双燃料汽车燃气喷射电控单元开发毕业论文.doc
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1、本科生毕业论文题 目:双燃料汽车燃气喷射电控单元开发学生姓名: 专 业: 汽车电子控制技术 班 级: 07级电控一班 指导教师: 2011年1月摘 要 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LPG进气道多点顺序气态喷射及其方案。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。.完成了硬件电路的开发。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555定时器接成的多
2、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。摘要内容按宋体小4号字排版,1.5倍行距,首行缩进2字符。摘要内容第一段段前空一行。关键词:双燃料汽车 液化石油气 电控单元 发动机 燃气喷射 目 录第一章 绪论11.1 背景11.2 国外燃气汽车技术发展及应用现状11.3 我燃气汽车技术展应用现状31.4 进行燃气汽车研究的意义3第二章 系统方案设计42.1 进气道液态喷射燃料供应系统42.2 LPG气体喷射燃料供应系统42.3 开环控制系统42.4 闭环控制系统52.5 燃气喷射系统方案62.6 点火提前角方案设计82.7 在线修改与存储参数系统的方案设计92.8 燃气系统在汽车上的布
3、置92.9 燃气系统主要部件简介9第三章 系统硬件电路设计123.1 电子控制系统的设计123.2 控制单元程序存储器扩展133.3 系统辅助电路143.4 信号处理电路设计153.5 汽油喷射信号变换153.6 555定时器接成的多谐振荡器173.7 LPG压力传感器183.8 氧传感器193.9 冷却水温传感器22结 束 语23参考文献24致 谢25第一章 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85%,柴油总产量的20%。而我国2000年原油进口达7000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发展代用燃料
4、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的治理。由于排放法规的要求,在过去的30年间,汽车排放的一氧化碳氧物,美国、日本单车均下降了90%以上。如美国联邦政府对轻型汽油车排气标准限值,1971年HC为4.1g/mile,而1996年为0.259/mile,下降了94%;1971年CO为349/mile,而1996年为3.49/mile,下降了90%。90 年代以来,我国汽车保有量快速增长,到1999年底国内民用汽车保有量达到1453万辆国内汽车在大中城市形成高密度的集中,成为大气的首要污染源。如北京市目前对未来北京市机动车
5、排放趋势的计算分析表明,用清洁排放的代用料能够缓解严重的城市污染状况。1.2 国外燃气汽车技术发展及应用现状 各国政府为推广CNG和LPG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。在荷兰,很多人把刚买回来的宝马、奔驰改装成双燃料汽车,荷兰还开发了燃气汽车专用的催化器。据不完全统汁,目前世界上约有30多个国家在应用LPG汽车,保有量约为525万辆,LPG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LPG和CNG汽车数量及加气站数概略统计见表1.1。 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
6、,经过几十年的发展,总体来说,大体经过了三个阶段: 第一阶段20世纪70年代时,LPG供气系统一般由一个LpG蒸发调压器、混合器、LPG电磁截止阀、LPG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LPG车的最简单的形式。 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LPG汽化系统已很难满足排放上的要求。目前第二代技术多采用双燃料形式。 第三阶段LPG汽车的第三代技术是将汽油喷射技术与LPG供气系统相结合,形成由电控单元(ECU)控制的LPG喷射系统,ECU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,使得对发动机空燃比的控制更加精确。 目前,天然气汽
7、车在70多个国家得到了推广应用,全世界保有量已达到104万辆,共有2772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CNG汽车数量及加气站数见表1.2。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。1.3 我燃气汽车技术展应用现状 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LPG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1000辆,使用天然气的公交车近600辆,并计划将50%的出租车改为使用清洁燃料汽车;上海引进日本三菱、意大利MTM的燃气设备,进行LPG汽车改装,已经
8、改装LPG/汽油双燃料汽车约3万辆,建成加气站60多座。我国一些燃气汽车示范城市LPG汽车数量及加气站数概略统计见表1.31.4 进行燃气汽车研究的意义 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。能源多元化及环保的今天液化石油气汽车备受关注。只是由于它具有较多优点,更多受到世界上许多国家的青睐。第二章 系统方案设计2.1 进气道液态喷射燃料供应系统 采用液态喷射在技术上有一些困难,要保证LPG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。LPG液态喷射的最困难之处于保持燃料的液态,因为L咫很容易汽化。特别在喷嘴附近汽化会带来很不利的后果,
9、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。采用循环流动的方式,促使汽化后气态的LPG回流到燃料供应罐中。当然电控液态LPG喷射方式与混合器供气方式和燃用汽油相比,在尾气的污染排放上也具有明显的优势,其精确的空燃比控制,使HC的排放量显著下降。2.2 LPG气体喷射燃料供应系统电控LPG进气道气态喷射相对于电控液态喷射和电控缸内直接喷射,具有结构简单,技术比较成熟的优点。就电控LPG进气道气态喷射技术的控制方式而言,可以分为开环控制系统和闭环控制系统,下面就这两种控制方式举两个典型结构说明。2.3 开环控制系统 图2.1是原化
10、油器式燃气供给系统发动机的车辆改装为开环控制的LPG汽车的燃料供给系统的原理方框图。表明LPG气路和汽油油路在化油器之前是两个并行的燃料供给系统。 在LPG气路系统中,充气站将液化石油气通过充气阀充入充气瓶。减压调节器和混合器的型号应与发动机相匹配,根据发动机的各种不同工况产生不同的真空度,并使液化石油气与空气均匀混合,满足发动机不同工况的使用要求。在汽油油路中安装了一个汽油电磁阀,其余部件均保留不变。当使用汽油作燃料时,司机将油气转换开关扳到“油”的位置,此时液化石油气电磁阀关闭,汽油电磁阀打开,汽油通过汽油电磁阀进入化油器,并吸入气缸燃烧。汽油电磁阀关闭,液化石油气电磁阀打开,液化石油气通
11、过高压截止阀、减压调节器和混合器进入化油器,随空气滤清器来的空气一起吸入气缸混合燃烧。2.4 闭环控制系统 闭环控制两用燃料供给系统的工作原理方框图见图2.2。 图2.2表明,闭环控制的LPG气路和汽油油路在进气歧管之前仍然是两个并行的燃料供给系统。这与图2.1所述的原理相同,但由于采用了燃气闭环控制,油/气转换由控制系统根据发动机工况自动转换,从用油转到用气的延时过程,也一并由ECU自动控制,因此其油气转换开关只设了两个档位。由于采用了闭环控制,又附加了元件LPG传感器、真空稳压器、电控调节阀形成了对燃气空燃比的闭环随动系统。 目前气体燃料供给形式有两大类:缸外供气方式和缸内供气方式,前者主
12、要包括进气道混合器预混合供气和缸外进气阀处喷射供气;后者主要包括缸内高压喷射供气和低压喷射供气。LPG喷射系统的计算机管理系统,是LPG电控单元直接采集各种传感器信号,系统主要部件包括:减压调节器、燃气分配器、喷嘴和电控单元等。2.5 燃气喷射系统方案 捷达系列轿车配装EAll3型1.6升、四缸、20气门燃油喷射式发动机,德国博世(BOSCH)公司设计Motronic3.8.2闭环控制多点燃油顺序喷射系统如图2.3所示。 发动机工作时,燃油适时喷入进气门附近的进气歧管,空气与燃油在进气门附近形成燃油混合气,能够保证各缸得到混合均匀的混合气。该它的燃油供给系统主要由汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器
13、、油压调节器、燃油分配管及燃油器组成。根据捷达汽车的多点燃油顺序喷射结构确定了采用缸外进气阀处多点顺序喷射控制系统的改装方案。系统如图2.4所示,主要由调压蒸发器、气体喷射器(喷嘴)、各种传感器和电控单元(ECU)组成,闭环系统加氧传感器和三元催化转换器(非必需,图中未画出)。供气系统的基本原理是:LPG在调压蒸发器中减压、吸热、汽化,经气体喷射器进入进气道(进气道起到混合器的作用),与空气混合后进入发动机。开发的LPG电控单元相当于一个翻译器,它的原理图如图2.5所示,它直接采集原车汽油喷嘴的信号并将其转化为LPG的喷射信号,直接控制喷嘴开启时间进行进气量的调节,保证混合气的浓度在理论空燃比
14、附近,使发动机具有良好的综合性能。另外,电控单元也采集氧传感器信号、节气门传感器信号、液化石油气压力信号等,以实现对排放、冷启动的控制。2.6 点火提前角方案设计 在燃用LPG时,若不改变原发动机的点火提前角,那么使用液化石油气时就会出现燃烧始点滞后,气缸压力升高率低,排温升高,在处理点火提前的问题上采用了与燃气喷射一样的思想:采集原车的点火信号,然后标定点火延时的基准,将上一次的点火延时到下一次点火之前点火。既不因为点火的整体滞后造成第一次点火丢失,又能实现多次连续点火,也就是原点火信号继续存在,但根据原汽油机点火信号,将它进行翻译,然后由ECU对其进行延时处理,这样在下一次的汽油机点火信号
15、到来之前,燃气电控单元输出一个点火信号给点火系统,这个点火信号提前下一次的汽油机点火信号。其原理示意图如图2.6所示。图2.6 ECU控制的点火系统结构框图2.7 在线修改与存储参数系统的方案设计本系统采用PC机作为上位机控制通信过程,单片机作为下位机。上位微机完成数据显示和发送修改参数,下位单片机完成参数的发送和接收,并将寻优好的参数写入串行EEPROM。2.8 燃气系统在汽车上的布置 液化石油气应用于汽车的关键在于加装一套车用液化石油气供气系统,该系统主要包括液化石油气储气瓶、蒸发调压器、燃气喷嘴等。为防止阀门等附件处的泄漏保证安全,可采用两种方式来保护钢瓶,即用整体式保护壳将钢瓶全部罩住
16、或用半体式保护壳将钢瓶部分罩住。为了将偶尔泄漏的液化石油气排出车外,还应设有排出管道。2.9 燃气系统主要部件简介 以下为原车为喷射系统的汽车改装成燃气汽车装置的功能介绍: 1.液化石油气储气瓶 储气钢瓶的工作压力一般为1.6MPa,上有多功能阀,它是一个机械部件,有阀体、密封阀门和弹簧等组成,它完成以下功能1加气,带有自动加气至85%总容量功能,防止发生损坏;2液位指示;3为发动机完成液化石油气抽取;4过流阀,如果管路爆裂,流出量剧增时,完成防止液化石油气溢出功能。 2.滤清器由于液化石油气中含有多种杂质,故在储气瓶和电磁阀之间设有滤清器以滤掉杂质,保证电磁阀的功能和调节器的减压、调压功能不
17、下降。3.液化石油气电磁阀电磁阀装在滤清器和调压器之间,靠电磁阀的动作保证发动机运转的燃料给。当电流中断时,由于弹簧力和燃料压力的双重作用,于是燃料的供给被切断。 4.蒸发调压器 蒸发调压器亦称汽化器、减压器、蒸发器或转换器。其作用是将来自气瓶的液态液化石油气减压,使其汽化并保持一定的压力供给燃气喷嘴。液化石油气被发动机冷却水加热后蒸发汽化,再经减压后供发动机燃烧做功。图2.7是其结构原理图。 从液化石油气气瓶中流出液态石油气在蒸发调压器中汽化,并经两级减压供给燃气喷嘴,液态石油气汽化的热量来自于发动机冷却水,供给燃气喷嘴的燃料一般维持在0.3MPa左右,为了使发动机能够稳定工作,在一次压膜片
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