船用天然氣發(fā)動機控制系統(tǒng)設計開發(fā)及試驗研究.pdf

1、當前，資源短缺和環(huán)境污染問題已成為威脅人類生存和發(fā)展的兩大難題。近年來，我國北方大范圍霧霾肆虐，嚴重危害居民的身體健康，車輛和船舶等運輸機械的排放問題受到關注，國家陸續(xù)出臺了一系列嚴格的排放法規(guī)政策。在此背景下，選用清潔高效的天然氣作為發(fā)動機的替代燃料成為解決當前問題的有效途徑。我國有著數(shù)量龐大的內(nèi)河船舶，然而這些內(nèi)河船舶的經(jīng)濟性和排放性能都很差。船用天然氣發(fā)動機能有效解決以上兩個問題，因此成為當前船用發(fā)動機的研究熱點。
　　為解

2、決船用天然氣發(fā)動機的控制問題，本文選用以2135G柴油機為基礎改造的天然氣發(fā)動機為研究對象。對發(fā)動機的配氣系統(tǒng)進行了改造，采用進氣歧管多點噴射的噴氣方式，每個氣缸由獨立的燃氣噴射閥和電子節(jié)氣門提供燃氣和空氣，實現(xiàn)兩個氣缸的獨立控制。然后根據(jù)發(fā)動機的需求，對天然氣發(fā)動機燃氣供給部件和空氣供給部件進行了匹配選型，完成了天然氣發(fā)動機試驗平臺的改造。
　　根據(jù)天然氣發(fā)動機試驗臺的傳感器信號類型和執(zhí)行器驅(qū)動方式完成了控制系統(tǒng)硬件電路的設計。

3、硬件電路由單片機最小系統(tǒng)、輸入信號調(diào)理和執(zhí)行器驅(qū)動三部分組成。然后，遵循模塊化和分層的設計思想完成了控制系統(tǒng)的軟件設計，軟件的主要功能是在硬件電路的基礎上，根據(jù)控制策略對燃氣噴射閥，電子節(jié)氣門和點火線圈進行控制，以實現(xiàn)對發(fā)動機空燃比，轉(zhuǎn)速和點火的控制。
　　在起動階段，本文對燃氣噴射脈寬對發(fā)動機起動性能的影響進行了試驗研究，試驗結果表明：隨著噴射脈寬的不斷增大，發(fā)動機起動速度顯著加快；同時隨著燃氣噴射脈寬的加大，發(fā)動機起動完成后的

4、穩(wěn)定轉(zhuǎn)速逐漸減小。為了驗證控制系統(tǒng)的控制效果，本文在穩(wěn)態(tài)工況和瞬態(tài)工況下分別進了試驗研究，試驗結果表明：穩(wěn)態(tài)工況，在900r/min和1000r/min的50N*m及100N*m負荷下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動率均低于0.3％，空燃比穩(wěn)定在0.98~1.02的范圍內(nèi)，滿足控制要求。瞬態(tài)工況下，發(fā)動機在1000r/min突加50N*m負荷，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)調(diào)速率為2.1％，穩(wěn)定時間為4.6s；在1000r/min突卸50N*m負荷，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)