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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文双燃料汽车燃气喷射电控单元开发姓名：尹继辉申请学位级别：硕士专业：轮机工程指导教师：滕万庆20040501哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要随着能源紧缺和环境污染问题的日益突出，发动机电喷技术及清洁能源的研究备受关注。同时，由于我国是一个发展中国家，而燃气资源又很丰富。所以结合我国国情，在我国使用代用燃料的双燃料电喷汽车，具有重要的现实意义。燃气(主要指压缩天然气和液化石油气)汽车有着优良的排放和良好的经济性，其中液化石油气(L P G)应用最为广泛，大约占整个燃气市场的8 0。液化石油气作为一种清洁的车用发动机燃料，其应用受到各国的重视，国内外的许多研究机构都致力于车用
2、发动机燃用液化石油气的研究。本文在对液化石油气发动机的研究现状及发展趋势的基础上，提出了一个L P G 进气道多点顺序气态喷射及其实现方案。本文主要做了以下几方面的研究工作l _ 首先根据捷达汽车的结构特点和当前的燃气汽车的技术确定了本文将要开发的电控单元的结构。2 完成了硬件电路的开发和调试。其硬件电路包括汽油喷嘴信号、燃气压力信号、水温信号、氧传感器信号、点火信号和转速信号的采集：以及5 5 5定时器接成的多谐振荡器、单片机外围程序存储器的扩展和驱动电路的设计。同时，为了在做试验的时候，能实现对电控单元中的些控制参数进行及时和方便的修改，又设计了一套在线修改与存储系统。3 结合硬件电路完成
3、了软件的编制和调试。其包括将汽油喷嘴信号变换成燃气喷嘴信号程序和点火延时程序；在线修改与存储系统中的读串行存储器(2 4 c 6 4)程序和写串行存储器(2 4 c 6 4)程序。4 对自行开发的电控系统的部分功能进行了模拟实验。关键词：双燃料汽车；液化石油气；电控单元；发动机；燃气喷射A b s t r a c tA l o n gw i t hp r o b l e m so ft h el a c k i n go fe n e r g ya n dt h ep o l l u t i n ge n v i r o n m e n tb e c o m i n gi n c r e a
4、s i n g l yo u t s t a n d i n g，r e s e a r c h e so nt h ee n g i n eE F It e c h n i q u ea n dt h ec l e a ne n e r g ya r eh i g h l yc o n c e m e d A tt h es a m et i m e，b e c a u s eC h i n ai sad e v e l o p i n gc o u n t r yw i t hp l e n t i f u lg a s f l r e dr e s o u r c e s，c o m b
5、 i n i n gw i t ht h es t a t e so fO a rn a t i o n，t h ed u a l f u e la u t o m o b i l eu s i n gs u b s t i t u t ef u e lw i l lh a v et h ei m p o r t a u tr e a l i s t i cm e a n i n g G a s f i r e d(p r i m a r i l yt h ec o m p r e s s e dn a t u r a lg a sa n dt h el i q u e f i e dp e
6、t r o l e u mg a s)a u t o m o b i l eh a se x c e l l e n td i s c h a r g ea n df i n ee c o n o m y，t h e r e i n t ot h el i q u e f i e dp e t r o l e u mg a si sw i d e l yu s e da t8 0 o ft h ew h o l em a r k e t A sas o r to fc l e a nf u e lu s e di na u t o m o b i l ee n g i n e，i t sa p
7、 p lic a ti o ni sh i g h l yc o n s i d e r e db ye a c hc o u n t r y，a n dm a n yr e s e a r c hi n s t i t u t e sa r et a k i n gu pw i t ht h er e s e a r c h e so na u t o m o b i l ee n g i n eb u r n i n gt h el i q u e f i e dp e t r o l e u mg a s B a s i n go nL P Ge n g i n e Sr e s e a
8、 r c ha c t u a l i t ya n di t sd e v e l o p i n gt r e n d，t h i sp a p e rh a sp u tf o r w a r dap r o j e c tt h a taL P Ge n t e r i n gg a sw a ys p a y i n gw i t l li t sr e a l i z a t i o n T h ec h i e f l ys t u d y i n gc o n t e n t so ft h i sp a p e ra r et h ef o l l o w i n g：1 F
9、 i r s t l y，c o n f i r m i n gt h ec o m p o s e so ft h ee l e c t r i cc o n t r o lu n i tt ob ed e v e l o p i n gi nt h i sp a p e rb a s e do nt h es t r u c t u r eC h a r a c t e r i s t i co fJ e t t aa n dt h em o d e mg a s f i r e da u t o m o b i l et e c h n i q u e s 2 T h ed e v e
10、l o p i n ga n dd e b u g g i n go fh a r d w a r ec i r c u i th a sb e e nd o n e T h eh a r d w a r ec i r c u i ti n c l u d e st h es i g n a lg a t h e r i n go fg a s o l i n en o z z l e，g a s f i r e dp r e s s u r e，w a t e rt e m p e r a t u r ea n do x y g e ns e n s o r，m u l t i o s c
11、i l l a t o rc o n j u n c t e dw i t h5 5 5t i m e r,a n da l s ot h ed e s i g n i n go fe x t e n d i n ga n dd r i v i n gc i r c u i to fs i n g l e c h i pp e r i p h e r yp r o g r a mm e m o r y A to n et i m e，f o rt h ef a c i l i t yo fe x p e r i m e n t a t i o n，t h i sp a p e rh a sd
12、e s i g n e das e to f o n-l i n em o d i f y i n ga n ds t o r i n gs y s t e m 3 T h es o f t w a r eh a sb e e nw o r k e do u ta n dd e b u g g e dc o m b i n e dw i t ht h eh a r d w a r ec i r c u i t t h ep r o g r a m st r a n s f o r m i n gt h es i g n a lo fg a s o l i n en o z z l ei n t
13、 og a s f i r e dn o z z l ea n dr e a d i n g&w r i t i n gs e r i a lm e m o r yi nt h eo n-l i n em o d i l y i n ga n d哈尔滨工程大学硕士学位论文s t o r i n gs y s t e ma r ei n c l u d e d 4 n l es i m u l a t e de x p e r i m e n th a sb e e nd o n et ot h ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e md e v e l
14、o p e db ym y s e l f K e yw o r d s：D u a l-f u e la u t o m o b i l e；L i q u e f i e dp e t r o l e u mg a s；E l e c t r i cc o n t r o lu n i t；E n g i n e；g a s f i r e ds p a y i n g哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人
15、或集体已公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：E t 期：妒驴年；月；扣痒趣一i；。，一堕堑鎏三垄鲎圭：丝鎏兰；一。一；第1 章绪论1 1 背景在我国，与汽车工业相关的能源与环境问题比较突出。汽车每年约消耗我国汽油总产量的8 5，柴油总产量的2 0。而我国2 0 0 0 年原油进口达7 0 0 0万吨，及海湾战争对油价的影响，说明国内油品对国际市场具有较大的依赖性。所以发展代用燃料汽车，关系到国家能源结构调整和能源战略安全。汽车尾气排放是大气主要的污染源之一，世界各国为此加强了对汽车尾气污染的
16、治理。由于排放法规的要求，在过去的3 0 年间，汽车排放的一氧化碳(C O)、碳氢化合物(H C)、氮氧化合物(N O)，美国、日本单车均下降了9 0 以上。如美国联邦政府对轻型汽油车排气标准限值，1 9 7 1 年H c 为4 1g m i l e，而1 9 9 6 年为0 2 5 9 m i l e，下降了9 4；1 9 7 1 年c O 为3 4 9 m i l e，而1 9 9 6 年为3 4 9 m i l e，下降了9 0。9 0 年代以来，我国汽车保有量快速增长，到1 9 9 9 年底国内民用汽车保有量达到1 4 5 3 万辆。国内汽车在大中城市形成高密度的集中，成为大气的首要污
17、染源。如北京市目前机动车对大气污染的分担率C O 和N O。分别为7 8 和4 1，二环以内更是高达8 6 和7 2，非采暖期分担率则更高。对未来北京市机动车排放趋势的计算分析表明，如果不加以严格控制，到2 0 1 0 年，各种污染物排放量将成倍增长，大气质量进一步恶化“”。采用清洁排放的代用燃料，能够缓解严重的城市污染状况。在汽车工业的“十五”计划中明确提到，“积极推进代用燃料汽车的应用”。由于能源和环境的双重压力，特别是排放法规日益严格，代用燃料汽车技术得到迅速发展。燃气的应用主要是液化石油气，液化石油气(L i q u e f i e dP e t r o l e u mG a s，L
18、P G)以其经济性、燃料易于储运和低污染排放等优点而成为良好的代用燃料，并形成了巨大的燃气汽车市场。到1 9 9 7 年底，世界各国约有燃气汽车6 4 0 万辆，其中L P G 占8 2，C N G(天然压缩气)占1 7，其他种类为1“1。我国“九五”期间，在北京等1 2 个示范城市开展燃气汽车的开发与应用试点，截止到2 0 0 0 年底，示范城市的燃气汽车保有量己超过8 万辆“1。我国于2 0 0 1 年9 月1 目开始执行新的汽车排放标准，新标准的排放控制哈尔滨工程人学硕士学位论文水平相当于欧洲1 9 9 2 年实施的I 号排放法规的要求。目前基于汽化器的第一代燃气燃料供应系统尚不能满足欧
19、洲I 号排放标准”3，所以对这类燃料供应系统的发动机作进一步的研究己经失去了意义。我国可能于2 0 0 4 和2 0 0 8 年实施与欧I I、欧I I I 相当的排放标准，而目前国内以C N G 和L P G 为燃料的发动机还不易达到这个排放标准。所以气体燃料发动机清洁燃烧技术的研究非常重要和迫切。而对发动机本体结构的改造己难以实现更清洁的排放，所以对燃用L P G 的发动机需要采用电控技术优化控制燃烧过程，达到低污染排放、低燃料消耗率的目的。1 2 国内外燃气汽车技术发展及应用现状1 2 1 国外燃气汽车技术发展及应用现状1 9 2 1 年，第一辆液化石油气汽车在美国诞生。进入到2 0 世
20、纪3 0 年代，汽车已成为广泛使用的运输工具。在一些气体燃料储存、产量较大的国家中，为因地制宜利用气体燃料，节约液体燃料，开始发展液化石油气汽车和压缩天然气(C N G)汽车，例如俄罗斯、意大利等国。燃气汽车在全球范围受到普遍重视和开发应用是在8 0 年代。由于经济的高速发展，汽车保有量的迅速膨胀，造成了全球性石油危机和大气污染，引起了各国尤其是工业发达国家的高度重视，一些世界知名的汽车公司如福特、通用、丰田、日产、大众、菲亚特、沃尔沃等都加入了开发行列，进行了大量的研制工作，并已具备了较为成熟的技术，可以根据用户的需求生产单燃料和双燃料汽车m。根据气体燃料资源的情况，世界各国燃气汽车总的发展
21、趋势是从L P G 汽车开始，先从公用车辆如出租车、公共汽车、政府机关的汽车改起，再向其他燃料和车辆推广，私人车辆启动的最晚。各国政府为推广C N G 和L P G 汽车的使用，出台了一系列税收减免、金融资助和贷款等优惠鼓励政策，为燃气汽车的发展创造了有利条件。意大利现有运行汽车2 0 0 0 多万辆，其中就有约1 0 左右改装成L P G 或C N G 双燃料汽车；在日本的出租车中，L P G 车比例高达9 4，日本还在市区短途载重汽车、厢式汽车、垃圾车以及其他专用车上推广应用；在荷兰，很多人把剐买回来的宝哈尔滨工程大学硕士学位论文马、奔驰改装成双燃料汽车，荷兰还丌发了燃气汽车专用的催化器n
22、。据不完全统计，目前世界上约有3 0 多个国家在应用L P G 汽车，保有量约为5 2 5万辆，L P G 加气站约为2 3 万座，并且每年以5 的速度递增。世界主要国家L P G 和C N G 汽车数量及加气站数概略统计见表1 1。表1 1 世界主要国家L P G 汽车数量及加气站数国家意大利俄罗斯荷兰美国日本澳人利亚台计L P G 汽车(万辆)1 1 07 57 03 53 53 35 2 5加气站(座)1 9 0 01 0 0 02 0 0 03 3 0 02 0 0 02 4 5 02 3 0 0 0随着世界各国汽车排放法规的不断严格，液化石油气汽车对排放的控制技术也越来越成熟，经过几
23、十年的发展，总体来说，大体经过了三个阶段：第一阶段2 0 世纪7 0 年代时，L P G 技术常见于在原汽油车或柴油车基础上加装一套L P G 供气系统而成为双燃料汽车，主要是为了解决加气站不足的矛盾。L P G 供气系统一般由一个L P G 蒸发调压器、混合器、L P G 电磁截止阀、L P G 气瓶、过滤器和燃气转换开关等元件组成，技术要求低，是改装成L P G车的最简单的形式。与汽油车相比，有一定的排放改善效果，但动力损失大，且同样存在混合气各缸分配不均匀，空燃比调节精度差的缺点，其排放水平尚达不到欧洲l 号法规的限值。第二阶段随着世界各国对汽车排放的限制越来越严格，普通L P G 汽化
24、系统已很难满足排放上的要求。为此，出现了L P G 闭环电控供气技术，即在混合器前安装由步进电机控制的节流阀，在排气系统中安装氧传感器，根据反馈信号进行闭环 控制，可以比较准确地完成对L P G 进气量的计量，其控制精度高于第一代产品。这一代产品常匹配三元催化器，排放水平可达到欧洲l 号和欧洲2 号法规的限值，动力性也比第一代略有提高。目前第二代技术多采用双燃料形式m”。第三阶段L P G 汽车的第三代技术是将汽油喷射技术与L P G 供气系统相结合，形成由电控单元(E C U)控制的【。P G 喷射系统，E C U 根据发动机转速、负荷和排气中氧的含量等参数的变化，自动调整供气量，使得对发动
25、机空燃比的控制更加精确。安装三元催化器后，较同等水平的汽油机有害污染物排放下降1 0 2 0。这一代技术有多种形式(单点喷射、多点喷射、气态喷射。；一；鳖垄三垄奎鲨兰塑：一；一。；一；和液态喷射等)，且以单燃料汽车为主，排放性能可达到欧洲3 号、欧洲4号法规的限值，甚至达到美国加州超低排放标准，其动力性与汽油车和柴油车接近“1。天然气被公认为理想的清洁能源。天然气汽车车在降低污染方面比液化石油气汽车优势明显，但受到供气管网等条件的制约，灵活性较差，加气站建设初期投资较高，所以在实际发展过程中，液化石油气汽车仍占很大比例。目前全世界燃气汽车保有量中液化石油气汽车占7 6，天然气汽车只占2 4。天
26、然气汽车按点火方式可分为火花塞点火和柴油引燃两种形式，按天然气储存状态的不同又可分为压缩天然气(C N G)和液化天然气(L N G)两种燃料形式。天然气的供气技术与液化石油气汽车一样，大体经历了三个阶段：机械化油器式混合器技术、闭环电控供气技术和闲环多点电控喷射技术”。近几年来，国外天然气汽车技术发展较快，不仅在动力性和燃料经济性方面有显著提高，而且在排放性能方面己列入“绿色汽车”行列，技术已经比较成熟。最近同本本田汽车公司推出的C I V I C 系列天然气汽车的C O、N O x和H C 排放量比1 9 9 7 年美国联邦政府规定的标准低6 0 倍，比世界最严格的加州标准低1 0 倍，而
27、且仍保持良好的汽车使用性能：美国已实现电控缸内喷气技术，如西南研究院研制的H D D G E 重型天然气发动机以及C U M M I N S 的C 系列电控进气道单点唼气增压中冷天然气发动机。又如哥伦比亚大学底特律柴油公司(D D c)的D D E C 电控泵喷嘴改制成天然气柴油双燃料喷射的电控缸内喷气系统等。目前，天然气汽车在7 0 多个国家得到了推广应用，全世界保有量已达到1 0 4 万辆，共有2 7 7 2 座天然气加气站在运营之中，其中阿根廷发展最快。世界上主要国家C N G 汽车数量及加气站数见表1，2。表1 2 世界主要国家C N G 汽车数量及加气站数囝家阿根廷意大利俄罗斯美国新
28、西兰加拿大巴西合计C N G 汽车4 0 12 92 0 55 5 8 52 51 7 2 21 42 8 8(万辆)加气站(座)5 3 l2 8 41 8 71 1 0 21 9 01 2 03 92 7 7 2总体而言，世界上技术比较先进的燃气设备公司主要集中在意大利、美国和荷兰等一些发达国家，如意大利的L O V A T O、B R C、T A R T A R I N I、O V L 公司，美国的I M P C O 公司，荷兰的V I A L L E、A G 公司等。其中荷兰的V I A L L E 公司己能生产液态喷射L P G 装置。1 2 2 我国燃气汽车技术发展及应用现状我国在5
29、 0 年代末期由于石油极其短缺而应用了气体燃料做公共车辆的燃料，并由国家科委制定了“天然气综合利用规划”，在四川建立了天然气汽车试验站，并进行了压缩天然气汽车改装、试验工作，后来由于种种原因，该项工作没有继续开展下去。我国从8 0 年代中期重新开始了天然气汽车的研究开发和推广工作。各石油管理局相继在各浊田进行了汽车改装和应用工作，并取得了一定成果和经验。目前，吉林工业大学、天津大学、上海交通大学、中国汽车工业研究所等一些研究单位和上海大众、天津夏利等汽车制造厂商相继投入到这项工作中来。我国自“八五”以来，先后开展了甲醇燃料汽车以及压缩天然气、液化石油气汽车研究项目。1 9 9 5 年原国家科委
30、和福特公司共同签定了“福特中国代用燃料汽车发展计划”。计划的第一阶段进行的非常顺利，先后进行了F F V(可以使用任何比例的甲醇、汽油、混合燃料以及1 0 0 汽油的灵活燃料发动机汽车)在中国路况、油况下的研究：1 9 9 9 年，我国有关部门同福特公司就推进我国C N G、L P G 汽车的开发、推广应用和产业化工作签署了福特一中国代用燃料汽车的第二期合作计划。9 6、9 8 年底，两次组织了“国际电动汽车及代用燃料汽车技术交流、研讨会暨展览会”。这些国际合作交流与研究为我国确定重点发展何种类型的代用燃料汽车奠定了基础。虽然我国燃气汽车发展起步较晚，但是政府对燃气汽车的发展非常重视，1 9
31、9 8 年专门成立了国家燃气汽车工作协调领导小组及办公室，召开了专门会议就推进燃气汽车发展的各项工作进行了分工和落实，并在各地申报基础上初步选出1 2 个燃气汽车示范城市(北京、上海、重庆、海南(省)、西安、哈尔滨、乌鲁木齐、深圳、绵阳、天津、长春、广州)，制定上海大众、武汉神龙、一汽大众、天津夏利、重庆长安为五个燃气轿车生产基地，进行了代用燃料汽车的技术研究。1 9 9 9 年4 月，全国清洁汽车协调领导小组在北京召开了r 清洁汽车”工作会议，提出以公交车和出租车为重点，在适合改装燃气汽车的车辆上，积极推广应用高效低排放的燃气汽车，积极开发单一燃料燃气汽车，进一步降低排放。同时加快加气站等基
32、础设施建设，建立完善的服务体系，并提出国家将从燃料税收，价格，加气站建设用地等方面制定优惠政策，鼓励支持燃气汽车的发展。我国燃气汽车发展状况很不平衡，主要是受燃气供应的制约，如在广州、深圳、上海、北京等可以使用进口液化石油气的城市改装了L P G 汽车，而在四川、重庆、西安、北京等有天然气供应的城市则发展了C N G 汽车。据不完全统计，北京引进意大利、荷兰、澳大利亚、韩国和加拿大等五个国家的L P G 技术设备(绝大部分属于第一代技术)，已经改装使用液化石油气出租车2 2 万辆，公交车1 0 0 0 辆，使用天然气的公交车近6 0 0 辆，建设L P G 加气站近6 0 座，并计划将5 0
33、的出租车改为使用清洁燃料汽车；上海引进罚本三菱、意大利M T M 等公司的燃气设备，分阶段进行L P O 汽车改装，已经改装L P G 汽油双燃料汽车约3 力辆，建成加气站6 0 多座。到2 0 0 3 年，上海将完成“新三年环保行动”计划，届时改装L P G 双燃料汽车将达到4 万辆：重庆市则改装了C N G 汽车4 6 5 1 辆，全市已经建成并投入使用C N G 汽车加气站2 4 座，还有1 0 余座正在建设中，预计到2 0 0 2 年底，主城区的C N G 汽车加气站可达3 0 座，初步形成了主城区加气站网络。我国一些燃气汽车示范城市L P G 汽车数量及加气站数概略统计见表1 3。表
34、1 3 我国部分燃气汽车示范城市L P G 汽车数量及加气站数城市北京上海深圳广州长春哈尔滨全国总计L P G 汽车(辆)2 3 0 0 03 0 0 0 06 1 8 04 2 2 23 7 1 72 1 5 08 0 0 0 0加气站(座)6 06 01 68772 2 8我国对燃气汽车的开发起步较晚，技术还不成熟，目前L P G 双燃料汽车的改装绝大部分是在原车的基础上，引进国外燃气设备公司的L P G 第一代技术设备，改装车排放水平尚达不到欧洲1 号法规限值m m u”。而且由于我国缺乏改装经验，引进设备技术水平参差不齐，与我国现有车型整车匹配性能较差，未能充分发挥燃气汽车低排放的优势
35、，有些改装车因匹配不良，排放水平没有提高甚至会有所下降”，如捷达C A 7 1 6 0 G L X L P G 两用燃料轿车、夏币U T J 7 1 0 0 U N液化石油气轿车、神龙一富康D C 7 1 4 0 R C 型L P G 双燃料轿车就已经与化油器类轿车一起被国家环保总局勒令停止生产。近年来，我国对汽车排放的限制日益严格，全国从2 0 0 0 年1 月1 日起，对定型汽车和新生产汽车实施技术内容相当于欧1 的排放标准，到2 0 0 5 年将执行欧洲2 号标准。北京市为举办“绿色奥运”，则将在2 0 0 3 年1 月1 日起率先对上述两类汽车实施欧2 标准，并计划于2 0 0 5 年
36、开始实施欧3 标准；上海市紧随其后，也己向有关部门提交了提前实施欧2 标准的申请报告。为适应日益严格的排放法规的需要，我国的L P G 和C N G 双燃料汽车改装技术正在向第二代和第三代过渡，并积极开展单燃料汽车的研制开发工作。采用意大利0 M V L 公司第二代技术的C N G 和L P G 双燃料夏利轿车排放指标已经达到欧洲2 号标准，且具备一定的生产能力；电控喷射C N G 和L P G 新一代双燃料夏利轿车正在研制中。同样采用意大利0 M V L 公司第二代技术，在1 3 6 L富康电喷车上开发的L P G 汽油双燃料汽车上，燃用汽油和L P G 的尾气排放都能稳定地达到欧洲1 号排
37、放标准的限值。目前，我国应用这两代技术进行双燃料汽车改装，主要技术装置基本上靠从国外引进，不仅价格高，而且不易与我国的现有车型优化匹配，致使改装后的双燃料汽车使用性能和排放性能受到一定的影响。据资料介绍，国内一些科研单位与生产厂家和企业合作，F 在积极研制开发燃气第二代和第三代技术的电控系统1，其中一些已经进入试验阶段，如上海交大研制开发的L P G 汽油双燃料汽车双达标低排放控制系统m，但是技术成熟能够应用的还未见正式报道。因此，自行研制开发L P G 闭环电控供气系统和电喷系统，使该项技术国产化并不断完善，同时降低双燃料汽车的改造成本，缩短我国与发达国家燃气汽车技术水平的差距。1 3 进行
38、燃气汽车研究的意义目前在技术上比较成熟，并己投入使用的汽车用代用燃料主要有压缩天然气(C N G)、液化石油气(L P G)及醇类燃料。近年来，L P G 发动机的低污染排放性能引起了各国政府和汽鼍!工业界的广泛关注。由于L P G 相对于天然气而言容易存储和携带，且使用技术相对简单，因此在世界上现有气体燃料汽车中L P G 汽车占有8 0 以上的比例。所以本文以L P G 为例来说明气体燃料的哈尔滨工程大学硕士学位论文性能与开发研究情况。为合理利用能源减少汽车排放污染、环境保护，汽车代用燃料的研究和应用日益受到重视。液化石油气具有价格便宜、辛烷值高和使用安全等优点，多年的研究表明采用L P
39、G 作为汽车燃料，汽车的C O 及未燃H C 排放大幅度下降，因而在强调能源多元化及环保的今天液化石油气汽车备受关注。只是由于它具有以下诸多优点，更多受到世界上许多国家的青睐。1 L P G 汽车排放性能大大优于汽油车，其C O 可减少9 0，H C 减少5 0，N O x 减少3 0，C 0 2 减少1 0 以上，噪声还可降低4 0，且无苯、铅等粉尘污染，在环保呼声日益高涨的今天非常重要。2 L P G 辛烷值高达1 0 3 1 0 5，比优质汽油高1 0 2 0，抗爆性能好，可用于高压缩比的发动机，这对提高发动机的热效率和燃油经济性有明显的优势。因此，在相同的行使里程的条件下，燃用L P
40、G 所消耗的燃料以质量计，比燃用汽油要少，因此汽车的燃料运行费用低，对不同车型，燃料运行费用的降低不等，一般降低1 0 以上，且L P G 汽车发动机运转平稳，低速性能比汽油车好，尤其适宜于车辆、人口稠密的大城市。3 L P G 系统设有安全保护装置，不易泄漏。L P G 的密度是O 5 4，即使稍有泄漏，在极短的时间内空气中的含量也很难到达1 8-9 6 的爆炸极限；且L P G 的燃点为4 5 8-4 8 l，比汽油燃点2 1 0 3 0 0。C 高出许多，并且L P G火焰传播温度低，诱导期长，即使因意外事故碰撞，也不会轻易爆炸燃烧。因此，使用L P G 更安全可靠。尽管人类研究气体发动
41、机已有漫长的历史，其发展水平却相对较低。在其早期发展阶段，由于汽油机和柴油机的迅速普及和发展，除了天然气资源丰富的美国以外，世界范围内几乎都不很重视气体发动机的开发研究。直到1 9 7 3 年第一次石油危机到来之后爿唤起了人们对过分依赖石油的柴油机和汽油机前途的担忧，在人们意识到石油储量将随着开采时间的推移而同趋枯竭。自此形势下，开发高效利用新能源成为世界性的重点研究课题，其中利用气体发动机燃烧具有丰富资源的气体燃料是一种被人们普遍看好的有效途径。进入八十年代以后，随着工业对大气环境污染的进一步加剧，导致全球性的生态环境保护意识日益增强，也迫使内燃机工作人员开始加强具有清洁燃烧特性的气体发动机
42、的研究工作。如各工业发达国家先后提出了发展气体发动机汽车的规划，采用的气体燃料主要是压缩天然气(C N G)、液化天然气(L N G)、液化石油气(L P G)等，并要求逐年提高气体燃料在汽车燃料中的比例，作为解决能源和环保问题的重要决策。随着气体燃料汽车的发展，气体发动机在汽车中的应用将会越来越普及。然而L P G 的燃烧特性与汽油相比有诸多的不同，他以气体的形态进入气缸，着火温度高，燃烧速度慢，况且国内基本上是汽油L P G 双燃料汽车(同一个发动机很难同时满足两种燃料的燃烧要求)，因此燃用L P G 给发动机带来了一些特殊问题，在使用过程中产生的一个最明显的问题就是，燃用L P G 后汽
43、车的动力性下降。目前国内外对此并无良好的对策。以日本最早开发液化石油气汽车的丰田公司为例，据其1 9 9 8 年的介绍，将皇冠中的C o m f o r t 型轿车改为单燃料的液化石油气汽车后，最大功率有9 7 k W 减少为7 9 k W，动力性下降了2 2 8 左右，原因在于为保证低速大扭矩与燃用汽油时基本持平，不得以只得牺牲高速动力性。德国大众汽车公司曾将不同车型的1 2 辆奥迪轿车由汽油车改装成液化石油气汽车，与燃用汽油时相比改装后的发动机动力性能平均下降了6 6，动力性、经济性和排放性能的综合对比见表1 4(参与对比的车辆均未安装三元催化器)。表I 4 德国大众汽车公司关于汽油发动机
44、改装成L P G 发动机的实验结果比油耗排放功率(以体积C oH CN O x计)6 6+2 2 7 6 4 0+1 7 我国第一汽车制造厂在原C A 6 1 0 2 汽油机的基础上，生产出了C A 6 1 0 2汽油L P G 双燃料发动机，其性能见表1 5。为了燃用L P G，一汽扩大了进气管截面并提高了压缩比，发动机的压缩比有6 9 分别提高到7 2、7 4、7 6 后，发动机燃用L P G 时的最大功率和最大扭矩与压缩比为6 9 时相比，有了较大幅度的提高，最大功率由压缩比为6 9 时的9 1 k W，增大到压缩比7 6 时的9 7 k W增幅达6 6；但与同样压缩比下燃用汽油时相比，
45、最大功率总是低8 k W 左9哈尔滨工程大学硕士学位论文右，最大扭矩则分别降低了3 0 N m 和1 7 N m。上海大众汽车公司将桑塔纳发动机改装成双燃料汽车，并与多种L P G 供气系统进行了匹配试验。即使与较好的国外进口L P G 供气套件相配，燃用L P G 与燃用汽油相比最大扭矩仍下降6 5 左右，最大功率下降1 4 左右。与一些性能较差的L P G 套件相配，最大扭矩甚至下降2 0，最大功率下降2 8。这组数据也表明了L P G 供气套件与发动机良好配合的重要性。表1,5C A 6 1 0 2 双燃料发动机性能指标压缩比6 9727 6燃料汽油L P G汽油L P G汽油L P G
46、额定功率(k w)3 0 0 0 r p m9 99 11 0 19 31 0 59 7最大扭矩(N，m)1 2 8 0 r p m3 7 33 4 33 7 53 4 53 7 93 6 2最低比油耗(g 傲W h)3 0 62 8 33 0 02 8 22 9 52 8 0哈尔滨推广液化石油气汽车近几年，公交公司自己改装了一部分车辆的大客车，驾驶员反映改装液化石油气后，汽车的加速及爬坡能力均有所下降，因而不太愿意使用。综上可见，目前关于L P G 车辆的动力性问题在世界范围内仍未得到解决。液化石油气汽车动力性下降的问题已成为推广液化石油气汽车使用的一个障碍。液化石油气汽车还有问题尚待我们解
47、决，进行液化石油气发动机的研究意义很大。1 4 本文的主要工作本文针对自行开发的E C U 电控单元功能主要做了以下工作：1 本文从分析当代的燃气喷射技术入手，结合捷达系列轿车的结构特点，确定了电控L P G 多点顺序进气道气态喷射的改造方案。该系统具有结构简单的优点。2 完成了硬件电路的开发和调试。其硬件电路包括汽油喷嘴信号、燃气1 0哈尔滨工程大学硕士学位论文压力信号、水温信号、氧传感器信号等信号的采集；以及5 5 5 定时器接成的多谐振荡器、单片机外围程序存储器的扩展和驱动电路的设计。同时，为了实现在做试验时，能及时和方便地修改电控单元中的一些控制参数，还设计了一套在线修改与存储系统。3
48、 结合硬件电路完成了软件的编制和调试。其包括将汽油喷嘴信号变换成燃气喷嘴信号程序和点火延时程序：在线修改与存储系统中的读串行存储器(2 4 c 6 4)程序和写串行存储器(2 4 c 6 4)程序。4 对自行开发的电控系统中的部分功能进行了模拟实验。；一；一；堕：垦塞王耋查茎堡圭兰丝奎。；，；第2 章系统方案设计在发展和应用燃气汽车的过程中，不同的研究阶段时期，开发了多种燃料喷射的供应系统，并对以L P G 为燃料的发动机作了比较详尽的研究。主要有电控L P G 进气道气态喷射、液态喷射和缸内直接喷射。其中以缸内直接喷射系统最为复杂，国内外对这方面研究还尚少，本文将不对其作叙述。本文只对前两种
49、喷射系统作简要介绍，而主要研究电控L P G 进气道气念喷射。气体燃料的供给方式，它在很大程度上影响发动机的动力性、经济性、安全可靠性以及排放性能，本系统结合捷达汽车的结构特点采用缸外进气阀处喷射供气系统。由于L P G 本身的物化性质与汽油相比比较稳定，且动力性下降，所以在汽车改装时，采用两次点火，第一次点火提前角与燃用汽油时相比有所提前。在比较几种不同的电喷控制系统的基础上，综合考虑到供气和点火两方面的因素，确定了多点顺序喷射控制系统的改装方案。2 1L P G 燃料供应系统概述2 1 1 进气道液态喷射燃料供应系统有关L P G 液态喷射I f l 前国内除了浙江大学有相关的课题组发表了
50、少量的相关论文外“，未检索到相关研究论文；国外有少量这方面的研究论文”，有文献介绍荷兰V I A L L E 公司己投产了液态喷射系统啪1。采用液态喷射在技术上有一些困难。要保证L P G 在燃料系统的输运中不出现汽化，需要通过增压来达到更高的喷射压力。L P G 液态喷射的最困难之处在于保持燃料的液态，因为L P G 很容易汽化。特别在喷嘴附近汽化会带来很不利的后果，如果在发动机运转前出现汽化，由于燃气过稀使得发动机起动困难，若在运行中汽化会使发动机熄火导致运行不稳定甚至停机。在运行过程中一方面是喷嘴的线圈发热使其温度上升，另一方面是L P B 汽化会吸收大量的热使喷嘴体快速冷却。所以在运行