船用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)研究.pdf

1、當(dāng)前，資源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題已成為威脅人類(lèi)生存和發(fā)展的兩大難題。近年來(lái)，我國(guó)北方大范圍霧霾肆虐，嚴(yán)重危害居民的身體健康，車(chē)輛和船舶等運(yùn)輸機(jī)械的排放問(wèn)題受到關(guān)注，國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了一系列嚴(yán)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(dòng)機(jī)的替代燃料成為解決當(dāng)前問(wèn)題的有效途徑。我國(guó)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(jì)性和排放性能都很差。船用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)能有效解決以上兩個(gè)問(wèn)題，因此成為當(dāng)前船用發(fā)動(dòng)機(jī)的研究熱點(diǎn)。
　　為解

2、決船用天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的控制問(wèn)題，本文選用以2135G柴油機(jī)為基礎(chǔ)改造的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用進(jìn)氣歧管多點(diǎn)噴射的噴氣方式，每個(gè)氣缸由獨(dú)立的燃?xì)鈬娚溟y和電子節(jié)氣門(mén)提供燃?xì)夂涂諝?，?shí)現(xiàn)兩個(gè)氣缸的獨(dú)立控制。然后根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤┙o部件和空氣供給部件進(jìn)行了匹配選型，完成了天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)的改造。
　　根據(jù)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)的傳感器信號(hào)類(lèi)型和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)方式完成了控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)。

3、硬件電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)、輸入信號(hào)調(diào)理和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)三部分組成。然后，遵循模塊化和分層的設(shè)計(jì)思想完成了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，軟件的主要功能是在硬件電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)控制策略對(duì)燃?xì)鈬娚溟y，電子節(jié)氣門(mén)和點(diǎn)火線圈進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比，轉(zhuǎn)速和點(diǎn)火的控制。
　　在起動(dòng)階段，本文對(duì)燃?xì)鈬娚涿}寬對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著噴射脈寬的不斷增大，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)速度顯著加快；同時(shí)隨著燃?xì)鈬娚涿}寬的加大，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后的

4、穩(wěn)定轉(zhuǎn)速逐漸減小。為了驗(yàn)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(jìn)了試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果表明：穩(wěn)態(tài)工況，在900r/min和1000r/min的50N*m及100N*m負(fù)荷下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)率均低于0.3％，空燃比穩(wěn)定在0.98~1.02的范圍內(nèi)，滿(mǎn)足控制要求。瞬態(tài)工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在1000r/min突加50N*m負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)調(diào)速率為2.1％，穩(wěn)定時(shí)間為4.6s；在1000r/min突卸50N*m負(fù)荷，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的瞬態(tài)