見(jiàn)表2。發(fā)動(dòng)機運行暖機后,在空載的情況下使發(fā)動(dòng)機表2負載條件下的聯(lián)機試驗結果的轉速穩定在700m,對使用了本空燃比控制系測量項目原發(fā)動(dòng)機數據聯(lián)機試驗后數據統的各缸排氣溫度進(jìn)行測量,并對空燃比控制系統燃然氣壓力(MPa)的各項參數進(jìn)行修改優(yōu)化。如果各缸排氣溫度較未燃氣溫度(℃)加裝本空燃比控制系統之前有所降低,則說(shuō)明發(fā)動(dòng)機氣缸內燃料燃燒更為充分均勻,空燃比控制系統空氣壓力(MPa)起到了對空燃比的優(yōu)化控制,試驗結果見(jiàn)表1。發(fā)動(dòng)機轉速(mn)1500表1空載條件下的聯(lián)機試驗結果各缸平均排氣溫度(℃)530測量項目原發(fā)動(dòng)機數據聯(lián)機試驗后數據各缸排氣溫度最大差值(℃燃氣壓力(MPa)燃氣溫度(℃)空氣壓力(MPa)570■原發(fā)動(dòng)機數據發(fā)動(dòng)機轉速(mm)排550口調試后數據各缸平均排氣溫度(℃)540各缸排氣溫度溫530度520510■原發(fā)動(dòng)機數據排口調試后數據氣溫3氣缸序號圖9負載條件下各缸排氣溫度對比圖負載條件下,聯(lián)機試驗的試驗結果如表2、圖109所示。試驗結果表明,發(fā)動(dòng)機各缸的排氣溫度均有所下降,空燃比控制系統也達到了預期的控制效氣缸序號果8空載條件下各缸排氣溫度對比圖中國煤化工空載條件下,聯(lián)機試驗的試驗結果如表1、圖4CNMHG8所示。試驗結果表明,發(fā)動(dòng)機各缸的排氣溫度均本文設計了一種適合低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)有所下降,空燃比控制系統達到了預期的控制效機的空燃比控制系統,控制效果良好,發(fā)動(dòng)機各缸果排氣溫度都有所降低。然而,隨著(zhù)近些年控制技術(shù)浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的先進(jìn)控制理論被應用于汽糊控制技術(shù)等,這些新技術(shù)的不斷成熟,將推動(dòng)空車(chē)發(fā)動(dòng)機空燃比的控制中,如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和模糊燃比控制技術(shù)的更新?lián)Q代,同時(shí)也為本空燃比控制控制的智能PD控制技術(shù)、具有自動(dòng)調整因子的模系統的改進(jìn)指引了方向。參考文獻□]孟嗣宗,郭少平發(fā)動(dòng)機精確空燃比控制方法的研究].內燃機工程,199,20(2):70-752]夏淵,劉建華,張欣,等,發(fā)動(dòng)機空燃比控制策略的研究[],汽車(chē)工程,2002,24(1):32-36阝3]趙海艷.天然氣發(fā)動(dòng)機空燃比控制系統研究與開(kāi)發(fā)[D].濟南:山東大學(xué),20124]劉一鳴,王優(yōu)生,滕勤,等,煤層氣發(fā)動(dòng)機空燃比控制方法與策略的研究冂].小型內燃機與摩托車(chē),2007,36(5):5]呂劍虹,陳來(lái)九·模糊P控制器及在汽溫控制系統中的應用研究卩.中國電機工程學(xué)報,195,15(1):16-26] Hecht-Nielsen R Theory of the backpropagation neural network [C]. 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The result of the experiment demonstrates that this Airfuel ratio Control system achieves the desired effect, reduces the teperature of the engine exhaust gas and improves the fuel efficiency of the engineKey words: low concentration alcohol reforming; airfuel ratio; control system; design and test中國煤化工CNMHG