裴 禹，李大尉，趙孟石，姚鴻賓，姚立明

(黑龍江省科學院高技術研究院機電研究室，哈爾濱150001)

能源與環(huán)境問題在我國是比較突出的問題，其中汽車行業(yè)帶來的污染是比較重要的一個因素。汽柴油的消耗與汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展是成正比的，因此尋找替代能源將成為世界經(jīng)濟發(fā)展的關鍵所在。減少環(huán)境污染、使用清潔能源的呼聲日漸強烈，我國在替代燃料方面做了大量工作，取得了一定成效，如:推廣應用天然氣、石油液化氣，甲醇、甲醇汽車等，這也促進車用燃料向多元化方向發(fā)展。但是，從我國缺油、富煤的能源結構特點看，作為替代燃料，甲醇的發(fā)展前景廣闊［1］。

甲醇作為21世紀綠色能源，在燃燒時有以下特點:

極佳的冷卻作用:可以降低發(fā)動機溫度，不致發(fā)熱。

動力性:甲醇作為高辛烷值組分與汽油混溶后，使甲醇汽油辛烷值比高同標號汽油提高3～5個單位。

高辛烷值可增加機動車動力性，高速時明顯優(yōu)于汽油。

尾氣排放:甲醇的C/H值較汽油小，完全燃燒時，排放尾氣中的HC、CO、NOx含量低基本不含硫，比燃油更環(huán)保。

安全性:由于甲醇蒸汽點燃爆炸的濃度是汽油的4倍，不易爆炸，比汽油更安全。

汽油—甲醇雙燃料發(fā)動機電控轉換單元能夠最大限度的利用甲醇，降低成本，減少環(huán)境污染，并緩解我國能源短缺危機，保證我國能源安全，實現(xiàn)汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文主要從電控單元的硬件和軟件系統(tǒng)兩方面來介紹汽油—甲醇雙燃料發(fā)動機電控轉換單元的原理。

1 汽油—甲醇雙燃料發(fā)動機電控轉換單元原理

1.1 釆用單片機作為電控噴射系統(tǒng)的控制單元

汽油—甲醇雙燃料控制單元是整個系統(tǒng)的控制主體，系統(tǒng)主要包括了單片機微控模塊、采集數(shù)據(jù)以及噴醇控制模塊、開關切換模塊等，這些模塊的主要作用是進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析計算、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)顯示和系統(tǒng)調試，目的在于控制甲醇和汽油以一定的定摻比進行輸出，并根據(jù)需求的不同，來選擇是否需要采用摻醇的燃燒模式［2］。供醇管路由4部分組成，分別是:甲醇泵、壓力調節(jié)閥、甲醇箱、噴醇電磁閥，各個部分由膠管連接起來，它們的主要作用是產(chǎn)生并且提供高溫、高壓的甲醇，其中壓力調節(jié)閥的作用是維持固定不變的甲醇壓力值，用來保證當每次電磁閥的PWM輸出占空比相同時噴醇量也相同，其中油門執(zhí)行機構和噴醇器組成了執(zhí)行器。

電控噴射甲醇系統(tǒng)的總體設計是以甲醇噴射量控制為核心，采用進氣管電控噴射的開環(huán)靜態(tài)預定最優(yōu)控制方式來控制甲醇噴射量。利用甲醇良好的揮發(fā)性及較大汽化潛熱，汽油機氣缸所需甲醇由進氣管噴入，由發(fā)火時間和配氣相位值確定甲醇的噴射定時，由脈沖寬度調制器脈沖控制甲醇噴射量。

1.2 電控系統(tǒng)的硬件

電控噴射甲醇系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個部分:微控制器模塊(單片機)、數(shù)據(jù)采集模塊、噴醇電磁閥控制輸出模塊和調試模塊。此外還有電源模塊、復位模塊和開關切換模塊等。在硬件系統(tǒng)中，核心部件我們采用的是菊陽單片機控制電路，它主要的功能是處理各條線路輸入的信號，處理完成后輸出相對應的控制信號，以實現(xiàn)噴射甲醇準時以及噴醇量的精準控制。電源模塊的主要作用是向單片機控制電路提供穩(wěn)定的5 V電壓。傳感器產(chǎn)生的信號分為數(shù)字信號和模擬信號兩種，這兩種信號經(jīng)過前期信號處理后，可以產(chǎn)生單片機電路能識別的信號，最終送入微控制器進行處理。供油拉桿位移信號、轉速信號、轉矩信號等經(jīng)調理后輸入單片機控制電路中，以提供相應的發(fā)動機運行狀態(tài)信息［3］。單片機控制電路輸出的信號經(jīng)過驅動電路放大之后，推動執(zhí)行元器件工作?？刂齐娐分羞€增加了手動復位裝置，用來增強電控單元系統(tǒng)的可靠性。當系統(tǒng)程序因外界干擾而出現(xiàn)“程序跑飛”或“死機”時，通過手動復位可實現(xiàn)系統(tǒng)的正常運行。硬件電路板和電路圖如圖1和圖2所示。

圖1 電控單元電路板Fig.1 The circuit board of electronic control unit

圖2 電控單元電路原理圖Fig.2 The circuit schematics of electronic control unit

1.3 電控單元的軟件設計

汽油—甲醇雙燃料電控轉換單元系統(tǒng)的軟件設計采用菊陽系列JY2X00單片機仿真開發(fā)系統(tǒng)，程序部分主要包括發(fā)動機的轉速和轉矩的采集、凸輪軸脈沖采集，油門位置的A/D轉換程序、定時器中斷程序及數(shù)據(jù)處理等。電控轉換單元軟件系統(tǒng)的總體設計思路是:每隔一定人工設定的時間，由程序對工況進行采樣，然后將采樣信息進行數(shù)據(jù)處理，獲得工況對應的PWM值送脈寬調制輸出口，主程序流程圖如圖3所示?？刂葡到y(tǒng)的軟件設計按系統(tǒng)功能將整個程序分成若干個模塊，每個程序模塊完成特定的計算、處理或控制功能［4］。在主程序設計中，必須要初始化設置電控單元系統(tǒng)內部的各種參數(shù)，這些參數(shù)包括:各個變量在CPU內存中存放的地址，如轉速測量值存放地址以及供油拉桿位移變量存放地址等。在程序運行過程中有時會由于電磁干擾等原因而造成程序錯誤，為了防止這種錯誤，主程序中添加了“看門狗”子程序用來保證系統(tǒng)的正常運行。在對CPU內存中的地址分配完畢之后，要確保開CPU中斷，這樣在主程序運行的過程中，單片機能按既定的時間準時“喂看門狗”。

2 結論

汽油—甲醇雙燃料發(fā)動機電控轉換單元能更好地調節(jié)燃料中甲醇的噴射量，以降低燃料中汽油的比例，從而使汽車獲得相同動力的情況下消耗更少的燃料。同時排放的尾氣中的C/H值有效降低并且大幅降低了硫元素的排放，對汽車發(fā)動機內部的安全性和清潔性也都有很大的提升。

［1］ 簡曉春，杜仕武.現(xiàn)代汽車技術及應用［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［2］ 高國珍，王玉輝，陳光敏.醇類燃料理化性質對汽油機性能及排放的影響［J］.江西能源，2004，(03):8—20.

［3］ 于曉陽，曾東健，王永忠，等.電噴汽油機燃用高比例甲醇汽油的實驗研究［C］∥北京:中國內燃機學會油品與清潔燃料分會第三屆學術年會.2011.

［4］ 閻文兵，姜紹忠.再用車燃用甲醇/汽油靈活燃料的改造［J］.天津工程師范學院學報，2010，20(1):3—5.