农用LPG发动机（共6篇）
农用LPG发动机 篇1
0 引言
液化石油气 (LPG) 为无色无味的气体, 其主要成分是丙烷和丁烷。LPG作为代用燃料与其他常规燃料相比具有以下的特点:一是LPG的辛烷值高达100以上, 热值大, 发动机动力性好, 具有较高的抗爆性, 为进一步提高发动机压缩比、恢复改进后发动机的动力性和经济性提供了可能性;二是LPG的低热值高于汽油, 但理论混合气热值略低于汽油;三是LPG的着火温度高于汽油的着火温度, 因此在设计发动机的点火系统时需要加大混合气的点火能量;四是LPG完全燃烧后有害排放低, 对大气污染少, LPG在常温下为气态, 以气态进入缸体, 由于燃料与空气同相, 混合均匀, 燃烧比较完全, 可以大幅度降低CO与HC的排放量, 改善微粒污染;五是与天然气、氢气等其他气体燃料相比, 液化石油气能量密度高, 续驶里程远, 易于储存, 比较容易液化, 能够以液态方式存于储气瓶中, 这意味着燃料本身在行驶相同里程时所占体积小, 在小型气体发动机的开发应用中更具优良特性;六是LPG与汽油相比价格低廉, 且发动机改造成本低, 工期短, 是目前气体燃料中应用最广的代用品之一[1]。LPG与其他车用燃料的性质比较如表1所示。
本文以一台小型单缸4行程汽油机为试验机, 并对其进行改造, 使用LPG作为单一替代燃料。该汽油机缸径为90mm, 行程为68mm, 排量为400mL, 压缩比为8.0, 标定功率/转速为8.5kW/ 3600r·min-1, 最大扭矩/转速为28N·m/2500r·min-1, 冷却系统为风冷, 燃料系统为化油器式, 点火系统为磁电式, 点火提前角为20℃A。
1 LPG燃料供给系统
本文所设计的LPG发动机供气系统如图1所示。液化石油气储存在LPG储气瓶内, 当手动阀打开时, LPG从储气瓶流出, 流过滤清器滤除杂质, 经过减压阀减压后变成所要求的低压气, 然后由气体喷射器喷入进气道。对于LPG电控发动机而言, 必须首先测出气体喷射器的流量特性。从流量特性可以知道气体喷射器在开启时间内所喷出的气体量, 还可以依据流量特性选定喷射器前的供气压力 (即减压阀出口压力) 的大小[2]。气体喷射器流量特性测量装置如图2所示。考虑到安全因素, 本文采用纯丁烷作为试验气体。减压阀从储气罐流出气体的压力减至气体喷射器所需的供气压力后, 由单片机控制气体喷射器的开关。由于流量计无法承受突变的气体压力, 故在流量计前安装一个体积较大的缓压器, 用以减缓气体压力的突变[3]。
2 性能试验及分析
气体发动机引起功率下降的主要原因之一就是充气系数的降低, 尤其是进气道喷射式的气体发动机, 进气道体积效应严重影响发动机的功率恢复。由于汽油机在进气时汽油来不及全部雾化, 所以大部分汽油是以液态的形式进入进气道, 所占进气道体积很小, 进气道内主要是呈气态的空气, 但LPG发动机在经过减压后, 燃料以气态的形式喷入进气道, 必然占用较大的进气道体积, 从而使空气的进气量减少, 最终影响到发动机的充气系数。试验发现, LPG发动机的充气系数约比汽油机低6%, 这是造成发动机功率损失的主要原因之一。
压缩比和点火提前角也是直接影响发动机性能的重要因素, 发动机的动力性和经济性与其有着紧密的联系。在压缩行程终了时, 通过增大发动机压缩比, 使混合气的压力和温度大幅度的升高, 混合气燃烧速度加快, 燃烧后的压力和温度升高, 致使发动机输出功率增加。点火提前角影响燃料的燃烧时间:若点火过早, 大部分混合气在压缩行程中燃烧, 活塞消耗的压缩功增加, 且最高压力升高, 致使末端混合气燃烧前的温度高, 爆燃倾向加大;若点火过迟, 混合气的后燃期长, 燃烧最高压力和温度下降, 传热损失增多, 排温升高, 功率和热效率降低, 但爆燃倾向减小, NOx排放减少。
为了分析LPG单燃料发动机的性能, 首先进行了原机的外特性试验, 在试验中测取了若干转速点的功率、扭矩、排放和燃料消耗等参数。其次, 改变发动机的压缩比和点火提前角等参数, 对LPG发动机其进行优化, 并对其进行了比较。试验中进行了原汽油机和改变了燃料供给系统的LPG发动机的外特性对比。原机压缩比为8.0, 点火提前角为20℃A, 在改用气体燃料后, 发动机动力性损失较大, 最大扭矩下降了约7%, 最大功率下降了15%左右。气体发动机引起功率下降的主要原因之一就是充气系数的降低, 尤其是进气道喷射式的气体发动机, 进气道体积效应严重影响发动机的功率恢复。压缩比和点火提前角也是直接影响发动机性能的重要因素, 发动机的动力性和经济性与其有着紧密的联系, 因此将发动机压缩比提高到8.4。另一方面, 由于LPG的火焰传播速度较慢, 笔者将点火时刻提前, 经过比较最终选择24℃A点火提前角。图3和图4为发动机外特性曲线图, 从图中可以看出:优化后的LPG发动机输出扭矩和功率与原机相当。图5和图6分别是汽油机与LPG发动机外特性的经济性比较, 从图中可以看出:LPG发动机的燃料经济性明显好于汽油机。
3 排放试验及分析
排放特性测量主要是针对发动机稳态工况的CO, NOx和HC排放。图7、图8和图9分别为节气门全开时, 原机与优化后的LPG发动机CO, NOx和HC的排放值比较。由图中可以看出, 在HC和CO排放值明显低于原汽油机排放值的许多倍, 若空燃比选择合适, 其排放可以稳定在很低的范围内;LPG发动机的NOx排放略高于原汽油机。一方面, 由于LPG燃烧温度较高, 试验选用的机型是风冷式发动机, 其在冷却时存在不稳定性造成NOx排放恶化;另一方面是LPG发动机的过量空气系数比原机高, 导致燃烧温度过高, 氧气浓度增加, 集中在1.08左右, 趋于NOx排放的最高区域 (1.1～1.15) , 因此造成LPG发动机的NOx略高于汽油机。
4 结论
1) 进气道喷射式LPG发动机的动力性低于原汽油机, 但是可以通过改良发动机结构、增加压缩比及改良点火提前角等方法恢复动力性。
2) LPG发动机的经济性优于汽油机, HC和CO排放明显优于汽油机。
3) 由于本文开发的LPG发动机燃烧温度较高, 致使NOx排放较高, 但可以通过废气再循环或稀薄燃烧等其他技术措施来改善排放。
4) 小型农用LPG发动机可以起到节省开支、环境保护和节约能源的巨大作用。
摘要：针对液化石油气作为农用汽油机代用燃料, 完成了农用LPG发动机部分结构参数、燃料供给系统和气体喷射器流量特性测量装置的开发, 对原机的压缩比及点火提前角进行了优化改进。对LPG发动机性能试验证实:优化改造后的LPG发动机的动力性与原机相当, 其经济性和排放优于原机。对LPG发动机排放试验证实:LPG发动机HC和CO排放明显优于原机, 但由于开发的LPG发动机燃烧温度较高, 导致NOx排放较高, 可以通过废气再循环和稀薄燃烧技术降低NOx排放。
关键词：农用LPG发动机,性能试验,排放试验
参考文献
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农用LPG发动机 篇2
农用机械控制系统工作条件恶劣, 外部环境变化复杂, 这使得对控制系统工作可靠性的要求变得十分突出。系统的可靠性由多种因素决定, 其中系统的抗干扰能力是可靠性的一个重要方面。对于电控系统, 严重的干扰会导致系统数据采集误差增大、系统错误操作甚至失灵、存储数据的丢失等不良后果, 因此必须采取相应措施, 以保证控制系统的正常工作。系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。随着电子控制系统在农用机械的应用发展, 系统的可靠性越来越成为人们关注的课题。
1 控制系统的干扰源与干扰分析
干扰是有用信号以外的噪声或造成恶劣影响的变化信号的总称。控制系统干扰源可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰是指那些与控制系统无关而由外部环境使用条件所决定的;内部干扰是指由系统结构布局, 生产工艺所决定的干扰[1]。电控系统因电磁干扰而丧失正常工作能力的基本原因是在系统内部电路中存在有一定幅度和强度的噪声信号。噪声源产生的噪声之所以能够干扰控制系统的正常工作, 是因为存在着一定的传播途径即耦合通道。噪声传播示意方框图, 如图1所示。
在农用机械电控系统中, 干扰的主要来源是点火系统。点火时, 火花塞间隙由10～20kV的高压电产生。其中, 电流持续时间短、幅值大的部分称为容性放电, 其峰值电流大于6A, 是具有20～1 000MHz的宽频带频谱的噪声电流, 它流过高压线、火花塞, 并以电磁波的形式向外辐射。农用发动机中另一种干扰来自充电系统, 交流发电机滑环与电刷间的火花向外发射高频电磁波, 也会对电控系统造成干扰。此外, 由于起动马达、点火开关的接通与断开产生的高频电压脉冲以及农机的干扰电磁波也必须予以考虑。
而农用机械控制系统内部干扰主要是由于电路之间的公共阻抗耦合而产生。由于电路间存在公共阻抗, 每个电路的全部或部分电流在公共阻抗中流过, 电路中流过的电流是该电路与另一电路与其相耦合电路在其中产生的电流之和, 因而一个电路中电流的变化必然对另一电路产生影响, 使电路之间产生干扰。
共电源干扰是内部干扰的主要形式之一, 它是由电控系统的电源导线传入的噪声, 如图2所示。
当几个电路由同一电源供电时, 设流过电路1, 2的电流分别为i1, i2则在公共阻抗和电源阻抗上有i1+i2流过, 若i1变化时, 使得流过公共阻抗和电源阻抗上的电流发生变化, 因而它产生的电位差也发生变化, 会使电路2两端的电压发生变化, 即对电路2形成干扰。同理i2变化时, 同样对电路1形成干扰。就逻辑电路来说, 由于工作电压的变化, 使得逻辑元件的阀值电压改变, 造成其输出电平不稳定, 引起电路的误动作[2]。
2 干扰传播到控制系统的途径
无论何种干扰, 只有窜入到微机控制系统中才能产生危害。干扰信号耦合到控制系统内部主要有以下两种途径:一是经由“场”的干扰。各种高频干扰信号可以产生强大的电场、磁场和电磁辐射, 这些干扰可以不经过接触而直接窜入微机控制系统。二是经由“路”的干扰。即经过与干扰源相连接的线路引入的干扰, 这是最直接也是影响最大的干扰方式, 这种干扰还可以分为经由输入、输出通道的干扰和电源干扰等。
在输入输出通道中, 干扰源产生的电磁场, 通过与控制系统的传感器和输入信号线之间的感性、容性耦合, 在其相应信号中叠加上干扰噪声, 使真伪信号一同进入输入通道, 使微机及控制系统产生干扰, 而且与干扰源相连的信号线 (如气体喷射控制信号线和点火控制信号线等) 。由于与干扰源的电路间存在公共阻抗, 直接通过电路性耦合, 将干扰信号传入。而对于电源来说, 控制系统的电源由电网和蓄电池两者提供, 由于系统中微处理器及信号输入电源取自电网的电源, 而过电压、欠电压、波形畸变、尖峰干扰及射频干扰等电源污染日趋严重, 这些干扰直接影响了工作电源的稳定性。
3 系统的抗干扰设计
对于控制系统, 抗干扰设计必须从两个方面入手, 即硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计。
3.1 系统硬件和软件抗干扰设计
从图1中可以看出, 为保证控制系统免受干扰, 应对干扰传播的3个环节采取相应措施, 即抑制噪声源, 消除干扰原因;切断干扰传播途径;加强控制系统抗干扰能力。
本文在硬件上主要采取了以下抗干扰措施:①控制板至各执行器 (点火初级线圈、喷油器、怠速旁通比例电磁阀) 的输电线采用专用线 (从同型号车用发动机上拆得) , 能够很好地屏蔽干扰电磁波。②线路连接可靠, 无虚焊和连接件松动现象。③模拟电路和数字电路由不同电源分别供电, 模拟地和数字地分开。④双绞线和屏蔽线的应用。在系统中某些连接控制器和传感器的导线较长, 尤其有些导线距离高压线和分电器较近, 电磁干扰易从输入通道窜入控制单元, 使用双绞线和屏蔽线可以有效地抑制此类干扰的传播。屏蔽线是在一般的导线外面再编织一层金属导电网, 使用时将金属网接地, 从而起到屏蔽内部导线不受外部干扰的作用。双绞线可以大大减小电路的环路面积, 同时在胶合的另一根芯线上产生相反的电动势, 形成对噪声的有效抑制。⑤双光电耦合器的应用。光电耦合器是一种以光为媒介传输电信号的器件, 它可以将输入信号与控制器在电气上完全隔离, 具有很高的抗干扰性能。输入通道和输出通道都是干扰传播的重要途径, 因此都采用光电耦合器进行处理, 如图3所示。硬件抗干扰涉及到硬件设计的很多方面, 如电源、地线、线路布置等, 都必须考虑如何有效地防止干扰。
农用机械控制系统采取硬件抗干扰措施后, 基本上能够解决干扰问题, 但为进一步提高系统工作的可靠性, 还应采取必要的软件抗干扰措施, 可采用算术平均值和极值判别的数字滤波方法对农用机械中冷却水温电压信号进行处理。
3.2 系统输入输出通道抗干扰措施
点火干扰等主要是通过输入输出通道窜入控制单元中, 而连接控制单元与传感器的信号线一般要用长线传输, 长线传输信息具有一些特殊问题。在计算机中超过0.6m的传输线就应算作长线 (在工业测控系统中, 0.5m以上的信号传输线一般作为长线处理) 。信号在长线上传输会遇到3个问题:一是信号延时;二是信号波形畸形和衰变;三是易受外界和其他传输线的干扰。而在试验中的所用传输线长均在3m以上, 为此可采取输入输出通道均采用屏蔽线措施。由于信号线距离高压线很近, 很容易受到干扰, 两线之间通过电容互相耦合的简单示意图如图4所示。其中, 1为高压线, 2为信号线, Vl为高压线l对地的电压, VN为导线2接到的干扰电压, RL为导线2的对地电阻, C12为两导线间的杂散分布电容, C10和C20分别为导线1和导线2的对地电容, 因C10对干扰耦合不起作用可将其忽略。则VN由下式可得, 即
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当undefined时, 有VN=jωRLC12V1。
当干扰源电压幅度V1和频率ω固定时, 要想降低电容耦合, 则需减小RL和C12。如果在干扰源很强时, 单靠减少RL和C12还不能获得满意的效果时, 就得对导线实施屏蔽, 即使用屏蔽线。
屏蔽体上接收的干扰电压为
undefined
式中 Vs— 导线2的屏蔽体上接收的干扰电压;
Cls —导线1与导线2屏蔽体间的耦合电容;
Csp—导线2的屏蔽体对地分布电容。
由于C2s (导体2的中心线与屏蔽体之间耦合电容) 中无电流流过, 所以导线2的中心芯线上的感应电压就等于Vs, 即VN = Vs。这时, 若将屏蔽体接地, 则VN = Vs =0。因此, 为获得较理想的抗干扰效果, 在所有的输入输出通道上均采用了屏蔽线, 并且在铺设屏蔽线时, 只在屏蔽体的接收端一点接地。要避免多点接地, 地回路电流流过地阻抗所引起的感应干扰, 如改为一端接地, 则地回路消失, 新的感应干扰就不复产生。
4 结论
通过以上一系列抗干扰措施后, 基本上解决了系统的干扰问题, 从实验过程来看, 控制系统始终能够正确地运行, 抗干扰设计达到了预期目的。气体燃料喷射式发动机控制系统的外部干扰, 主要来源于点火系统和气体喷射器, 内部干扰主要是共电源干扰和共接地干扰。干扰主要通过系统的输入输出通道进入到系统内部。在控制系统设计时应十分注意抗干扰设计, 本文主要采取了减少干扰源、减少干扰从输入输出通道进入等措施, 尤其是在微机数字输入输出通道上采用双光电耦合器、多电源, 并配合屏蔽线这种新型式, 为抑制干扰起到决定作用。试验证明, 所采取的抗干扰措施能有效防止干扰, 完全能保证控制系统稳定, 工作可靠。
摘要：对农用机械LPG发动机的电子控制系统进行抗干扰的研究与应用, 以确保控制系统的工作稳定性和可靠性。同时, 分析了干扰的不同种类、形式及其来源, 并阐述了农用机械发动机控制系统的主要干扰原因。其采取了减少干扰源、减少干扰从输入输出通道进入等措施, 对抑制干扰起到决定作用, 能够有效防止干扰, 保证控制系统工作正常。
关键词：农用机械,LPG发动机,控制系统,抗干扰
参考文献
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农用LPG发动机 篇3
双燃料汽车在汽车发展的过渡阶段有其显著的优点。当发动机工作在怠速工况、正常小负荷工况或低转速工况下,采用LPG作为发动机燃料,能够有效地降低发动机尾气排放。当发动机遇到大负荷工况和急加速工况时,采用汽油燃料可以保证发动机的功率输出,提高发动机的可靠性。同时,驾驶人员也不必担心LPG在供应不足时找不到加气站的麻烦,有效缓解了供气站的缺乏状况。
目前双燃料发动机控制方法依据LPG状态下的发动机控制方法进行分类可分为:单ECU双燃料发动机控制方法和随动式双燃料控制方式。
单ECU方式采用1个ECU对发动机的燃料种类进行切换。此种方式控制效果及切换过程控制效果最佳。采用这种方式需要放弃原机ECU及线束,且需要对发动机进行分别汽油和LPG两种燃料的标定,只能由整车厂进行开发。这种方式对整车厂开发两用燃料车的初期风险较大,只有整车厂积累了一定的市场份额后才会进行此项开发,目前,2010款新爱丽舍CNG汽车是用这种控制方式。
随动式两用燃料控制方式,在原机ECU的基础上增加了一个附加ECU,附加ECU通过测量原机ECU的喷油器驱动信号获得原机ECU的汽油喷射脉冲宽度信号,通过计算将其转化为LPG喷嘴的喷射脉宽信号。这种控制方式结构简单,构成零部件少,系统安装容易布置。目前国内外使用的汽油/LPG两用燃料发动机大多采用这种控制方式,且多应用于在用车改装市场。
1 独立控制式双燃料发动机控制方法
上述两种双燃料发动机控制方法各有优劣,单ECU式两用燃料发动机控制方法可达到最佳的发动机控制及切换效果,但其开发过程复杂,应用风险较大。随动式两用燃料发动机控制方法仅通过对发动机的喷油数据进行转换然后进行发动机控制,附加ECU无法获取发动机的所有运转信息,也不能掌控发动机所有的执行器,这将使发动机无法达到最好的控制结果。同时,汽油ECU的故障诊断装置和诊断策略越来越完善,要避免汽油ECU由于附加ECU的增加而产生故障,进而影响LPG状态下发动机的控制,就需要使用复杂的汽油ECU执行器模拟器与传感器模拟器。
介绍了自主控制的汽油/液化石油气双燃料发动机的控制方法,原型发动机上仍然保存汽油ECU,而液化石油气的情况下,由一个独立的LPGECU进行控制。在不同燃料状态下分别由各自的ECU进行发动机控制,以达到在不同燃料状态下最佳的发动机控制效果。燃料状态切换则由LPGECU根据驾驶员的选择以及环境因素通过控制燃料切换控制模块来实施。在LPG状态下发动机直接由LPGECU全权控制,则可使LPGECU充分发挥对发动机的控制潜力,取得等同于单ECU式两用燃料发动机控制方法的控制效果。汽油/液化石油气双燃料汽车系统相对于普通汽油车,增加了LPG供应系统、燃料状态切换执行模块、液化石油气ECU及人机接口。独立控制式两用燃料发动机的控制原理可利用图1描述为:LPGECU中的燃料状态控制模块根据人机接口及环境因素,通过燃料状态切换执行模块,控制汽油控制器或液化石油气控制器中的液化石油气状态发动机控制模块取得发动机的控制权。当汽油ECU获取发动机控制权时,发动机工作于汽油状态,当LPGECU获取发动机控制权时,发动机工作于LPG状态。LPG状态下发动机控制功能完全由LPG状态发动机控制模块实施,而两用燃料发动机燃料切换则由人机接口、燃料状态控制模块和燃料状态切换执行模块共同实施。
图1 独立控制式双燃料发动机基本原理
在保持原有供油装置不变,另增装一套液化石油气供应系统包括:LPG储气罐、LPG加气口、LPG加气管、LPG组合阀、组合阀密封罩、LPG液态供给管、蒸发减压阀、LPG气态供给管、气态LPG滤清器、气轨和喷嘴、LPG温度传感器和LPG压力传感器。这样原发动机即改装为拥有2套并行的燃料供给系统,改造后的发动机能够单独使用LPG或汽油运行。此次改造,可以方便地在原有汽油机电控系统上进行双燃料发动机的转换电路设计。
开发的LPG-汽油双燃料发动机转换电路主芯片采用飞思卡尔公司16位的MC9S12XDP512单片机,该款单片机基于S12CPU内核,总线频率可达40 MHz,具有较强的数值运算和逻辑运算能力,为油气转换的研究提供了强有力的硬件基础。
同时,基于开发的双燃料模式电控系统,采用微软公司的VB(visual basic)开发软件,开发出一套发动机监控系统。使用VB开发软件自带的MSComm串口控件与电控单元ECU的SCI模块进行串行通信,为电控系统的开发提供了调试平台。该监测系统可以实时监测各种运行参数(发动机的),包括转速,节气门的开启,燃油喷射脉宽,进气温度,进气压力信号。本次监控系统设计的关键目的是,通过点击监控界面的油气切换开关来实现发动机的燃料切换。
2 油气切换策略研究
设计的双燃料模式发动机的主要任务是确保发动机在不停机状况下进行汽油和LPG燃料平稳切换。前提是发动机分别在两种燃料下均能稳定运转,且启动效果良好。但一般情况下,使用汽油来启动发动机,并进行预热,等待发动机工作温度达到80℃时,再进行油气切换。这是因为LPG以液态方式储存,以气态方式喷射,在气化过程中,LPG必须摄取热量。在冷却水温度较低时,发动机不足以提供足够的热量给蒸发减压阀,此时使用LPG将导致蒸发减压阀结冰,影响LPG供给。这将导致发动机难以启动或启动后难以稳定。目前汽油/LPG两用燃料发动机绝大多数是采用冷机启动时使用汽油,然后再转换到使用LPG,每启动一次燃料就要转换一次。
2.1 传感器和执行器切换方法
ECU对发动机的控制权体现为对传感器信号采集和对执行器控制程度。1个ECU要获取发动机所有的控制权,就需要使ECU能够采集所有发动机传感器信号以及获得所有执行器的控制权。发动机控制权在不同ECU之间切换,实质为使不同ECU获取发动机全部传感器信号采集权和执行器控制权。
要使传感器信号在不同ECU控制发动机时全部被相应ECU采集,可采用2种方式:传感器信号切换和传感器信号共用。传感器信号切换即将传感器信号在汽油ECU和LPGECU之间利用继电器进行切换。获取传感器信号采集权的ECU在传感器切换后独占传感器,可以避免传感器信号受到其他ECU的干扰。传感器信号利用信号继电器切换,信号继电器一般接触电阻在0.1Ω以下,由于传感器信号采集电路属于高输入阻抗设计,所以在传感器与信号采集电路之间添加继电器对传感器信号的影响可忽略不计。传感器信号共用即将传感器信号同时传递给两种控制器。同时使2种ECU都获取传感器信号采集权。共用方式即传感器信号同时由汽油控制器和液化石油气控制器进行采样。传感器同时由2种ECU同时采样,由于信号内阻与信号采样电路的输入阻抗变化将造成源负载效应误差,由于电路电容发生变化将造成信号动态响应变化,从而影响信号的响应时间。但在ECU信号输入口的输入阻抗远大于信号源内阻时,传感器信号同时由2个ECU采样时的信号失真已经小于车用ECU的AD转换器的最小可分辨电压,基本可忽略其影响。ECU在进行设计时已经进行了传感器和信号输入口的阻抗匹配,可保证ECU信号输入口的输入阻抗远大于信号源内阻,故2个ECU对同1个传感器同时进行采样是可行的。曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器采用信号共用方式。温度传感器包括进气温度、缸体温度和空调盘温,这些传感器采用信号共用方式。节气门位置传感器,进气压力传感器,爆震传感器采用切换方式,前氧传感器和后氧传感器可以采用双ECU共用的方式执行器的控制权切换必须根据执行器的驱动方式选择合适的方法。而在发动机上,执行器的驱动方式只有2类:桥式驱动方式和低端开关驱动方式。在发动机执行器中,步进电机式怠速阀即采用桥式驱动,除步进电机外,发动机所有执行器包括喷油器、点火线圈、各类电控阀和各类继电器均采用低端开关驱动方式。独立控制式汽油/LPG两用燃料发动机在工作时,不会同时使用汽油和LPG,这意味着汽油ECU和LPGECU不会同时获取执行器控制权。使用不同燃料时,需将同1个执行器交由不同ECU控制,这可以通过执行器切换方式或执行器协同方式实现。采用桥式驱动的执行器只能采用切换控制方式,而低端开关驱动除切换控制方式外还可以采取协同控制的方式。通过这种方式,执行器得以在不同ECU之间切换,当执行器连接不同ECU后,ECU随即获取对执行器的所有控制权。失去执行器的ECU不会影响获取执行器的ECU对执行器的控制,协同方式只能用于低端开关驱动的执行器。
2.2 汽油至LPG燃料切换控制策略
如图2所示,切换令发出后,在发动机曲轴转动2圈后再断开汽油ECU点火开关信号是为了使LPGECU能够在开始控制喷射时已有关于喷气脉冲宽度及点火提前角的相关数据。以避免在燃料切换时由于控制数据没有就绪而导致的LPGECU延迟控制。这将导致燃料切换命令发出后,燃料切换并未马上实施,而是存在一定的时间延迟,但这种时间延迟,驾驶员并不能明确感受到。通过这样的策略,可有效防止切换过程中汽油ECU诊断出故障。
图2 汽油至LPG燃料切换控制策略
该过程切换流程如图3所示。
图3 汽油状态向LPG状态切换流程图
2.3 曲轴转动中LPG至汽油燃料状态切换
LPG至汽油燃料状态切换过程与汽油向LPG燃料状态类似,但是同样也要避免汽油ECU检测出点火线圈故障。曲轴转动中LPG至汽油的燃料转换控制策略如图4所示。
图4 汽油状态向LPG状态切换流程图
该过程切换流程如图5所示。
图5 LPG状态向汽油状态切换流程
3 发动机运转过程中的切换实验
3.1 发动机在汽油怠速工况下切换至LPG、然后切换到汽油
测试流程如图6所示。
图6 测试流程
测试目标:汽油燃料状态下能够稳定有效地切换到LPG燃料,然后切换到汽油。
测试数据如图7所示。
图7 测试数据
测试结果分析:测试结果表明,汽油切换到LPG时,有时会导致发动机熄火,有时能够正常切换,在切回到汽油燃料时,转速较为稳定。
3.2 发动机在LPG怠速工况下切换至汽油、然后切换到LPG
测试流程如图8所示。
图8 测试流程
测试目标:LPG燃料状态下能够稳定有效地切换到汽油燃料,然后切换到LPG。
测试数据如图9所示。
图9 测试数据
测试结果分析:测试结果表明,从LPG切换到汽油时,转速较为稳定,在切回到汽油燃料时,能够完成切换,但切换完成后2~5 s时间内转速波动较大。
4 结语
分析了独立控制式双燃料发动机的基本原理,说明了传感器信号采集和执行器执行切换的原理和方法,说明了汽油向LPG状态和LPG向汽油机切换的状态变化过程,并进行了燃料切换实验,验证了独立式双燃料控制方法的可行性。但切换过程还没有达到完美理想状态,仍需优化。
参考文献
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LPG发动机火花塞匹配的重要性 篇4
近年来, 广州市的公交车大多采用LPG发动机。LPG发动机的大多数零部件均为进口件, 其中火花塞也是进口件。经调查, 进口火花塞的价格一般为每只80元左右, 国产火花塞的价格一般为每只12元左右。由于火花塞容易损坏, 需要经常更换, 为了节省费用, 有的公司采用修复的方式来延长火花塞的使用寿命, 有的公司则采用国产火花塞来替代。
实践证明, 可以用国产火花塞来替代进口火花塞, 但必须进行火花塞与发动机的匹配测试, 只有在不影响点火的可靠性和发动机性能稳定的情况下, 替代才是可行的。
某公司一辆采用玉柴LPG发动机的公交车, 因加速时窜动而报修, 在进行了各种检测后, 基本可以断定是由于发动机点火不良引发的。拆检火花塞, 没有发现积碳等不正常的情况。继续对点火系统的其它部件进行检测和试换, 仍然没有将故障排除。
在点火系统各部件测试均正常的情况下, 怀疑可能是火花塞型号不符合发动机的要求所致, 因为该车现在使用的火花塞品牌为AGAK7RTP, 而该车型配套的火花塞是湘火矩K7RTPP型火花塞。更换配套的湘火矩K7RTPP型火花塞后再次进行路试, 车辆加速时窜动的情况消除, 氧浓度曲线也没有出现突然跳火现象, 故障得到排除。
经调查, 采用潍柴LPG发动机的公交车也出现过类似情况, 因火花塞型号与发动机不匹配, 导致发动机点火系统工作不良, 进而引起车辆无力、耗气量增加等故障。
农用LPG发动机 篇5
但是, 对于近年来由柴油机或汽油机改装的LPG发动机来说, 其气缸网纹的深度对机油消耗量的影响也是不能忽视的。根据LPG的燃烧特性, LPG发动机宜采用较大的压缩比, 因此LPG发动机燃烧室的温度和压力都很高。以排气温度来比较, 一般柴油发动机排气口的温度约为300℃, 而LPG发动机排气口的温度高达482～649℃。
当活塞在气缸中上下运动时, 气缸网纹内充满了机油, 有利于活塞的运动。但是, 对于LPG发动机而言, 由于其燃烧室内的温度高, 如果气缸网纹太深, 必然会使气缸网纹内的机油大量蒸发燃烧, 从而造成机油消耗量增大。
某公司自2004年开始使用改装的LPG车之后, 发现LPG发动机的机油消耗约为1.0L/天, 机油与燃油消耗比为6.6/1000, 而一般柴油机约为0.5L/天, 机油与燃油消耗比为3.3/1000。按国标要求, 机油与燃油的消耗比应为4.0/1000, 说明LPG发动机的机油消耗量远高于正常水平。
针对上述情况, 我们进行了认真的研究分析, 决定对气缸壁进行抛光处理, 适当减小气缸网纹的深度, 结果使LPG发动机的机油消耗量明显减少。
农用LPG发动机 篇6
电子控制以其快速、高效和精确等优点在汽车上逐步取代了机械控制, 且随着电子技术的飞速发展, 电子控制在汽车上的应用越来越广泛, 特别是城市公交车, 在发动机怠速控制上应用电子控制显得更为重要。
近年来, 广州市80%以上的公交车都采用了电控LPG发动机。我们对47辆装用潍柴WT615.00 LPG发动机的公交车进行了故障统计分析, 结果表明, 发动机怠速故障占故障总数的20%, 其中怠速不稳占怠速故障总数的59.5%, 是怠速故障的主要表现形式。
经过技术交流和调查研究我们发现, 装用潍柴WT615.00 LPG发动机的宇通牌公交车, 其怠速不稳故障主要表现为收油时怠速偏高 (700～800r/min) 或偏低 (300～400r/min) 、怠速时“游车”, 同时氧浓度不正常, 收油怠速偏高时氧浓度一直偏浓, 且无法调节。
潍柴WT615.00 LPG发动机怠速控制的基本原理如图1所示, 发动机ECU根据发动机的工作状况发出指令, 控制步进电机的开度, 从而控制燃气从蒸发器到混合器的进气量, 并通过氧传感器将怠速转速反馈给ECU, 不断将怠速转速调整到最佳值。在怠速控制相关零部件均正常的情况下, 由图2可知, 燃气从怠速控制执行元件 (步进电机) 到混合器再到燃烧室的整个过程, 都会影响怠速控制的响应速度, 如果响应速度太慢, 必然会使得怠速控制无法调节。
为此, 我们将步进电机与混合器、蒸发器之间的位置进行了调整, 缩短了燃气从步进电机至混合器的距离, 调整前步进电机至蒸发器出口的距离约为10cm, 步进电机至混合器入口的距离约为90cm (如图2所示) ;调整后步进电机至蒸发器出口的距离约为55cm, 步进电机至混合器入口的距离约为25cm (如图3所示) 。