柴油/乙醇双燃料发动机燃料混合比的控制

第4期(总第158期)车用发动机No 4( Serial No. 158)2005年8月VEHICLE ENGINEAug.2005·电子控制·柴油/乙醇双燃料发动机燃料混合比的控制韦志康,姚起宏,黄大明,黄伟(广西大学机械工程学院,广西南宁53005)摘要:提出了一种柴油/乙醇双燃料发动机计算机实时控制的燃料系统,着重研究了基于 LabvIEW的进气道乙醇顺序喷射系统,能使发动机在各种工况下的空气、柴油和乙醇均以最佳混合比进行燃烧。试验证明,发动机最低能耗率下降15%,最大功率时烟度下降80%,且其动力性能良好。词:双燃料发动机;燃料喷射;计算机控制1分类号:TK434.6文献标识码:B文章编号:1001-222(2005)04-0027-03目前,我国成功地用玉米、陈化粮和甘蔗渣生产含O燃料—乙醇,在柴油机上采用乙醇燃料对于5满足不断增长的能源需求和严格的排放标准都将有着重要意义。柴油/乙醇双燃料发动机是指活塞在接近压缩上止点时,燃气混合物被柴油点燃的压燃式发动机。国内外在这方面进行了很多试验研究其乙醇的供给主要釆用机械喷嘴直接供醇、乙醇与柴油的乳化液及乙醇与柴油互溶等方式。这些方式虽然均能够在一定程度上实现柴油/乙醇双燃料的燃烧,达到节油和改善排放的效果,但都有一个致命的缺点,即不能根据发动机工况对柴油和乙醇的混1—计算机控制单元;2—电子泵:3-乙醇储存箱;4-乙合比进行实时控制,不能最大限度地改善发动机特醇过滤器;5—蓄能器;6—排气管;7—乙醇分配管性。本文提出了一种新颖的柴油/乙醇双燃料混合8—柴油喷油嘴;9—乙醇压力调节器;10乙醇喷射器;比的计算机实时控制方法,通过实时检测发动机工11—空气滤清器;12-进气管:13柴油箱:14—柴油进况,利用计算机控制柴油机循环供油量所需乙醇的油管;15柴油回油管;16供油拉杆位移传感器;17柴油喷油泵;18—输油管;19—柴油滤清器;20—曲轴转角传喷射量,使发动机在各种工况下的空气、柴油和乙醇感器;21—转速传感器能够按最佳混合比进行燃烧。图1柴油/乙醇双燃料燃烧系统1控制系统组成及原理行编程控制,控制系统的结构见第28页图2。发动机通过进气门开启信号传感器、转速传感器及喷油目前,国内专门制造的双燃料发动机很少,需要泵供油拉杆位置传感器分别输出进气门开启与喷醇将现有的柴油机改装成燃用柴油/乙醇的发动机。正时、转速及供油拉杆位置的脉冲信号或模拟电信图1为TY295D柴油机改装成计算机控制乙醇多号。进气门开启脉冲信号和转速脉冲信号经信号调点独立顺序喷射系统双燃料发动机示意图,主要改理电路脉冲整形后输入到PCI-6024E采集卡的装件为增加喷醇系统,在每个进气歧管上安装电磁两个24位计数器,用于计算发动机的转速和作为乙喷醇器。喷醇压力为300kPa,喷醇量由脉冲宽度醇喷射脉冲产生的定时信号;供油拉杆位移信号经控制;计算机控制单元由PC机、PC-6024E数据模拟滤波等信号调理电路后输入采集卡进行A/D采集卡和 Labview软件组成。将PCI6024E数转换,中国煤化工转速信号由计算据采集卡插入PC机主板上的扩展插槽,利用计算机按CNMH的循环喷油量及机和 LabVIeW软件编程对柴油/乙醇的混合比进喷醇量。用LabⅥEW软件编程运行如第28页图3收稿日期:2004-11-30;修回日期:200405-10作者简介:韦志康(1954-),男,广西省都安市人,高级工程师,主要从事动力机械与自动控制车用发动机2005年第4期所示的程序控制采集卡发出一定幅度的喷醇脉冲,角(6n)24°士2°,标定转速为2300r/min,标定功率这一脉冲的脉宽T决定乙醇的喷射量,称为喷醇为18.4kW;所用燃料为0号柴油和95%的乙醇。脉宽。当发动机在某一工况运行时,喷油泵负荷控柴油/乙醇混合燃料的质量低热值为制杆固定在某一位置,计算机根据转速和供油拉杆H1=(100-E)Ha4+26.778(1)位移信号自动控制T,从而自动进行柴油/乙醇双式中,H和H14分别为混合燃料的质量低热值和燃料的最佳混合比控制。如果行车阻力变化,负荷柴油的质量低热值,MJ/kg;E为乙醇质量占总燃料控制杆位置改变,脉冲发生计数器重新调整T。,双质量的百分率,即掺烧比。燃料的最佳混合比也随之改变,以满足双燃料实时由式(1)可知,掺烧乙醇时,不同掺烧比混合燃控制的要求。图2中的多路模拟开关的作用是根据·料的热值不同,用平均燃油消耗量和燃油消耗率来喷醇时刻与时序控制各电磁喷醇器喷射乙醇。评价发动机不同掺烧比下的经济性是不合理的,应乙醇喷射量信号按柴油/乙醇双燃料的质量低热值进行换算,即进气门开启信号调理[脉冲产生E=E:/P。,信号传感器计数器|转速E:=H1G1/(100-E)(3)信号调理凵脉冲宽度测传感器量计数器拉杆算式中,E为单位有效功率的能量消耗量,即能量消信号调理机耗率,MJ/(kW·h);P。为有效功率,kW;E1为能置传感器耗量,MJ/h;Gr为柴油的燃油消耗量,kg/h数据采集卡电路门喷(PC-6024由式(1)至式(3)得多路模拟开关正Ee =(Hid+26.778E)G1/P喷醇器乙醇喷射脉冲信号从以上分析可知,柴油/乙醇双燃料发动机负荷特性曲线的横坐标为发动机的P,纵坐标应分别为E。、烟度和排气温度(T),如图4所示;E10,图2控制系统逻辑框图转速和拉杆位置信号采集计算喷醇脉冲宽度P/kW具掺入一定比例乙醇时的E喷醇脉冲信号是否出现?68102136170P/kw是否终止程序b掺人一定比例乙醇时的排气烟度图3喷醇程序流程图中国煤化工2控制系统性能试验与评价CNMHG13.6170将乙醇多点独立顺序喷醇系统安装在TY295D柴油机上进行台架试验。该柴油机为2缸,缸径为c掺人一定比例乙醇时的排气温度95mm,行程为100mm,压缩比为18:1,供油提前图42300r/min时的负荷特性2005年8月韦志康,等:柴油/乙醇双燃料发动机燃料混合比的控制E25和E40分别表示乙醇占总燃料质量百分数为得进气终了气缸内混合气的温度比柴油混合气温度10%,25%和40%。从图4中可以看出柴油/乙醇低,在一定程度上增加了进气密度,提高了发动机的双燃料发动机所具有的特点。充气效率;另外,乙醇气化潜热大,掺烧乙醇时,双燃2.1E。有较大的改善料混合气在压缩终了的压力和温度比柴油混合气从第28页图4a可看出,除燃用E10在大负荷低,而且乙醇比柴油燃烧速度及其火焰传播速度快,时E与燃用柴油的E。接近外,燃用E25和E40在后燃烧程度小,导致了T,的下降,进而在一定程度不同工况下的E。均有不同程度的改善;其中燃用上减少了发动机的热损失,提高了发动机的热效率。E25的E。最低,较燃用柴油下降15%左右。这说明E的改善效果不是随乙醇掺烧比的变化单调变3结束语化,而是存在一个最佳值;通过掺烧比、转速和负荷试验证实,该系统为柴油/乙醇双燃料试验提供3个因素二次回归正交旋转试验证明,发动机转速了先进的控制方法,根据柴油机的转速和负荷变化,是掺烧比变化的重要影响因素(见图5),发动机在计算机实时计算乙醇的最佳掺烧比,使柴油/乙醇双中低速区,当掺烧比较小时,E随着掺烧比的增加燃料发动机能满足柴油机工作特性要求,能达到或而有平缓下降的趋势,但掺烧比超过25%后,E的超过原柴油机的热效率和承载能力;另外,在柴油机变化则呈急剧增加的趋势;在中髙转速区,小掺烧比上掺烧乙醇可明显降低排烟,在最大功率时烟度下时E。下降剧烈,大掺烧比时E。则平缓上升。由此降80%。但掺烧乙醇后,必然产生与燃料相关的排可见,最佳掺烧比随发动机的转速变化而改变,在不放物,应进一步研究其排放特性,寻求更符合实际的同的转速下,存在各自不同的最佳掺烧比。最佳掺烧比变化规律,参考文献转速水平1 200 r/min[1 Ergeneman M, Sorusbay C, Goktan A G. 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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[编辑:潘丽丽](上接第26页)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[编辑:李建新](上接第29页)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-中国煤化工Key words: dual-fuel engine; fuel injection; computer controlCNMHG[编辑:张玉花]