CNG/汽油两用燃料汽车的改装设计

论文摘要

随着汽车工业的快速发展以及汽车保有量的不断增加,汽车工业在给社会带来重大变革的同时,也带来了能源危机、大气污染等严重问题。发展代用燃料汽车已经成为节能与环保的有效途径之一。CNG是清洁燃料,在发动机应用中相对于汽油燃料具有排放性好和经济性高的优势。而且我国的天然气储量巨大。在汽车中应用CNG燃料,可以充分利用现有的资源,减轻汽车的尾气排放并提高车辆运营的经济性。限于我国汽车工业的发展,CNG燃料的应用研究尚处于起步阶段,专用的CNG燃料发动机尚不多见,CNG加气站等配套设施也不完善。因此借助汽油机进行CNG燃料的应用研究,开发CNG和汽油两用燃料的发动机系统具有重大现实意义。本文进行了大量的工作,主要工作如下:首先分析了CNG和汽油燃料在应用特性上的差别以及CNG/汽油两用燃料汽车的优点,提出了基于捷达ATK发动机的两用燃料发动机系统实现方案。介绍了两用燃料发动机系统中重要的传感器并分析了其信号特性,提出了各个信号的调理方式和处理逻辑,并以此设计了硬件的接口电路;根据CNG和汽油喷射阀的特性,设计了相关的驱动电路,实现了CNG和汽油喷射阀的可靠驱动,并重点介绍了点火控制系统和转换开关控制系统。论文针对采用电控多点顺序喷射系统的CNG/汽油两用燃料发动机,根据天然气辛烷值高以及火焰传播速度慢的特点,采用增大点火提前角的方法来提高发动机的动力性能;搭建了试验平台对不同工况下点火提前角的实施进行了试验;通过试验数据的对比分析,以排放最低为优化目标确定了怠速工况下的点火提前角调整方案,以输出转矩最大为优化目标确定了稳态工况下的点火提前角调整方案;最后通过排放数据的对比分析得出,两用燃料发动机使用天然气时,排放物中的CO受点火提前角影响不明显,HC、NOx受点火提前角影响明显,点火提前角的调整恰当会大大降低HC、NOx浓度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 天然气汽车的特性及相关技术现状
• 1.2.1 天然气汽车的主要性能指标
• 1.2.2 天然气汽车相关技术现状
• 1.3 天然气汽车的安全性
• 1.4 国内外燃气技术发展及用现状
• 1.4.1 国外燃气技术发展及应用现状
• 1.4.2 我国燃气技术发展及应用现状
• 1.5 进行天然气燃气汽车改装研究的意义
• 1.6 本文的主要工作
• 2 两用燃料汽车电控系统的总体设计
• 2.1 两用燃料发动机系统设计要求
• 2.2 CNG和汽油特性对比
• 2.3 天然气汽车的发动机系统分析
• 2.4 两用燃料汽车发动机系统实现的关键技术
• 2.5 两用燃料发动机空燃比控制
• 2.5.1 基本喷油脉宽的确定
• 2.5.2 宽域空燃比传感器
• 2.6 模拟器
• 2.7 两用燃料汽车控制系统的改装
• 2.7.1 两用燃料汽车控制系统的改装方案
• 2.7.2 两用燃料汽车燃气控制原理
• 2.7.3 两用燃料汽车燃气部件的主要简介
• 3 两用燃料汽车系统的硬件电路设计
• 3.1 ECU处理芯片的选择
• 3.1.1 MC9S12DP256的结构
• 3.1.2 MC9S12DP256的功能特点
• 3.2 基于微控制器的最小系统
• 3.3 基于MC9S12DP256的电子控制系统
• 3.3.1 硬件系统
• 3.3.2 点火系统控制
• 3.3.3 转换开关系统控制
• 3.4 传感器信号调理电路
• 3.4.1 爆震传感器信号调理电路
• 3.4.2 温度信号调理电路
• 3.4.3 氧传感器和空气流量传感器信号调理电路
• 3.4.4 汽油喷射阀驱动电路
• 3.4.5 CNG喷射阀驱动电路
• 3.5 抗干扰系统设计
• 3.5.1 干扰系统的主要来源
• 3.5.2 硬件抗干扰系统设计
• 4 CNG/汽油两用燃料汽车的软件设计
• 4.1 系统整体模型的控制设计
• 4.2 燃料转换控制子程序
• 5 试验平台的构建与检测
• 5.1 怠速工况下增大点火提前角的测定
• 5.2 稳态工况下增大点火提前角的测定
• 5.2.1 25%负荷下增加点火提前角的测定
• 5.2.2 50%负荷下增加点火提前角的测定
• 5.2.3 75%负荷下增加点火提前角的测定
• 5.3 点火提前角对CNG/汽油汽车发动机排放特性的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本文结论
• 6.2 本文创新点
• 6.3 本文的研究展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 作者简历
• 致谢
• 附录