佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳文波

前言

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要存在兩種形式：一是由汽油機(jī)改裝成雙用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)；二是由柴油機(jī)改裝成單燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)進(jìn)氣道處要實(shí)施天然氣噴射時(shí)，將會(huì)存在諸多的問題，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：第一，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率；第二，平均有效壓力出現(xiàn)降低；第三，動(dòng)力性出現(xiàn)下降；第四，排放性能與原車水平保持一致。因此，必須要充分發(fā)揮天然氣能源優(yōu)勢，不斷完善稀燃技術(shù)、缸內(nèi)直接噴射技術(shù)以及電控多點(diǎn)順序噴射技術(shù)等新型的發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，改善壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

1 壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)概述

1.1 高壓燃?xì)夤┙o系統(tǒng)分析

當(dāng)天然氣體積噴射量的能量處于相同狀態(tài)下，與汽油體積流量相比，前者大約是后者的770倍。由此可知，面對噴射時(shí)間短暫的狀況，要想在短時(shí)間內(nèi)保障噴入適量的壓縮天然氣，必須要對燃?xì)夤┙o系統(tǒng)給予必要的壓力。所以，在設(shè)計(jì)燃?xì)夤┙o系統(tǒng)中必須要注意保障壓縮天然氣氣體體積的及時(shí)供給。就直噴噴嘴而言，其噴射壓力要高，流量要大，同時(shí)其響應(yīng)時(shí)間也要把控在一定的范圍內(nèi)。從整體上來看，要求其整體性能要優(yōu)越。在結(jié)合汽油機(jī)直噴技術(shù)的前提下，從壓縮天然氣氣體燃料特性出發(fā)，筆者構(gòu)建了一套穩(wěn)定性能與安全性能均科學(xué)的燃料供給系統(tǒng)。

1.2 缸內(nèi)直噴噴嘴流量特點(diǎn)分析

在設(shè)計(jì)的過程中，必須要結(jié)合具體的噴射壓力要求，聯(lián)系流量需求，設(shè)計(jì)直噴噴嘴。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷工作狀態(tài)時(shí)，燃料噴射需求量相對較大；當(dāng)發(fā)電機(jī)處于怠速工作狀況時(shí)，為了促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料消耗的降低，其噴射量要保持在較小的范圍內(nèi)?；趯ι鲜銮樾蔚目紤]，要拓寬噴嘴流量特性工作范圍，借助發(fā)動(dòng)機(jī)物理標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，計(jì)算噴嘴流量的實(shí)際需求范圍，需求值在33.7~1220.0mg/s之間。為了證實(shí)噴嘴的性能，筆者構(gòu)建噴嘴流量特定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)直噴噴嘴的特性。

在特定的標(biāo)定階段中，借助壓縮空氣，作為試驗(yàn)載體，考慮到燃?xì)庠趬嚎s沖程前期就必須要實(shí)施噴射作業(yè)，因此運(yùn)用壓力容器，虛擬缸內(nèi)的背壓。在試驗(yàn)測試中，其背壓取值在0.4~0.8MPa之間。應(yīng)用汽車電控系統(tǒng)快速原型開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)，在噴嘴驅(qū)動(dòng)器的控制作用下，開閉氣體噴射器，讀取流量計(jì)上的顯示值，結(jié)合單次脈沖周期變化，從而完成氣體噴射量的計(jì)算工作。試驗(yàn)結(jié)果表明，就噴射器流量特性來講，背壓的取值變化對其影響相對較小。

2 壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)

在試驗(yàn)過程中，壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)主要是以汽車電控系統(tǒng)快速原型開發(fā)環(huán)境系統(tǒng)為關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，筆者設(shè)計(jì)了壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)功能控制模塊，其開發(fā)流程主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：第一，控制功能設(shè)計(jì)；第二，代碼自動(dòng)生成；第三，軟件與硬件的在環(huán)仿真；第四，系統(tǒng)測試。就其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，MACS565快速原型系統(tǒng)主要有七個(gè)傳感器：一是曲軸位置傳感器，二是天然氣軌溫度壓力傳感器，三是進(jìn)氣壓力傳感器，四是進(jìn)氣溫度傳感器，五是冷卻液溫度傳感器，六是節(jié)氣門位置傳感器，七是凸輪軸位置傳感器。MACS565系統(tǒng)借助凸輪軸位置信號與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置信號，從而截取轉(zhuǎn)速與時(shí)序，進(jìn)而獲得點(diǎn)火提前角與基本噴射脈寬，借以冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度以及氧傳感器信號，完成脈寬修正量的計(jì)算工作。立足于節(jié)氣門位置傳感器信號角度，通過確定減速等瞬態(tài)工作狀況，控制燃料噴射量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)密度補(bǔ)償目的。

3 壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)研究

基于轉(zhuǎn)速與負(fù)荷不同的條件下，構(gòu)建缸內(nèi)直接噴射性能實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用缸內(nèi)直接噴射方式，增大發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力性能得到進(jìn)一步的上升。具體而言，其主要原因表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，燃料沒有進(jìn)入氣道，一定程度上提高了發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率；第二，在壓縮沖程早期，燃料噴射成功進(jìn)入氣缸，空氣進(jìn)氣量得到了提高，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力性能。其次，運(yùn)用原型機(jī)為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，對比壓縮天然氣缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)性能，在這種性能對比試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速處于較低狀態(tài)下，進(jìn)氣道噴射天然氣功率虧損較大，而缸內(nèi)直接噴射天然氣方式的發(fā)動(dòng)機(jī)功率與原汽油機(jī)水平具有一致性。

4 結(jié)束語

綜上所述，充分運(yùn)用缸內(nèi)直接噴射方式，有助于提高壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際功率與原汽油機(jī)水平具有一致性。由此可知，要加強(qiáng)對壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性的研究，構(gòu)建壓縮天然氣直噴發(fā)動(dòng)機(jī)排放模型，進(jìn)一步驗(yàn)證缸內(nèi)直接噴射方式的可靠性以及有效性。

[1]彭禹，曾金玲.噴油器安裝角度對缸內(nèi)直噴汽油機(jī)混合氣的影響[J].汽車技術(shù)，2011（07）.

[2]楊向忠，安錦文，崔文革.快速控制原型仿真技術(shù)應(yīng)用 [J].航天控制，2009（02）.