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随着全球经济快速发展,全球范围内汽车保有量不断增加,导致能源危机和环境污染也日益加剧,为缓解这两个主要问题,在全世界范围内掀起了寻找内燃机清洁燃料的热潮。天然气以其资源丰富、容易开采、价格便宜,天然气发动机尾气中NOx较低,且无PM(固体微粒),被认为是21世纪首选推广的清洁燃料。电控多点顺序喷射燃气系统,是实现天然气发动机高效、低能耗、低排放运转的可靠手段。本文研究开发了一套CNG发动机用的多点顺序喷射系统和相应的控制策略,并通过发动机的标定试验,研究了部分控制参数对发动机性能的影响。
对原柴油机进行了改造,使其适应CNG燃料,便于电控系统的安装。进气总管上加装了电子节气门,各进气歧管上加装了燃气喷射阀。选择碗形燃烧室,使原机压缩比降低到12。加装了点火系统,完成了多点顺序喷射系统的总体结构设计、线束设计和关键零部件的选型。
利用上海格令公司的AUTOBASE电控系统快速开发平台,开发了本系统的核心控制单元。采用Freescale32位单片机PowerPC作为内核,具有512kB Flash和32kB CALRAM,并具有强大的硬件接口能力。AUTOBASE软件结构包括数据库、消息库、底层程序、应用程序和诊断程序,并具有丰富的底层函数库。同时完成了CNG发动机多点顺序喷射电控系统控制策略的开发,在每个控制策略中加入了相应的保护和自学习功能,使得该电控系统更加安全稳定。
采用自主开发的标定软件,完成了CNG发动机过量空气系数、节气门开度、喷气脉宽、点火提前角等主要MAP的标定工作。将电控CNG发动机与原柴油机数据对比分析得出,改装后的CNG发动机由于采用了稀薄燃烧,经济性明显比原机优越,同时排温也较低,但功率下降了4%左右。完成了点火提前角和过量空气系数对发动机动力性和排放特性的研究。研究表明,过量空气系数对发动机的动力性影响较大,而点火提前角相对影响较小;两者对排气温度影响一致;随着点火提前角的增大,NOx排放逐渐增多,而HC和CO排放变化较小;随着过量空气系数的增大,HC排放逐渐增加,而NOx排放先增大后减小,这与CO排放趋势正好相反。