浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),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(jī)空燃比控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)徐進(jìn),李金壽,唐煒銘,黃學(xué)衛(wèi),黃松華(鎮(zhèn)江船艇學(xué)院船艇裝備保障系,江蘇鎮(zhèn)江212003)摘要:利用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱對(duì)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(jī)替代燃料。由于重整反應(yīng)過程中,溫度、流量、乙醇濃度等因素會(huì)對(duì)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(shè)計(jì)了一種低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)杌空燃比控制系統(tǒng),對(duì)發(fā)動(dòng)?xùn)i的空燃比進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),并在低濃度乙醇重整燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,空燃比控制系統(tǒng)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度,提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料利用率關(guān)鍵詞:低濃度乙醇重整;空燃比;控制系統(tǒng)中圖分類號(hào):TK434.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Adoi:10.3969/isn.1671-234X.2015.01.007文章編號(hào):1671-234X(2015)01-0028-050引言1空燃比控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)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(tǒng)采用SIC12C:5A60S2單片機(jī)作左右的乙醇,利用發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣余熱,在高溫和貴為電控單元,空燃比控制系統(tǒng)通過各種傳感器采集金屬催化的條件下進(jìn)行重整反應(yīng),生成富含一種富包括排氣氧濃度、曲軸轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、空氣進(jìn)含H、(O、CH等可燃性氣體的新燃料。針對(duì)新氣壓力、燃?xì)膺M(jìn)氣壓力、混合氣進(jìn)氣壓力等信號(hào),燃料空燃比不穩(wěn)定的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種空燃比控制通過信號(hào)調(diào)理電路對(duì)各信號(hào)進(jìn)行分析處理,并對(duì)發(fā)系統(tǒng),對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了搭建,并提岀了發(fā)動(dòng)?xùn)i在動(dòng)機(jī)的工況進(jìn)行判斷,將最終結(jié)果轉(zhuǎn)化為對(duì)燃?xì)夥€(wěn)態(tài)工況和過渡工況下,空燃比控制的策略。聯(lián)機(jī)閥、空氣閥和節(jié)氣門的開度執(zhí)行信號(hào)進(jìn)行輸出,完試驗(yàn)結(jié)果表明,本控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)?xùn)i空燃比成對(duì)發(fā)動(dòng)?xùn)i空燃比的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制?？杖急瓤刂频膬?yōu)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示中國(guó)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(jī)空燃比控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)混合器儲(chǔ)氣罐空氣閥步進(jìn)電機(jī)節(jié)氣門燃?xì)忾y發(fā)動(dòng)機(jī)重整器排氣管冷曲開混開儲(chǔ)氫|C0開度溫度壓力卻軸度合度氣氣水轉(zhuǎn)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(diào)理電路電控單元驅(qū)顯‖報(bào)‖電‖復(fù)時(shí)電電‖電電電電路‖路‖路‖路‖路‖路圖1空燃比控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2空燃比控制系統(tǒng)控制策略的設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始化空燃比控制系統(tǒng)是一個(gè)硬件和軟件的結(jié)合體各傳感悉農(nóng)信號(hào)空燃比控制系統(tǒng)能否穩(wěn)定、高效、可靠的對(duì)空燃比進(jìn)行控制,除了合理的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以外,還故障診斷模塊所信號(hào)是否齊全?要有一個(gè)設(shè)計(jì)合理、功能完善的控制策略作為支撐?？杖急瓤刂葡到y(tǒng)的整個(gè)程序分為主程序模塊和后號(hào)是否在下常子程序模塊,子程序模塊包括:穩(wěn)態(tài)工況模塊、過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(shè)計(jì)主程序模塊實(shí)現(xiàn)了空燃比控制系統(tǒng)功能的主體態(tài)工況稅邏輯關(guān)系,它的主要任務(wù)是對(duì)各個(gè)傳感器傳輸來的信號(hào)進(jìn)行采集和分析,依據(jù)這些信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前中國(guó)煤化工塊流程圖的工況進(jìn)行判斷,選取恰當(dāng)?shù)淖幽K進(jìn)行工作,并2.2發(fā)出指令對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)忾y、空氣閥和節(jié)氣門的開CNMHG當(dāng)友動(dòng)機(jī)作狀念處穩(wěn)態(tài)工況時(shí),對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)度進(jìn)行調(diào)節(jié),最終達(dá)到一個(gè)適合當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)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(xiàn)起來較為方便,在本系統(tǒng)的閉環(huán)控制中,完全能夠達(dá)到使用要求,浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)因此本系統(tǒng)在穩(wěn)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?xì)馊粴忾g開度測(cè)量變送比例比值計(jì)算器器發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量變微分控制器】一步進(jìn)機(jī)一氣一怕饋-反饋信號(hào)空氣閥開度圖5比值控制方框圖圖3PD控制方框圖過渡工況下,控制模塊流程圖如圖6所示穩(wěn)態(tài)工況下,控制模塊流程圖如圖4所示。殺統(tǒng)初始化宋樣時(shí)間是否絲系統(tǒng)初始化計(jì)算空燃比調(diào)節(jié)值設(shè)定K,K、K步數(shù)燃?xì)獾膲毫υO(shè)定K、K、KG參數(shù)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)值計(jì)算當(dāng)前空燃比讀取轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度向步進(jìn)電機(jī)輸出調(diào)節(jié)查表獲得各氣閥開度值訃算空比節(jié)值查表獲得各氣閥開度值準(zhǔn)備下次計(jì)算讀取氧氣傳感器信號(hào)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)值讀取空氣的壓力采樣時(shí)間是否結(jié)束計(jì)算反餓空燃比步進(jìn)電機(jī)輸出調(diào)節(jié)值計(jì)算進(jìn)氣空燃比計(jì)算輸出沖量值「準(zhǔn)訴次計(jì)6過渡工況控制模塊流程圖輸出增量值2.4故障診斷模塊設(shè)計(jì)采樣時(shí)間是否結(jié)束當(dāng)空燃比控制系統(tǒng)處于非正常工作狀態(tài)時(shí),為準(zhǔn)備下次計(jì)算了保護(hù)空燃比控制系統(tǒng)和保證空燃比控制的準(zhǔn)確性,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了故障診斷模塊(圖7)圖4穩(wěn)態(tài)工況控制模塊流程圖2.3過渡工況模塊設(shè)計(jì)開始在發(fā)動(dòng)機(jī)過渡工況下,發(fā)動(dòng)機(jī)快速加速或者減速,發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與節(jié)氣門的變化速度都較大,而系統(tǒng)初始化空燃比控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)收集、分析、判斷和執(zhí)行都需要一定的時(shí)間來完成,并且過渡工況相感器信號(hào)是否齊全對(duì)于穩(wěn)態(tài)工況,持續(xù)時(shí)間較短。因此在過渡工況模報(bào)警電路工作塊的設(shè)計(jì)中,采用單一前饋的方案對(duì)空燃比進(jìn)行調(diào)節(jié)。忽略氧傳感器所搜集的氧氣濃度信號(hào),參照發(fā)所有信號(hào)是否在設(shè)定范圍動(dòng)機(jī)空氣的溫度壓力、燃?xì)獾臏囟葔毫?、?jié)氣門的開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,對(duì)照過渡工況下標(biāo)定好的預(yù)設(shè)中國(guó)煤化工空氣閥與燃?xì)忾y的開度表,采用比值控制器對(duì)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(tǒng)的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)空燃比控制系統(tǒng)對(duì)低濃度重整燃料發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)空燃比控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)比控制的最終效果,需要通過聯(lián)機(jī)試驗(yàn)來檢驗(yàn)。聯(lián)3.2負(fù)載條件下的試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)中,空燃比控制系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)相連,在發(fā)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行曖機(jī)之后,將發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載調(diào)整至機(jī)不同的運(yùn)轉(zhuǎn)工況下檢驗(yàn)空燃比控制系統(tǒng)對(duì)空燃比50kW,使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在200-m,待發(fā)動(dòng)機(jī)的控制情況,并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)溫度、排氣氧濃穩(wěn)定運(yùn)行后對(duì)使用了本空燃比控制系統(tǒng)的各缸排氣度等參數(shù),對(duì)空燃比控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行修改,使溫度進(jìn)行測(cè)量,并對(duì)空燃比控制系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)空燃比控制系統(tǒng)達(dá)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(jī)試驗(yàn)分別在空載狀態(tài)下和負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行控制系統(tǒng)之前有所降低,則說明發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃料試驗(yàn)燃燒更為充分均勻,空燃比控制系統(tǒng)起到了對(duì)空燃3.1空載狀態(tài)下的試驗(yàn)比的優(yōu)化控制,試驗(yàn)結(jié)果見表2。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行暖機(jī)后,在空載的情況下使發(fā)動(dòng)機(jī)表2負(fù)載條件下的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在700m,對(duì)使用了本空燃比控制系測(cè)量項(xiàng)目原發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)后數(shù)據(jù)統(tǒng)的各缸排氣溫度進(jìn)行測(cè)量,并對(duì)空燃比控制系統(tǒng)燃然氣壓力(MPa)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行修改優(yōu)化。如果各缸排氣溫度較未燃?xì)鉁囟?℃)加裝本空燃比控制系統(tǒng)之前有所降低,則說明發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃料燃燒更為充分均勻,空燃比控制系統(tǒng)空氣壓力(MPa)起到了對(duì)空燃比的優(yōu)化控制,試驗(yàn)結(jié)果見表1。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(mn)1500表1空載條件下的聯(lián)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果各缸平均排氣溫度(℃)530測(cè)量項(xiàng)目原發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)后數(shù)據(jù)各缸排氣溫度最大差值(℃燃?xì)鈮毫?MPa)燃?xì)鉁囟?℃)空氣壓力(MPa)570■原發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(mm)排550口調(diào)試后數(shù)據(jù)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(jī)數(shù)據(jù)排口調(diào)試后數(shù)據(jù)氣溫3氣缸序號(hào)圖9負(fù)載條件下各缸排氣溫度對(duì)比圖負(fù)載條件下,聯(lián)機(jī)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖109所示。試驗(yàn)結(jié)果表明,發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的排氣溫度均有所下降,空燃比控制系統(tǒng)也達(dá)到了預(yù)期的控制效氣缸序號(hào)果8空載條件下各缸排氣溫度對(duì)比圖中國(guó)煤化工空載條件下,聯(lián)機(jī)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如表1、圖4CNMHG8所示。試驗(yàn)結(jié)果表明,發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的排氣溫度均本文設(shè)計(jì)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(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的控制效機(jī)的空燃比控制系統(tǒng),控制效果良好,發(fā)動(dòng)機(jī)各缸果排氣溫度都有所降低。然而,隨著近些年控制技術(shù)浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)的不斷發(fā)展,越來越多的先進(jìn)控制理論被應(yīng)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)空車發(fā)動(dòng)機(jī)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(diào)整因子的模系統(tǒng)的改進(jìn)指引了方向。參考文獻(xiàn)□]孟嗣宗,郭少平發(fā)動(dòng)機(jī)精確空燃比控制方法的研究].內(nèi)燃機(jī)工程,199,20(2):70-752]夏淵,劉建華,張欣,等,發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制策略的研究[],汽車工程,2002,24(1):32-36阝3]趙海艷.天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].濟(jì)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(jī)空燃比控制方法與策略的研究冂].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2007,36(5):5]呂劍虹,陳來九·模糊P控制器及在汽溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究卩.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),195,15(1):16-26] Hecht-Nielsen R Theory of the backpropagation neural network [C]. Intemational Joint Conference on IEEE, 1989: 593-605卬7]易繼鍇,侯媛彬,.智能控制技術(shù)M].北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,20078]張付軍,黃英,葛藴珊,等,氧傳感器參考電平自適應(yīng)空燃比閉環(huán)控制方法研究].內(nèi)燃機(jī)工程,2002,23(5):68The Design and Test of Airfuel Ratio Control System of LowConcentration Alcohol Reforming EngineXU Jin, LI Jin-shou, TANG Wei-ming, HUANG Xue wei, HUANG Songhua(Boat Equipment Support Department, Zhenjiang Watercraft College, Zhenjiang 212003, ChinaAbstract: Use engine exhaust heat on low concentration ethanol catalytic reforming to produce an engine altemativefuels containing flammable gas such as H2,CO. Because temperature, flow rate, the ethanol concentration and otherfactors will affect the components of the reformate in the process of reforming reaction to change fuels theoretical airfur-el ratio, We design an Air-fuel ratio Control system of Low concentration alcohol reforming engine to make a real -timeadjustment of the engines air-fuel ratio and we experiment with Low concentration alcohol reforming engine. 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(guó)煤化工CNMHG