第4期(總第158期)車用發(fā)動機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)動機計算機實時控制的燃料系統(tǒng),著重研究了基于 LabvIEW的進(jìn)氣道乙醇順序噴射系統(tǒng),能使發(fā)動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)動機最低能耗率下降15%,最大功率時煙度下降80%,且其動力性能良好。詞:雙燃料發(fā)動機;燃料噴射;計算機控制1分類號:TK434.6文獻(xiàn)標(biāo)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滿足不斷增長的能源需求和嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)都將有著重要意義。柴油/乙醇雙燃料發(fā)動機是指活塞在接近壓縮上止點時,燃?xì)饣旌衔锉徊裼忘c燃的壓燃式發(fā)動機。國內(nèi)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現(xiàn)柴油/乙醇雙燃料的燃燒,達(dá)到節(jié)油和改善排放的效果,但都有一個致命的缺點,即不能根據(jù)發(fā)動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)行實時控制,不能最大限度地改善發(fā)動機特醇過濾器;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(diào)節(jié)器;10乙醇噴射器;比的計算機實時控制方法,通過實時檢測發(fā)動機工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(zhuǎn)角傳噴射量,使發(fā)動機在各種工況下的空氣、柴油和乙醇感器;21—轉(zhuǎn)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(tǒng)1控制系統(tǒng)組成及原理行編程控制,控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見第28頁圖2。發(fā)動機通過進(jìn)氣門開啟信號傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器及噴油目前,國內(nèi)專門制造的雙燃料發(fā)動機很少,需要泵供油拉桿位置傳感器分別輸出進(jìn)氣門開啟與噴醇將現(xiàn)有的柴油機改裝成燃用柴油/乙醇的發(fā)動機。正時、轉(zhuǎn)速及供油拉桿位置的脈沖信號或模擬電信圖1為TY295D柴油機改裝成計算機控制乙醇多號。進(jìn)氣門開啟脈沖信號和轉(zhuǎn)速脈沖信號經(jīng)信號調(diào)點獨立順序噴射系統(tǒng)雙燃料發(fā)動機示意圖,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(tǒng),在每個進(jìn)氣歧管上安裝電磁兩個24位計數(shù)器,用于計算發(fā)動機的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)模擬濾波等信號調(diào)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(shù)轉(zhuǎn)換,中國煤化工轉(zhuǎn)速信號由計算據(jù)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頁圖3收稿日期:2004-11-30;修回日期:200405-10作者簡介:韋志康(1954-),男,廣西省都安市人,高級工程師,主要從事動力機械與自動控制車用發(fā)動機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(biāo)定轉(zhuǎn)速為2300r/min,標(biāo)定功率這一脈沖的脈寬T決定乙醇的噴射量,稱為噴醇為18.4kW;所用燃料為0號柴油和95%的乙醇。脈寬。當(dāng)發(fā)動機在某一工況運行時,噴油泵負(fù)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(jù)轉(zhuǎn)速和供油拉桿H1=(100-E)Ha4+26.778(1)位移信號自動控制T,從而自動進(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。如果行車阻力變化,負(fù)荷柴油的質(zhì)量低熱值,MJ/kg;E為乙醇質(zhì)量占總?cè)剂峡刂茥U位置改變,脈沖發(fā)生計數(shù)器重新調(diào)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,以滿足雙燃料實時由式(1)可知,摻燒乙醇時,不同摻燒比混合燃控制的要求。圖2中的多路模擬開關(guān)的作用是根據(jù)·料的熱值不同,用平均燃油消耗量和燃油消耗率來噴醇時刻與時序控制各電磁噴醇器噴射乙醇。評價發(fā)動機不同摻燒比下的經(jīng)濟性是不合理的,應(yīng)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)氣門開啟信號調(diào)理[脈沖產(chǎn)生E=E:/P。,信號傳感器計數(shù)器|轉(zhuǎn)速E:=H1G1/(100-E)(3)信號調(diào)理凵脈沖寬度測傳感器量計數(shù)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(diào)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(shù)據(jù)采集卡電路門噴(PC-6024由式(1)至式(3)得多路模擬開關(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)動機負(fù)荷特性曲線的橫坐標(biāo)為發(fā)動機的P,縱坐標(biāo)應(yīng)分別為E。、煙度和排氣溫度(T),如圖4所示;E10,圖2控制系統(tǒng)邏輯框圖轉(zhuǎn)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的E噴醇脈沖信號是否出現(xiàn)?68102136170P/kw是否終止程序b摻人一定比例乙醇時的排氣煙度圖3噴醇程序流程圖中國煤化工2控制系統(tǒng)性能試驗與評價CNMHG13.6170將乙醇多點獨立順序噴醇系統(tǒng)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的排氣溫度95mm,行程為100mm,壓縮比為18:1,供油提前圖42300r/min時的負(fù)荷特性2005年8月韋志康,等:柴油/乙醇雙燃料發(fā)動機燃料混合比的控制E25和E40分別表示乙醇占總?cè)剂腺|(zhì)量百分?jǐn)?shù)為得進(jìn)氣終了氣缸內(nèi)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)動機的雙燃料發(fā)動機所具有的特點。充氣效率;另外,乙醇?xì)饣瘽摕岽?摻燒乙醇時,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頁圖4a可看出,除燃用E10在大負(fù)荷低,而且乙醇比柴油燃燒速度及其火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?時E與燃用柴油的E。接近外,燃用E25和E40在后燃燒程度小,導(dǎo)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)動機的熱損失,提高了發(fā)動機的熱效率。E25的E。最低,較燃用柴油下降15%左右。這說明E的改善效果不是隨乙醇摻燒比的變化單調(diào)變3結(jié)束語化,而是存在一個最佳值;通過摻燒比、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷試驗證實,該系統(tǒng)為柴油/乙醇雙燃料試驗提供3個因素二次回歸正交旋轉(zhuǎn)試驗證明,發(fā)動機轉(zhuǎn)速了先進(jìn)的控制方法,根據(jù)柴油機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化,是摻燒比變化的重要影響因素(見圖5),發(fā)動機在計算機實時計算乙醇的最佳摻燒比,使柴油/乙醇雙中低速區(qū),當(dāng)摻燒比較小時,E隨著摻燒比的增加燃料發(fā)動機能滿足柴油機工作特性要求,能達(dá)到或而有平緩下降的趨勢,但摻燒比超過25%后,E的超過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(zhuǎn)速區(qū),小摻燒比上摻燒乙醇可明顯降低排煙,在最大功率時煙度下時E。下降劇烈,大摻燒比時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,最佳摻燒比隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化而改變,在不放物,應(yīng)進(jìn)一步研究其排放特性,尋求更符合實際的同的轉(zhuǎn)速下,存在各自不同的最佳摻燒比。最佳摻燒比變化規(guī)律,參考文獻(xiàn)轉(zhuǎn)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頁圖4b可看出,隨著摻燒乙醇比例的燃?xì)怏w發(fā)動機排放特性和經(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(fù)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)動機率高達(dá)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生成使柴油燃燒時局部缺O(jiān)生成碳煙的機會減[6王春發(fā),劉興華,張幽形,等.天然氣發(fā)動機電控系統(tǒng)轉(zhuǎn)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(nèi)燃燒時生成的碳煙減少。[7H中國煤化工006):25CNMHGVA菜油雙然料發(fā)動機2.3發(fā)動機熱效率有所提高2000,22(6):389-392從第28頁圖4c可看出,隨著摻燒乙醇比例增大,T明顯下降。其原因是采用進(jìn)氣歧管噴醇系(下轉(zhuǎn)第34頁)統(tǒng),乙技交括程中噴入:乙胖的吸熱蒸發(fā)作用使車用發(fā)動機2005年第4期[3]威德羅,瓦萊斯.自適應(yīng)逆控制[M].劉樹棠,韓崇昭參考文獻(xiàn)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)動機怠迷模型及前饋補償控制[]型內(nèi)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)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)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]