船用柴油—天然气双燃料发动机控制系统设计与试验

【摘要】：本课题是关于“柴油／天然气双燃料发动机改造设计和试验研究”,它是由山东大学能源与动力工程学院内燃机研究所和淄博柴油机总公司合作开发项目。随着石油燃料的紧缺和大气污染的加剧,人们越来越重视燃用石化燃料的发动机给人们带来的影响,因此,寻找石油燃料的替代能源,研究降低发动机排放的各种方法成为了当务之急。 本文首先介绍了天然气理化性质,当前双燃料发动机技术的各种应用,国内外针对于双燃料发动机的改造技术背景和应用。然后按照双燃料发动机开发改造项目要求对原柴油机燃料供给系统进行改造设计,增加了一套新的天然气供给系统,并对这套供给系统进行了介绍。而后介绍了双燃料发动机电子控制系统设计,列举了双燃料发动机电子控制系统中几种重要的传感器、执行器以及电子控制系统中硬件电路,包括核心处理器,信号采集处理电路,执行器驱动电路和通讯电源电路。同时也介绍了模块化软件设计,包括了信号采集处理软件模块,通讯模块,执行器控制模块,以及一些软件控制算法。最后介绍了一些试验研究结果和性能评价,包括发动机在双燃料模式工作的燃油替代率,双燃料和纯柴油两种模式下的缸内压力、压力升高率等基本燃烧参数的对比分析,两种模式下的缸内燃烧状态,如循环变动以及各缸燃烧不均匀性的对比分析,以期更好地为进行双燃料发动机电子控制提供试验数据支持。 【关键词】：天然气 双燃料发动机 电子控制系统设计 试验研究
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.12;TP273
【目录】：

• 目录4-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 天然气的理化性质11-12
• 1.2 天然气发动机12-13
• 1.2.1 单燃料天然气发动机12-13
• 1.2.2 天然气、汽油两用双燃料发动机13
• 1.2.3 天然气、氢气发动机13
• 1.3 双燃料发动机技术13-16
• 1.3.1 汽油-柴油双燃料发动机14-15
• 1.3.2 乙醇-柴油双燃料发动机15
• 1.3.3 柴油-天然气双燃料发动机15-16
• 1.4 柴油-天然气双燃料天然气供给系统16-19
• 1.4.1 柴油-天然气双燃料发动机单点进气道喷射技术16-17
• 1.4.2 柴油-天然气双燃料发动机多点进气道喷射技术17
• 1.4.3 双燃料发动机缸内喷射技术17-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 1.6 本章小结20-21
• 第二章 双燃料发动机天然气供给系统设计21-33
• 2.1 双燃料发动机燃气系统的改装方案21-23
• 2.1.1 双燃料发动机试验用机参数21-22
• 2.1.2 双燃料发动机的改装设计原则22-23
• 2.2 天然气供气系统构成23-24
• 2.3 自力式压力平衡调节阀24-25
• 2.4 天然气进气支管设计25-26
• 2.5 电控液压可变燃气喷射阀26-31
• 2.5.1 液压驱动单元26-28
• 2.5.2 电控液压驱动燃气门执行机构28-30
• 2.5.3 电控液压驱动天然气喷射阀配气相位30-31
• 2.5.4 电子控制单元31
• 2.6 本章小结31-33
• 第三章 双燃料发动机电子控制系统硬件电路设计33-53
• 3.1 中央处理单元34-36
• 3.1.1 微处理器芯片34-35
• 3.1.2 中央处理单元抗干扰设计35-36
• 3.2 电子控制系统的传感器及信号处理电路36-44
• 3.2.1 进气压力、燃气压力采集37-38
• 3.2.2 进气温度、燃气温度采集38-39
• 3.2.3 排气温度测量采集39
• 3.2.4 液压压力采集39-40
• 3.2.5 调速器设定位置与油门执行位置采集40-41
• 3.2.6 发动机曲轴转速采集41-42
• 3.2.7 凸轮轴位置信号采集42-43
• 3.2.8 手柄位置信号采集43-44
• 3.2.9 电子节气门反馈信号采集44
• 3.3 电子控制系统的执行器及驱动输出电路44-49
• 3.3.1 电控液压驱动喷射阀的驱动控制45-46
• 3.3.2 电子节气门的驱动控制46-48
• 3.3.3 燃气压力调节阀的驱动控制48-49
• 3.3.4 燃气开关阀的驱动控制49
• 3.4 电源电路49-50
• 3.5 抗干扰设计50-52
• 3.5.1 消除干扰源干扰51
• 3.5.2 切断干扰传播路径51
• 3.5.3 提高抗干扰性能51-52
• 3.5.4 电源的抗干扰设计52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 双燃料发动机ECU控制策略53-67
• 4.1 双燃料发动机软件设计原则及功能要求53-54
• 4.2 模拟量采集处理模块54-55
• 4.3 脉冲量采集处理模块55-57
• 4.4 开关量采集处理模块57
• 4.5 发动机工况判别模块57-58
• 4.6 双燃料替代控制处理模块58-62
• 4.7 燃烧均匀性处理模块62-63
• 4.8 发动机燃气喷射正时MAP模块63-64
• 4.9 发动机故障工况的修正处理模块64
• 4.10 发动机故障诊断模块64-65
• 4.10.1 传感器故障诊断模块64-65
• 4.10.2 执行机构诊断模块65
• 4.11 输出驱动处理模块65-66
• 4.11.1 喷射输出驱动处理模块65-66
• 4.11.2 电子节气门输出驱动处理模块66
• 4.12 本章小结66-67
• 第五章 双燃料发动机的配机试验研究67-83
• 5.1 柴油替代率定义67
• 5.2 双燃料发动机测试试验台67-69
• 5.3 双燃料发动机缸内压力曲线分析69-72
• 5.4 双燃料发动机的循环变动72-79
• 5.4.1 特征参数的选定和样本容量的确定72-74
• 5.4.2 循环变动数据分析74-79
• 5.5 各缸工作不均匀性分析79-81
• 5.6 船用双燃料发动机使用经济性评价81-82
• 5.7 本章小结82-83
• 第六章 结论与展望83-85
• 参考文献85-87
• 致谢87-88
• 附件88

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