船用柴油-天然气双燃料发动机控制系统设计与试验

摘要

本课题是关于“柴油/天然气双燃料发动机改造设计和试验研究”，它是由山东大学能源与动力工程学院内燃机研究所和淄博柴油机总公司合作开发项目。随着石油燃料的紧缺和大气污染的加剧，人们越来越重视燃用石化燃料的发动机给人们带来的影响，因此，寻找石油燃料的替代能源，研究降低发动机排放的各种方法成为了当务之急。
　　 本文首先介绍了天然气理化性质，当前双燃料发动机技术的各种应用，国内外针对于双燃料发动机的改造技术背景和应用。然后按照双燃料发动机开发改造项目要求对原柴油机燃料供给系统进行改造设计，增加了一套新的天然气供给系统，并对这套供给系统进行了介绍。而后介绍了双燃料发动机电子控制系统设计，列举了双燃料发动机电子控制系统中几种重要的传感器、执行器以及电子控制系统中硬件电路，包括核心处理器，信号采集处理电路，执行器驱动电路和通讯电源电路。同时也介绍了模块化软件设计，包括了信号采集处理软件模块，通讯模块，执行器控制模块，以及一些软件控制算法。最后介绍了一些试验研究结果和性能评价，包括发动机在双燃料模式工作的燃油替代率，双燃料和纯柴油两种模式下的缸内压力、压力升高率等基本燃烧参数的对比分析，两种模式下的缸内燃烧状态，如循环变动以及各缸燃烧不均匀性的对比分析，以期更好地为进行双燃料发动机电子控制提供试验数据支持。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 天然气的理化性质

1．2 天然气发动机

1．2．1 单燃料天然气发动机

1．2．2 天然气、汽油两用双燃料发动机

1．2．3 天然气、氢气发动机

1．3 双燃料发动机技术

1．3．1 汽油-柴油双燃料发动机

1．3．2 乙醇-柴油双燃料发动机

1．3．3 柴油-天然气双燃料发动机

1．4 柴油-天然气双燃料天然气供给系统

1．4．1 柴油-天然气双燃料发动机单点进气道喷射技术

1．4．2 柴油-天然气双燃料发动机多点进气道喷射技术

1．4．3 双燃料发动机缸内喷射技术

1．5 本文主要研究内容

1．6 本章小结

第二章 双燃料发动机天然气供给系统设计

2．1 双燃料发动机燃气系统的改装方案

2．1．1 双燃料发动机试验用机参数

2．1．2 双燃料发动机的改装设计原则

2．2 天然气供气系统构成

2．3 自力式压力平衡调节阀

2．4 天然气进气支管设计

2．5 电控液压可变燃气喷射阀

2．5．1 液压驱动单元

2．5．2 电控液压驱动燃气门执行机构

2．5．3 电控液压驱动天然气喷射阀配气相位

2．5．4 电子控制单元

2．6 本章小结

第三章 双燃料发动机电子控制系统硬件电路设计

3．1 中央处理单元

3．1．1 微处理器芯片

3．2．2 中央处理单元抗干扰设计

3．2 电子控制系统的传感器及信号处理电路

3．2．1 进气压力、燃气压力采集

3．2．2 进气温度、燃气温度采集

3．2．3 排气温度测量采集

3．2．4 液压压力采集

3．2．5 调速器设定位置与油门执行位置采集

3．2．6 发动机曲轴转速采集

3．2．7 凸轮轴位置信号采集

3．2．8 手柄位置信号采集

3．2．9 电子节气门反馈信号采集

3．3 电子控制系统的执行器及驱动输出电路

3．3．1 电控液压驱动喷射阀的驱动控制

3．3．2 电子节气门的驱动控制

3．3．3 燃气压力调节阀的驱动控制

3．3．4 燃气开关阀的驱动控制

3．4 电源电路

3．5 抗干扰设计

3．5．1 消除干扰源干扰

3．5．2 切断干扰传播路径

3．5．3 提高抗干扰性能

3．5．4 电源的抗干扰设计

3．6 本章小结

第四章 双燃料发动机ECU控制策略

4．1 双燃料发动机软件设计原则及功能要求

4．2 模拟量采集处理模块

4．3 脉冲量采集处理模块

4．4 开关量采集处理模块

4．5 发动机工况判别模块

4．6 双燃料替代控制处理模块

4．7 燃烧均匀性处理模块

4．8 发动机燃气喷射正时MAP模块

4．9 发动机故障工况的修正处理模块

4．10 发动机故障诊断模块

4．10．1 传感器故障诊断模块

4．10．2 执行机构诊断模块

4．11 输出驱动处理模块

4．11．1 喷射输出驱动处理模块

4．11．2 电子节气门输出驱动处理模块

4．12 本章小结

第五章 双燃料发动机的配机试验研究

5．1 柴油替代率定义

5．2 双燃料发动机测试试验台

5．3 双燃料发动机缸内压力曲线分析

5．4 双燃料发动机的循环变动

5．4．1 特征参数的选定和样本容量的确定

5．4．2 循环变动数据分析

5．5 各缸工作不均匀性分析

5．6 船用双燃料发动机使用经济性评价

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢