（動力機械及工程專業(yè)論文）進氣加氫柴油機實驗系統(tǒng)的開發(fā)及應用研究.pdf

中文摘要 中文摘要 面對環(huán)境問題和能源問題的雙重壓力 新能源在內(nèi)燃機發(fā)展道路上的重要作用 日漸凸顯 氫能作為新能源中較為有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N也受到廣泛重視 然而 在 一定時期內(nèi)傳統(tǒng)發(fā)動機仍將在內(nèi)燃機領(lǐng)域占據(jù)主導地位 因此將傳統(tǒng)內(nèi)燃機與新 能源結(jié)合起來的雙燃料發(fā)動機在這一新舊能源的過渡時期很有研究價值 所以 本論文以進氣加氫柴油機為研究對象 在對進氣加氫柴油機性能進行 分析的基礎(chǔ)上 開發(fā)了一套電控氫燃料供給系統(tǒng) 系統(tǒng)以a t m e l 公司生產(chǎn)的 a t m e g a 3 2 單片機為控制核心 利用高速電磁開關(guān)閥作為執(zhí)行元件 采取合理的 控制策略來實現(xiàn)氫氣噴射時間的精確控制 并使用f l u e n t 軟件對噴氫嘴的安裝 方式進行了分析 得出合適的安裝方案 同時本文利用l a b v i e w 軟件平臺開發(fā)了一套進氣加氫柴油機的數(shù)據(jù)采集和 分析系統(tǒng) 該系統(tǒng)可以實時采集試驗系統(tǒng)中各參數(shù) 如 缸壓 上止點位置等 將采集的數(shù)據(jù)進行處理得到迸氣加氫柴油機的示功圖 并計算出一些重要的發(fā)動 機燃燒參數(shù) 如 最高壓力點對應的曲軸轉(zhuǎn)角 最大壓力升高率對應的曲軸轉(zhuǎn)角 等 利用l a b v i e w 開發(fā)的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)靈活方便 測試精度較高 界面 友好 用戶操作方便 充分體現(xiàn)了虛擬儀器的特點 最后 本文就開發(fā)出來的電控系統(tǒng)對高速噴氫閥進行了標定實驗 驗證了電 控系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可行性 同時 進行了測量系統(tǒng)的實驗 將測量系統(tǒng)采集分析 的數(shù)據(jù)進行進一步分析比較 得較為合理的分析結(jié)果 驗證了測量系統(tǒng)的可行 性 關(guān)鍵詞 新能源 氫燃料 進氣加氫柴油機 測控系統(tǒng) 分類號 a bs t r a c t a b s t r a c t a st h ed u a lp r e s s u r eo ft h ee n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sa n dt h ee n e r g yi s s u e n e w e n e r g ys o u r c e si sp l a y i n gai n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l ei nt h ed e v e l o p m e n to ft h ee n g i n e h y d r o g e na san e we n e r g yi nad e v e l o p m e n tp o t e n t i a lh a sg o tp e o p l e se x t e n s i v e a t t e n t i o n i nac e r t a i np e r i o do ft i m et h et r a d i t i o n a le n g i n ew i l lr e m a i na c c o u n tf o rt h e d o m i n a n tp o s i t i o no fi n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n e s s ot h er e s e a r c ho nt h ed u a l f u e l e n g i n ew h i c hc o m b i n et h et r a d i t i o n a li n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n ew i t ht h en e we n e r g yi s v a l u e i nt h i s p a p e r t h es u b j e c ti n v e s t i g a t e d i st h e m i x i n gf u e l h y d r o g e n c o m b u s t i o no nd i e s e le n g i n e b a s eo nt h er e s e a r c ho nt h ee n g i n e t h ep a p e r p r o v i d e da l le l e c t r o n i cc o n t r o lh y d r o g e ns u p p l ys y s t e m t h ea t m e g a 3 2s i n g l e c h i p m i c r o p r o c e s s o rw a s u s e da st h ek e r n e lo fe l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t t h eh i g h s p e e dd i g i t a l s o l e n o i dv a l v ea st h ea c t u a t o r t h ep a p e ra l s ou s e st h ec f ds o f t w a r et or e a c ho nt h ea d j u s t m e n to ft h ev a l v e t h e p a p e ru s et h es o f t w a r el a b v i e w t od e v e l o p e dan e w s t y l em e a s u r es y s t e m t h em e a s u r e s y s t e mc a l la c q u i r et h ei n d i c a t o rd i a g r a mo f t h em i x i n gf u e l h y d r o g e nc o m b u s t i o n o nd i e s e le n g i n e a n da n a l y z e do u tas e r i e so fi m p o r t a n tp h y s i c a lp a r a m e t e r ss u c ha s m a x i m a lp r e s s u r ew i t hc o r r e s p o n d i n gc r a n ka n g l e m a x i m a lr a t eo fp r e s s u r er i s ea n d d r o pw i t hc o r r e s p o n d i n gc r a n ka n g l ea n ds oo n t h em e a s u r i n gs y s t e mh a sp l e n t yo f m e r i t s s u c ha sh i g h p r e c i s i o n s t a b l ep e r f o r m a n c e s t r o n ga n t i d i s t u r ba b i l i t ya n d f r i e n d l yi n t e r f a c e a tl a s tw eu s et h ee l e c t r o n i cc o n t r o lh y d r o g e ns u p p l ys y s t e mt o s c a l i n gt h eh i g h s p e e dd i g i t a ls o l e n o i dv a l v e t h i sv m f yt h es t a b i l i t ya n dt h e e f f e c t i v e n e s so ft h ee l e c t r o n i cc o n t r o lh y d r o g e ns u p p l ys y s t e m a tt h es a t n et i m e b y a n a l y s i st h ed a t ea c q u i r e db yt h ee n g i n ep e d e s t a l t h er e s u l tt u r no u tt ob ea p p r o p r i a t e f e a s i b l ea n de f f e c t i v e k e y w o r d s n e we n e r g yt e c h n o l o g y h y d r o g e n m i x i n gf u e l h y d r o g e n c o m b u s t i o nd i e s e le n g i n e e l e c t r o n i cc o n t r o la n dm e a s u r e s y s t e m c i a s sn 0 v l l 獨創(chuàng)性聲明 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作和取得的研 究成果 除了文中特別加以標注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或 撰寫過的研究成果 也不包含為獲得北京交通大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書 而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作 了明確的說明并表示了謝意 學位論文作者簽名 壬聰 簽字日期 2 口 c 1 年6 月3 d 日 9 3 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解北京交通大學有關(guān)保留 使用學位論文的規(guī)定 特 授權(quán)北京交通大學可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索 并采用影印 縮印或掃描等復制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學校向國 家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤 學位論文作者簽名 王謠臺 導師簽 簽字日期 刎口 年6 月2 口日 簽字日期 年衫月二口日 致謝 本論文的工作是在我的導師劉建華老師的悉心指導下完成的 劉老師嚴謹?shù)?治學態(tài)度和科學的工作方法給了我極大的幫助和影響 在此衷心感謝兩年來導師 對我的關(guān)心和指導 導師悉心指導我完成了實驗室的科研工作 在學習上和生活上都給予了我很 大的關(guān)心和幫助 在此向?qū)煴硎局孕牡闹x意 寧智教授對于我的科研工作和論文都進行了無私的指導和幫助 在此表示衷 心的感謝 在實驗室工作及撰寫論文期間 姜大海師兄 曹哲 馬冠欽等同學對我論文 中的實驗研究工作給予了熱情幫助 在此向他們表達我的感激之情 另外也感謝我的父母和女友 他們的理解和支持使我能夠在學校 專心完成我的學業(yè) 1 緒論 1 1 課題研究背景 1 緒論 以發(fā)動機為動力源的汽車 是現(xiàn)在最主要應用最廣泛的交通工具 其排出的 尾氣是大氣污染的主要來源 1 1 環(huán)境是人類賴以生存的基本條件 是社會穩(wěn)定發(fā) 展的物質(zhì)基礎(chǔ) 在諸多的環(huán)境問題中 大氣污染是一個十分嚴重的問題 也越來 也受到人們的重視 從近年來汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展看 清潔動力汽車是未來發(fā)展的趨 勢 1 2 內(nèi)燃機的代用燃料 要降低汽車尾氣污染物的排放量 一方面要對發(fā)動機采用一系列清潔燃燒技 術(shù) 如廢氣再循環(huán)技術(shù) 三元催化器技術(shù)等 另一方面要進一步提高汽油和柴油 的油品 還有就是采用清潔排放的代用燃料 積極地推進代用燃料汽車的應用 對于我國來說 一方面環(huán)境污染問題對發(fā)展發(fā)動機的代用燃料提出要求 這 種要求主要是 清潔 方面的要求 即發(fā)動機使用代用燃料的尾氣排放所造成的 污染 跟汽油 柴油相比 越小越好 最理想的狀態(tài)是實現(xiàn) 零排放 另一方 面 大力發(fā)展代用燃料也是由我國的能源現(xiàn)狀決定的 我國的能源總體結(jié)構(gòu)是 煤多油少 2 從戰(zhàn)略安全的角度來看 發(fā)展來源穩(wěn)定的代用燃料也刻不容 緩 然而 就目前的情況而言代用燃料有很多種類 比如目前在國內(nèi)已經(jīng)廣泛應 用的c n g l n g l p g 等代用燃料 使用這些燃料的汽車 尾氣排放中不含 鉛 基本上不含硫化物 確實有很大的優(yōu)點 可是 石油氣和天然氣畢竟也是不 可再生資源 總有枯竭的一天 并且由于它們分子式中c s 的存在 使用這些 代用燃料的汽車也不可能做到零排放 因此 為了徹底從能源危機和環(huán)境保護的 雙重壓力下解放出來 尋找新的 清潔的 可長期使用的替代能源一直受到世界 各國的關(guān)注 目前 已被開發(fā)的能源有太陽能 海洋能 生物能 風能 水能 核能等 但是這些能源都不具備石油燃料那種突出的優(yōu)點 它們或是受地理 氣 候 季節(jié) 時間等條件限制 或是不具備能量比較集中 可儲 可輸 可以分散 使用的優(yōu)點 或是本身存在放射性問題 對環(huán)境造成新的污染 總之都不是理想 北京交通大學碩士學位論文 的能源 而氫能作為一種理想的替代能源 已經(jīng)取得了科學家們的共識 氫能是一種可以再生的永久性的能源 它可以用各種一次性能源 特別是核 能和太陽能將水直接分解來獲得 氫燃燒后產(chǎn)生的水蒸氣又可以重新恢復為水 這種水 氫 氧 水之間的永久性循環(huán) 使氫成為最理想的能源 氫是一種清潔的新能源 氫和氧燃燒時生成清潔和無污染的水 由于氫中 不含c s 及其他有害雜質(zhì) 因此它在空氣中燃燒時不會產(chǎn)生c 0 2 c o s 0 2 和 致癌物質(zhì) 它燃燒后產(chǎn)生唯一的有害物為n o 由于抑制單一有害物要比抑制多 種成因復雜的有害物容易得多 更何況氫燃料內(nèi)燃機的單機n o 排放量要比傳統(tǒng) 石油燃料的單機排放量低得多 3 氫是一種有效的用途廣泛的能源 更加難能可貴的是現(xiàn)有燃燒石油燃料的汽 車發(fā)動機 稍加改動就可以燃燒氫或摻燒氫 它也是一種高效的能源 若以儲量 豐富的煤為例 1 噸煤可以經(jīng)過不同途徑產(chǎn)生燃料 當它分別產(chǎn)生氫 甲醇 電 汽油用于驅(qū)動汽車時 可以使汽車分別行駛1 0 3 0k m 8 7 3 k m 7 7 2k i n 7 0 8 k i n 由此可見 氫燃料汽車發(fā)動機的效率可高于汽油機4 5 5 當氫能傳輸 時 它的長距離管線輸送能耗僅為電力超高壓輸送能耗的5 0 e 4 氫燃料用于汽 車時性能優(yōu)越 氫的發(fā)熱量為約為汽油發(fā)熱量的2 8 倍多 這對各種運輸車輛也 是個突出的優(yōu)點 氫燃燒后的生成物具有更高的溫度 氫的火焰?zhèn)鞑ニ俣缺仁?燃料的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓枚?氫還有一些特點 它比煤油或汽油有更寬的著火界 限 氫混合氣最小點火能量只為汽油混合氣點火能量的1 1 0 0 氫能是未來最理 想的能源 表1 1 比較了柴油 氫氣和天然氣的相關(guān)物理化學性質(zhì)差異 2 1 緒論 表1 1 氫氣與柴油 天然氣的物理化學特性對比f 5 燃料車用柴油氫氣天然氣 c 1 2 c 2 3 化學分子式以c i6 h 3 4 為代h 2主要成分c h 4 表 沸點 c l8 0 3 3 0 2 5 2 8 1 6 1 5 標準狀態(tài) 密度 k g m 3 標準狀態(tài) o 0 8 9 9標準狀態(tài) 8 6 0標準沸點液體密o 7 2 度7 0 7 7 汽化潛熱 k j k g 3 0 15 0 64 4 7 一個大氣壓 質(zhì)量低熱值4 2 5121 5 0 7 m j k g 自燃點 c 2 0 0 2 2 05 4 04 4 7 最小點火能量 0 0 20 2 8 m j 空氣中火焰?zhèn)鞑?極限 v 空1 5 7 64 7 5 5 3 1 6 氣 空氣中的層流火 焰?zhèn)鞑ニ俣?4 0 5 03 0 04 1 c m s 氫氣與天然氣 柴油 汽油等燃料相比具有以下的特點 1 氫氣發(fā)動機具有良好的排放特性 燃燒時從理論上講只產(chǎn)生氮氧化物 和水 2 氫氣與空氣的燃燒范圍較寬 因此氫氣在氣缸內(nèi)的燃燒濃限和稀限兩 側(cè)都相應較寬 因此氫燃料發(fā)動機從理論上講 具有較強的稀燃能力 3 氫氣的質(zhì)量熱值很高 因此對于汽車來說 如果使用了氫氣作為車載 燃料 將會大大減輕車載燃料的質(zhì)量 但是同時由于氫氣密度小 所以其裝載體 積將會相對較大 3 北京交通大學碩士學位論文 4 由于氫氣的密度小 所以其擴散系數(shù)較大 容易形成均勻一致的混合 氣 且氫氣的燃燒速度快 這些特點都有利于氫氣和空氣的快速混合和燃燒 因 此 氫燃料發(fā)動機一般都具有較高的熱效率 5 氫氣的自燃溫度較高 因此燃氫發(fā)動機可以采用較大的壓縮比 從而 使發(fā)動機有較高的熱效率和功率 6 氫氣所需的點火能量低 當發(fā)動機在部分負荷下工作時 使用氫燃料 是有利的 但同時 氫氣的這一性質(zhì)也決定了燃氫發(fā)動機容易產(chǎn)生早燃 回火等 不正常燃燒 7 由于氫氣的稀薄燃燒特性 如果發(fā)動機使用廢氣再循環(huán)的話 可以使 用較大的廢氣再循環(huán)率 8 在各種燃料在內(nèi)燃機的燃燒過程中 氫的滯燃期最短 所以燃氫發(fā)動機 的點火提前角可以用到最小 由于氫氣燃燒速度快 其放熱速度 壓力升高速度 都是常用燃料中最快的 因而燃氫發(fā)動機在燃燒過程中等容度最好 過后燃燒最 少 排氣溫度較低 1 2 1 雙燃料發(fā)動機的發(fā)展狀況 內(nèi)燃機的出現(xiàn)己有一百多年 其間 內(nèi)燃機以其種種優(yōu)點一直在各個領(lǐng)域中被 廣泛使用 尤其在交通工具方面 內(nèi)燃機始終處于其它動力裝置無法替代的位置 6 柴油機因具有良好的動力性 經(jīng)濟性和耐久性 在內(nèi)燃機的發(fā)展中占據(jù)著重 要的地位 柴油機廣泛應用于船舶 機車 工程機械和其他穩(wěn)定的動力輸出設 備 尤其是大功率的輸出環(huán)境 柴油機更是表現(xiàn)出良好的綜合性能 7 1 可是柴油 機由于對于石油的依賴 不可避免的遇到了上面所分析的環(huán)境問題和能源問題 柴油機排放的可視性污染物 顆粒 較多 因此 如何降低柴油機的排放 適應越 來越嚴格的排放法規(guī)始終是一個重要的研究課題 其中一個有效的辦法就是在柴 油機中使用替代燃料 這也正是很多研究機構(gòu)研究柴油與其他混燒的燃燒方式的 原因所在 在對柴油機與其它燃料的混燒的研究中 一方面希望可以改善發(fā)動機的排放 性能 以適應越來越嚴格的排放法規(guī) 另一方面希望可以使得發(fā)動機的動力性能 維持在原有的水平之上 想要滿足以上兩點要求 就必須采用先進的發(fā)動機電控 及相關(guān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 隨著排放法規(guī)的日益嚴格和電控系統(tǒng)的不斷發(fā)展 發(fā)動機電控系 統(tǒng)的控制功能得到增強 但是同時需要進行控制的變量也越來越多 4 1 緒論 如燃油噴射量 噴射正時 預噴量 預噴間隔 e g r 以及其它各種控 制和修正參數(shù)等等 對于雙燃料發(fā)動機來說更是如此 因此 對雙燃 料發(fā)動機的電控系統(tǒng)的研究就顯得尤為重要 同時 傳統(tǒng)的發(fā)動機檢 測設備由于成本高 靈活性差 升級困難等問題而受到種種發(fā)展限 制 目前 基于p c 機的數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)成為目前應用最為廣泛的數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)之一 廣泛應用于如電力設備監(jiān)控 汽車等測控領(lǐng)域 其 中 數(shù)據(jù)采集電路完成信號的獲取與控制 p c 機完成信號的處理 存儲與顯示功能 由數(shù)據(jù)采集電路 p c 機 測試系統(tǒng)軟件即可構(gòu)成 一臺虛擬儀器 v i r t u a li n s t r u m e n t 簡稱v i 可替代傳統(tǒng)儀器完成測 量測試功能 8 1 1 國外的發(fā)展狀況 將柴油機改裝為雙燃料發(fā)動機 d u a lf u e le n g i n e 應該達到以下目標 發(fā)動機改 動小 與原機相比 動力性基本保持不變 碳煙排放指標應有大幅度的改善 具 有良好的安全性和可靠性 9 可是我們談到的這種混燃的工作方式控制系統(tǒng)復雜 還有很多技術(shù)問題 如 燃料的攙燒比例 燃料供給系統(tǒng)的設計等 需要解決 產(chǎn)品化的程度還不是很深 國內(nèi)外很多研究機構(gòu)都在開展這方面的工作 但以該種方式工作 發(fā)動機改動量 小 可柴油 柴油 其它燃料兩用 對現(xiàn)有產(chǎn)品的改進具有積極意義 美國和歐洲利用他們在電控技術(shù)上的優(yōu)勢 開發(fā)了一系列雙燃料的混燃發(fā) 動機 在這些與汽油或柴油混燃的燃料中 大多數(shù)為氣體燃料 在這些技術(shù)中 按氣體燃料供應方式分 l o l 主要有混合器法和閥噴射法 混合器法是將空氣和氣 體燃料在混合器內(nèi)先混合好 然后一起進入氣缸 通過早先壓燃的柴油使燃氣著 火燃燒 例如 新西蘭t f s 公司及荷蘭t n o 公司開發(fā)的雙燃料發(fā)動機 采用 電控油泵齒條實現(xiàn)對引燃油量的調(diào)節(jié) 閥噴射法則是采用專用的噴氣閥 可以由 軟件嚴格控制氣體燃料噴射量和噴射始點 有利于空燃比的控制 如美國s p i s e r v o j e tp r o d u c t si n t e r n a t i o n a l 公司生產(chǎn)的閥噴射雙燃料系統(tǒng) 改裝后的雙燃料發(fā)動機怠速工況一般由原燃料單燃料狀態(tài)運行 中小負荷工 況原燃料替代率較小 而在高負荷工況可達到較大的替代率 烏克蘭科學院天然 氣研究所和基輔汽車公路研究所曾將一臺柴油機改裝成雙燃料發(fā)動機 燃氣與柴 油采用聯(lián)動控制機構(gòu) 實驗中達到了4 5 的替代率 美國c l e a na i rp a r n t e r 公 司與加拿大阿爾伯達州卡爾加里市代用燃料系統(tǒng) a f s 公司聯(lián)營 共同開發(fā)出多 點噴射的雙燃料系統(tǒng) 并應用在1 0 3 l 卡特彼勒3 1 7 6 8 重型發(fā)動機上 在發(fā)動機 壓縮比不變的情況下 兩種燃料均采用電子控制 柴油替代率可達6 0 0 0 9 0 發(fā) 動機可根據(jù)需求轉(zhuǎn)換為單柴油燃料的工作方式 1 2 1 美國b k m 公司研制了具有先 北京交通大學碩士學位論文 進水平的 微引燃 雙燃料系統(tǒng) 用接近1 的引燃柴油為雙燃料發(fā)動機提供所 需要的點火能量 這一系統(tǒng)的核心是采用s e r v o j e t 電控液壓泵噴嘴 天然氣多點 電子控制順序噴射裝置和專用的計算機軟件 這一系統(tǒng)采用增壓空氣旁路 廢氣 再循環(huán)及優(yōu)化引燃噴油正時等措施降低小負荷時的未燃h c 排放及提高燃油替代 率 從而在所有工況范圍內(nèi)使柴油替代率達到9 5 而對于虛擬儀器搭建的檢測 系統(tǒng) 國外的很多大學特別是一些企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了很多相關(guān)產(chǎn)品 如美國的斯 坦福大學的機械工程系將虛擬儀器應用到實驗教學和計算機輔助教學中 美國圣 地亞哥大學開發(fā)出了用于混合動力汽車燃油消耗和排放的模擬和優(yōu)化系統(tǒng) 1 3 虛 擬技術(shù)在汽車行業(yè)中的應用有以下幾個方面 1 4 1 發(fā)動機檢測 利用虛擬技術(shù)可以完成發(fā)動機運行參數(shù)的檢測和對測功機的控制 如 a d v a n c e de n g i n et e c h n o l o g i e s 公司的內(nèi)燃機運行狀況連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng) v i e n g i n e e r i n gi n c 的測功機控制系統(tǒng) 電控單元檢測與模擬 現(xiàn)在大多數(shù)汽車使用的都是電控燃油噴射系統(tǒng) 利用虛擬技術(shù)可以對噴油 系統(tǒng)進行檢測 而且還可以對e c u 進行檢測和模擬 如a e as r i 公司的采集 和描述燃油噴射圖像系統(tǒng) 還有a l f a u t o m a z i o n ei n c 的e c u 的模擬和檢測系統(tǒng) m o t o r o l a 汽車電子的e c u 也是用n i 的相關(guān)產(chǎn)品進行編程檢測的 道路模擬器 利用虛擬技術(shù)可以研制出完整的道路模擬器 如h o n d a 公司就研制出了一套 完整的道路模擬器 用于摩托車運行狀況的檢測 氫能源以其潔凈性和資源的永久再生性等優(yōu)點將作為傳統(tǒng)石油燃料的理想替 代能源已經(jīng)取得了科學家們的共識 氫燃料具有燃燒速度快 著火界限寬廣 質(zhì) 量放熱率高等特點 由于傳統(tǒng)石油燃料發(fā)動機的結(jié)構(gòu)做少量變動或基本不做改動 就可直接燃用氫 這使得對氫燃料發(fā)動機的研究 特別是美 德 日等發(fā)達國家 對其研究方興未艾 德國在氫動力車研究方面起步較早并且積極推進其發(fā)展 第 一臺燃氫發(fā)動機是德國的d r r u d o l p h e r e n 實驗成功的 1 9 2 5 1 9 5 0 奔馳公司生 產(chǎn)了第一批燃氫汽車 目前己有數(shù)十輛投入使用 寶馬汽車公司對采用氫氣燃料 發(fā)動機汽車產(chǎn)品已進行了l o 年的開發(fā) 多次展出自己研發(fā)的氫氣燃料汽車 2 0 0 3 年已有多輛寶馬牌7 5 0 h l 型氫氣燃料發(fā)動機汽車在柏林市投入使用 1 5 日本武藏 工業(yè)大學和日產(chǎn)汽車公司長期合作不斷將液氫發(fā)動機汽車的研究推向新的高度 日本各大汽車公司 如馬自達 本田 豐田等 也都積極參與氫動力車的競爭 u 6 美國福特汽車公司同時進行氫動力汽車和燃料電池汽車的研發(fā) 2 0 0 4 年l o 月1 2 日發(fā)布了據(jù)稱是世界上最清潔的氫氣內(nèi)燃發(fā)動機 1 7 通用汽車公司在致力于 6 1 緒論 氫氣燃料電池汽車的同時 也開始支持氫氣發(fā)動機汽車的研究 加拿大 法國 澳大利亞 印度 意大利等國也有不少學者投入氫動力車的研究 1 8 在我國 北 京理工大學和長安福特汽車公司均已研制成功了專門燃燒氫氣的發(fā)動機 但是 氫發(fā)動機輸出功率降低 且易發(fā)生回火 早燃等不正常燃燒 使氫發(fā)動機的應用 受到限制 實際上 內(nèi)燃機非常適合于過渡到氫經(jīng)濟 而且它能夠以較少的花費實現(xiàn)雙 燃料發(fā)動機的目的 關(guān)于氫氣在內(nèi)燃機中的摻燒或者混燃的研究 國外很多學者 做了這方面工作 有文獻 l9 詳細介紹了將一臺柴油機改裝成氫一柴油雙燃料發(fā)動 機使用的全過程 分析了熱效率 排放特征 還介紹了燃料供給 異常燃燒的解 決辦法等 p e r t u n e s e a l 等人在進行氫氣和天然氣摻燒時發(fā)現(xiàn) 擴展天然氣發(fā)動機 稀薄燃燒極限的一種方法是在原來的燃料中添加氫氣 2 0 1 還有人將氫氣用于改善 植物油發(fā)動機的燃燒 2 1 現(xiàn)在最常見的是氫作為汽油機的部分代用燃料 下面給出介紹 氫氣具有點火能量低 o 0 2 m j 火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?比汽油的快5 9 倍 可燃 界限寬 理論上空氣過量系數(shù)以 o 1 5 1 0 等特點 所以 向汽油中摻入一部分氫 氣 可使汽油發(fā)動機燃燒著火延遲期大大縮短 火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?燃燒持續(xù)期 縮短 氫在燃燒時釋放出o h h o 等活性中心 可大大地促進燃燒速度 抑制 爆燃 這樣一來便可提高發(fā)動機的壓縮比 從而提高熱效率 g f o n t a n a 和他的助手們在部分載荷下進行了汽油機中添加氫氣的燃燒運行 發(fā)現(xiàn)氫氣和汽油可以在內(nèi)燃機里以一個相當寬的混合比例燃燒 并且發(fā)現(xiàn) 添加 少量的氫氣幾乎可以在所有的汽油當量比下增加火焰速度 因而使發(fā)動機在空氣 汽油混合的稀薄燃燒下成為可能氫作為汽油機的摻燒燃料 可以大大改善汽油 機的性能和排污 翻 他從實驗所得結(jié)論有 汽油機摻氫燃燒后熱效率明顯提高 而且 負荷愈低時 熱效率升高愈 多 在低負荷時 摻氫燃燒后 不僅提高了汽油機工作的穩(wěn)定性 消除了失火循 環(huán) 減少了循環(huán)波動率 而且能使此時的熱效率提高4 0 5 0 這是因為氫點 火所需的能量低 燃燒界限比汽油寬 可稀燃的程度比汽油大 火焰?zhèn)鞑ニ俣缺?汽油快 燃燒速度快 燃燒定容度好 過后燃燒少 這一切都使汽油機的熱效率 提高 油耗 含氣耗 以折合能量計 率降低 汽油機摻燒氫后 c o 排放率大大下降 這一方面是氫不含碳 本身燃燒 后不產(chǎn)生c o 另一方面 氫促進了c o 進一步燃燒成終產(chǎn)物c 0 2 c o 生成的 三要素是低溫 缺氧和反應時間不足 汽油機摻氫燃燒縮小了低溫區(qū)和低溫程 度 促進了燃燒的均勻性 減少了混合不均勻而導致的局部缺氧 提高了燃燒等 7 北京交通大學碩士學位論文 容度 減輕了過后燃燒 這一切均能減少c o 的生成 汽油機摻氫燃燒后 n o 也是下降的 而且 負荷愈大 下降 愈多 這是因為汽油機摻燒氫后 混合氣形成和燃燒的均勻性提高 局部高溫和局部富氧的情況得到改善 另外 促進稀燃也能降低n o 的排放 但是 如果摻氫量過高 混合氣又較濃 點火提前角不適 當 則摻氫燃燒后 n o x 也有可能并未下降 甚至上升 同時也給出 了汽油機摻氫燃燒后熱效率r 和排污變化的比較 2 國內(nèi)的發(fā)展狀況 國內(nèi)在二十世紀九十年代開始通過引進國外產(chǎn)品在汽油機上使用氣體燃料 近年來 國內(nèi)幾個主要柴油發(fā)動機制造廠開始與國外合作共同開發(fā)雙燃料發(fā)動 機 例如廣西玉林柴油機廠與加拿大c i c 公司的y c 6 1 0 8 z q n 增壓雙燃料發(fā)動 機 一汽無錫柴油機廠的c a 6 1 1 0 雙燃料發(fā)動機 2 3 東風汽車也推出了 e q l 0 3 0 t i u 汽油 l p g 兩用燃料輕型載貨汽車 e q 7 1 4 0 u 汽油 l p g 兩用 燃料轎車 神龍富康兩用燃料汽車 2 4 上海大眾汽車公司對汽油機進行改造 推 出了桑塔納汽油 l p g 兩用燃料出租車 已經(jīng)大量投放市場 2 5 1 天津大學的進 氣道順序噴射 柴油引燃式全電控雙燃料天然氣發(fā)動機研究達到了國內(nèi)領(lǐng)先水 平 吉林大學 西安交通大學 長安大學 江蘇大學 上海交通大學等院校也積 極從事相應的研究 2 叫 上海交通大學曾進行過柴油機加氫的雙燃料內(nèi)燃機實驗研究 效果較好 現(xiàn) 在還在進行燃氫發(fā)動機與汽油機的車用性能對比和分析 氫氣發(fā)動機循環(huán)的熱力 學分析及其變化特征和渦輪增壓氫氣發(fā)動機工作過程的特征和變化等方面的研 究 另外 浙江大學新材料所與內(nèi)燃機所合作 成功地改裝了一輛燃用氫 汽油 混合燃料的中巴車 天津大學對摻氫汽油發(fā)動機的實驗研究和理論分析表明 在 汽油機中添加少量氫氣后 由于氫起到助然的作用 縮短了著火延遲期 火焰?zhèn)?播速度加快 使發(fā)動機燃燒完全 并可實現(xiàn)稀燃 在部分負荷下 熱效率提高率 約為7 1 5 低負荷下 提高更為明顯 汽油油耗下降率約為2 0 2 5 加氫 后 降低了尾氣中的c o 和h c 濃度 低負荷時效果更好 尤其是c o 降低更為 明顯 在使用汽油 氫稀混合氣時 n o 排放減少 2 7 天津大學還對柴油 c n g 雙燃料發(fā)動機加氫燃燒進行了研究 在z h l l l 5 單缸直噴柴油機的進氣口加裝電 控噴氣閥 實現(xiàn)了c n g 和氫氣的可控比例氣口噴射 并且在這臺發(fā)動機上進行 了純柴油 雙燃料 柴油 c n g 和雙燃料加氫的比較實驗 研究結(jié)果表明 雙燃料 加氫后可以縮短滯燃期和燃燒持續(xù)期 明顯改善柴油 c n g 雙燃料發(fā)動機的t h c 和c o 排放 提高發(fā)動機的經(jīng)濟性 2 8 1 在甲醇中添加氫氣作為汽車燃料 同樣顯 示了良好的排放特性 i 緒論 同時虛擬儀器的開發(fā)和研究在國內(nèi)近年來也得到很大的發(fā)展 從1 9 9 6 年以 來 清華大學 重慶大學 西安交大以及中科泛華電子科技公司 東方振動和噪 聲技術(shù)研究所等高校和公司 在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品和虛擬儀器設計平臺以 及消化吸收n i 等產(chǎn)品方面做了大量工作 清華大學利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建汽車 發(fā)動機檢測系統(tǒng) 優(yōu)于傳統(tǒng)汽車發(fā)動機出廠前的自動檢測 2 9 1 1 3 本課題的研究內(nèi)容及意義 本文研究的內(nèi)容是國家自然基金項目 預混和氫氣 柴油發(fā)動機的混合氣形 成與燃燒過程研究 中的部分研究內(nèi)容 該項目的主要內(nèi)容是 利用之前積累的 科研成果 借鑒國內(nèi)外的雙燃料發(fā)動機技術(shù) 通過采用氫氣進氣道預混合 稀薄 燃燒等技術(shù) 分析預混合氫氣 柴油發(fā)動機的燃燒特性 排放特性 本文主要完 成該課題中進氣加氫柴油機實驗系統(tǒng)的開發(fā)部分 本文所涉及到的迸氣加氫柴油 機實驗臺架最終的目的是要研究發(fā)動機混合氣的形成和燃燒過程 因此對于實驗 系統(tǒng)的開發(fā)與研究就顯得尤為重要 因為如果沒有一個能夠按照實驗目的精確的 進行氫氣摻燒的實驗系統(tǒng) 那么后續(xù)的對于混合氣的形成和燃燒過程的研究就無 從談起 本文對于實驗系統(tǒng)的開發(fā)基本的思路就是基于實驗的目的 并且結(jié)合了氫 氣摻燒自身的特點 本文的創(chuàng)新點主要有兩點 一是本實驗系統(tǒng)中的進氣加氫柴 油機以氫氣為摻燒的對象 以柴油為引燃的燃料 二是本實驗系統(tǒng)采用了基于 l a b v i e w 軟件的虛擬儀器平臺來采集發(fā)動機的相關(guān)參數(shù) 本文在參考大量理論資料以及實驗系統(tǒng)的實際需要 確定了氫氣與柴油的摻 燒方案 依據(jù)此方案確定了氫氣噴嘴的安裝方式 根據(jù)課題需要研究的內(nèi)容 開 發(fā)出電控氫氣噴射系統(tǒng)以及發(fā)動機的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng) 最后在設計好的實驗系 統(tǒng)的條件下 進行了進氣加氫柴油機的相關(guān)臺架實驗 具體內(nèi)容如下 1 電控系統(tǒng)的設計 進氣加氫柴油機電控噴氫系統(tǒng)的硬件以及軟件設計 以實現(xiàn)信號的采集與處 理 控制策略的運用以及控制量輸出信號的生成等功能 從而實現(xiàn)對氫氣噴射量 的準確控制 2 進氣加氫柴油機測量系統(tǒng)的設計 利用l a b v i e w 語言編寫了發(fā)動機的測量系統(tǒng) 包括對實時運轉(zhuǎn)的發(fā)動機的缸 壓信號 上止點信號 進氣壓力信號 排氣溫度信號等的采集 同時該測量系統(tǒng) 還實現(xiàn)了對缸壓數(shù)據(jù)的分析 可以得到的結(jié)果包括平均示功圖和壓力升高率等 3 噴氫系統(tǒng)的設計 9 北京交通大學碩士學位論文 利用f l u e n t 軟件對噴氫嘴的安裝方式進行了比較分析研究 主要研究不同 的安裝位置對于氫氣與空氣的混合狀況的影響 最后得到噴氫嘴垂直噴射 噴射 壓力為0 6 m p a 的噴射方案 4 實驗系統(tǒng)的應用研究 利用開發(fā)出來的測控系統(tǒng)以及噴氫系統(tǒng)進行了進氣加氫柴油機的相關(guān)臺架實 驗 驗證了實驗系統(tǒng)的可行性 同時也得到了發(fā)動機的部分燃燒規(guī)律 1 0 2 測控系統(tǒng)的硬件設計 2 測控系統(tǒng)的硬件設計 2 1 電控系統(tǒng)硬件設計 本論文中所提到的進氣加氫柴油機是將常柴z s l1 0 0 m 柴油機改裝成進氣道 電控噴射摻燒氫氣的雙燃料發(fā)動機 柴油供給系統(tǒng)是原機的供油系統(tǒng) 氫氣供給 系統(tǒng)則需要另加管路來實現(xiàn) 這樣 在盡量對原機不做較大改變的原則下 只需 在進氣管上改造一下供氫系統(tǒng)即可實現(xiàn) 柴油 氫氣的不同混合比的控制只需在 進氣管上改造一下 加裝電控噴氫系統(tǒng)即可實現(xiàn) 之所以需要能對噴氫量可以精 確控制的電控噴氫系統(tǒng)是因為柴油 氫氣的不同混合比對發(fā)動機的各項性能都有 很大影響 在發(fā)動機冷啟動 怠速和低負荷下 由于缸內(nèi)燃燒溫度較低 應該嚴 格控制氫氣的摻入量 可切換到純柴油工作 避免燃燒不完全 造成大量h c 排 放以及燃料浪費 在中高負荷下可以加大氫氣的摻入量 且后續(xù)需要對發(fā)動機進 行細致的摻燒臺架實驗 因此供給系統(tǒng)必須實現(xiàn)對氫氣量的實時控制 這樣就要 求發(fā)動機可以在不停車的條件下改變噴氫脈寬 使氫氣的噴入量隨發(fā)動機的負荷 和轉(zhuǎn)速的變化而靈活變化 以便獲取最佳的氫氣摻燒量 使每一工況下均達到最 佳燃燒性能 所以 針于此要求開發(fā)了這套電控噴射氫氣系統(tǒng) 此控制系統(tǒng)能實 時控制氫氣的噴射量 給實驗工作帶來了極大的方便 以往實驗室在對發(fā)動機的實驗過程中 應用于發(fā)動機實驗數(shù)據(jù)采集的是日本 小野公司的c b 4 6 6 型多通道發(fā)動機分析儀 其采集的缸壓數(shù)據(jù)是通過打印在紙 上的數(shù)據(jù)的方式呈現(xiàn) 進行進一步分析的話 需要人工將其數(shù)據(jù)輸入電子表格 由于采集的缸壓數(shù)據(jù)量一般都比較大 因此給錄入工作帶來了很大的困難 對時 間也是一種浪費 本論文針對進氣加氫柴油機的特點 利用虛擬儀器開發(fā)了一套 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng) 可實現(xiàn)對發(fā)動機缸壓等參數(shù)實時的觀測 采集 存貯 分析 等功能 大大節(jié)省了后續(xù)實驗數(shù)據(jù)處理的時間 本電控系統(tǒng)的基本功能是根據(jù)發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀況以及實驗的要求調(diào)節(jié)氫氣的噴 射量 電控系統(tǒng)由傳感器 e c u 執(zhí)行裝置三部分組成 傳感器負責根據(jù)需要對 發(fā)動機的相關(guān)信號進行采集 e c u 分析傳感器采集到的信號 判斷 計算 并根 據(jù)控制策略向執(zhí)行器發(fā)出控制信號 而執(zhí)行器則按照e c u 輸出的指令進行動 作 本系統(tǒng)的硬件框圖如圖2 1 所示 在能確保發(fā)動機原來動力性能的前提下 北京交通大學碩士學位論文 以改善發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放性作為主要目標 并且使控制系統(tǒng)具有一定的變通 性 傳感器e c u 傳感器信號處理 噴射基準信號 一p c 機監(jiān)控系統(tǒng) 微處理器 執(zhí)行器 執(zhí)行器驅(qū)動電路 一 高速噴氫閥 圖2 1 電控系統(tǒng)硬件框圖 對于該系統(tǒng)的要求主要是可以在各個工況下根據(jù)需要在線實時調(diào)節(jié)噴氫量的 大小 利于節(jié)油和降低排放方面的實驗研究 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 控制操作簡單 噴 氫電磁閥的輸出控制精確 可以根據(jù)需要切換摻氫工作方式和純柴油工作方式 根據(jù)以上要求 電控噴氫系統(tǒng)的總體設計是以氫氣噴射量控制為核心 在發(fā) 動機的運行過程中 由傳感器檢測發(fā)動機的凸輪軸位置信號 噴射脈寬根據(jù)實驗 的需要可進行人工的實時在線調(diào)節(jié) 2 1 1 控制芯片的選型 控制芯片作為電控系統(tǒng)的核心 要實現(xiàn)的功能有 能夠正確檢測各個傳感器測得的信號 根據(jù)輸入信號進行分析 判斷 并依控制策略決定噴射時刻和噴射脈寬 根據(jù)計算出的噴氣脈寬和噴射時刻 定時向執(zhí)行器發(fā)出控制信號 還要有人機對話和安全保障的功能1 3 0 1 隨著后續(xù)控制系統(tǒng)功能的完善 e c u 要檢測的信號及控制的信號越來越多 檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號以及發(fā)出噴射脈寬信號 需要有很強的實時性 對中斷資 源和e c u 運算性能的要求也不斷提高 總之 控制芯片作為e c u 的核心 必須 具有較高的指令執(zhí)行速度 有豐富的實時中斷資源 高速的輸入輸出能力等 同 時 本文采用的電控系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能不是很多 控制比較簡單 綜合以上的考 1 2 2 測控系統(tǒng)的硬件設計 慮因素以及試驗室的現(xiàn)有條件 本文選用a t m e l 公司生產(chǎn)的a t m e g a 3 2 單片 機 該控制芯片的主要特點有 3 l a t m e g a 3 2 型單片機是一款基于a v r 內(nèi)核 采用r i s c 結(jié)構(gòu)的8 位單片機 該單片機有如下資源 3 2 k 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程f l a s h 程序存儲器 1 0 2 4 字節(jié)e e p r o m 3 2 個通 用工作寄存器 3 2 個通用i o 口線 3 個具有比較模式的靈活的定時器 計數(shù)器 t c 8 路1 0 位具有可選差分輸入級可編程增益 t q f p 封裝 的a d c 一個 s p i 串行端口 可編程串行u s a r t 接口 該款單片機能夠滿足控制系統(tǒng)設計任 務的要求 a t m e g a 3 2 單片機的引腳圖如下圖2 2 所示 x c k r r o p b 0e 1 f p b l 日2 n t 2 a i n 0 p b 2 臼3 o c 0 f a i n l p b 3q4 母 p b 4e j5 m o s i p b 5 口6 f m i s o p 8 8 臼7 f s c k p b 7 口8 蕊零盯臼9 v c ce j1o g n d 口1 1 x t a l 2 臼12 x t a l l 口13 r x d p d 0e j1 4 r x o p d l 口15 i n t 0 p d 2 臼1 6 i n t l p d 3 口17 o c 8 p d 4 口18 o c l a p d 5 口19 i c p p d 6r l2 0 p a 0f a d c 0 陬 a d c l 黝眨f a d c 2 向的f a d c 3 漩4 a d c 4 p 茂5 a o c 5 陬6f a d c 6 r a 7 a d c 7 a r e f g k d a v c c p c 7 r o s e 2 p c 8f t o s c l p c 5f r d b p c 4 t d o p c 3f 1 m s p c 2f t c k p c i s d a p c oe s c l p 0 7f o c 2 l 圖2 2a t m e g a 3 2 單片機的引腳圖 2 1 2 傳感器和執(zhí)行器的選型 1 傳感器的選型 發(fā)動機控制系統(tǒng)的性能首先取決于獲取與控制有關(guān)的工作變量和參數(shù)的精 度 傳感器可以將這些物理量轉(zhuǎn)換成為相應的電信號 可以通過多種方式將正在 運行的發(fā)動機的一些機械參數(shù)和熱力學參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號傳到控制器 在整個發(fā) 動機電控系統(tǒng)中 傳感器是發(fā)動機和控制單元的聯(lián)系紐帶 控制單元通過傳感器 o 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o 9 8 7 6 5 4 3 2 1 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 a 2 乏z z 2 北京交通大學碩士學位論文 來感知發(fā)動機的運行狀態(tài) 它們是電控單元收集數(shù)據(jù) 做出決策的直接依據(jù) 傳 感器的性能指標包括測量范圍 精度 分辨率 響應特性 可靠性 耐久性 緊 湊性 互換性和經(jīng)濟性等 本論文設計的進氣加氫柴油機噴氫控制單元檢測的信號主要是凸輪軸位置信 號 所需的傳感器為凸輪軸位置傳感器 因為該傳感器為e c u 提供噴射觸發(fā)信 號 這信號是噴氫發(fā)噴射時刻的觸發(fā)信號 是控制部分進行分析處理數(shù)據(jù)的來源 所 以傳感器的選擇安裝調(diào)試相當關(guān)鍵 既要考慮到傳感器信號的可靠和精度 又要 考慮到成本問題 本論文中的凸輪軸位置傳感器使用霍爾式傳感器 霍爾式傳感器沒有線圈 亦不受轉(zhuǎn)速與溫度的影響 輸出信號電壓穩(wěn)定 工 作可靠 壽命長 其工作的原理即為霍爾效應 霍爾式凸輪軸位置傳感器主要由 觸發(fā)的標定鐵塊 霍爾元件 永久磁鐵和電子線路等組成 永久磁鐵的磁力線穿 過霍爾元件通向觸發(fā)標定鐵塊 此時鐵塊相當于一個集磁器 當鐵塊正對準霍爾 元件時 磁力線密集 穿過霍爾元件的磁場較強 傳感器輸出高電位 反之 穿過 霍爾元件的磁場較弱 傳感器輸出低電位 凸輪軸位置傳感器就是利用觸發(fā)的標 定鐵塊改變霍爾元件的磁場強度 從而使霍爾元件產(chǎn)生脈沖的霍爾電壓信號 這 個輸出信號即作為氫氣噴射的觸發(fā)信號 其輸出的信號是矩形波 而且是穩(wěn)定 的 且只要有磁場存在 霍爾元件總是產(chǎn)生相同的電壓 輸出信號電壓的大小與 發(fā)動機轉(zhuǎn)速無關(guān) 即使是在發(fā)動機啟動的低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下 仍可獲得較高的檢測精 度 3 2 1 霍爾傳感器安裝 使用方便 輸出信號為數(shù)字信號 2 執(zhí)行器的選型 電子控制系統(tǒng)的控制功能是靠執(zhí)行機構(gòu)完成的 執(zhí)行機構(gòu)的性能好壞將直接 影響到整個控制系統(tǒng)的綜合性能 因此執(zhí)行機構(gòu)的選擇必須經(jīng)過準確分析與計 算 本控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要是發(fā)動機的高速噴氫閥 噴氫閥是根據(jù)e c u 將氫氣噴入發(fā)動機進氣管的裝置 由于使用的氫氣是氣 態(tài)燃料 所以噴射閥必須準確控制燃氣體積 此外 由于所噴燃料是氣體 沒有 液態(tài)燃料的冷卻和潤滑功能 噴氫閥還要保證其具有好的密封性能和盡量減少運 動部件間的磨損 近年來研制開發(fā)出的氣體燃料噴射閥主要有兩種形式 高壓噴射閥和低壓噴 射閥 前者結(jié)構(gòu)比較復雜 后者結(jié)構(gòu)比較簡單 類似于柴油噴射器 由于氣體燃 料本身的特點 氣體燃料噴射閥與燃油噴射器的最大差別是需要有較大的流通截 面積 以保證足夠的氣體流量 根據(jù)進氣加氫柴油機的要求 本文選擇噴氫閥主 要有以下要求 1 4 2 測控系統(tǒng)的硬件設計 要具有較高的可靠性 耐久性及安全性 噴射閥的閥前壓力最好在o 5 1 0 m p a 因為噴射閥的工作壓力是選擇噴射 閥的一個重要參數(shù) 如果噴射壓力過低 則不利于進氣 如果噴射壓力過 高 則儲氣瓶中的氣體燃料則得不到充分利用 造成浪費 噴射頻率 本文研究的進氣加氫柴油機的額定轉(zhuǎn)速為2 0 0 0 r m i n 最高轉(zhuǎn)速 不能超過2 2 0 0 r m i n 在最高轉(zhuǎn)速時 每秒種有1 8 個工作循環(huán) 每個工作循環(huán) 噴射閥需噴射一次 因此噴射閥的工作頻率應該在1 8 h z 以上 流量 指所需氣體燃料流量 需根據(jù)系統(tǒng)噴射要求進行計算 開關(guān)特性 即開閉響應時間 在綜合考慮了噴射閥的各種參數(shù)要求之后 本文開發(fā)的進氣摻氫柴油機決定 選用貴航集團紅林機械公司的h s v 系列s p 0 2 1 s 1 型螺紋插裝式兩通常閉型開關(guān) 式高速電磁閥 該閥主要由電磁線圈 球閥 球閥座 閥體 推桿 極靴和銜鐵 等組成 電磁線圈接通電流時就會產(chǎn)生電磁力 當電磁線圈通電時 銜鐵在線圈 產(chǎn)生的電磁力作用下移動 同時通過頂桿使球閥運動 使球閥離開密封座將通道 打開 實現(xiàn)供氣 當電磁線圈斷電 球閥在進氣口和出氣口氣體壓差的作用下運 動 靠在其密封座上 關(guān)閉燃氣通道 停止供氣 噴射閥結(jié)構(gòu)如圖2 3 所示 進氣口 12 34567 8 出氣口 1 球閥座2 球閥3 閥體4 推桿5 極靴6 電磁線圈7 銜鐵8 導線 圖2 3 噴射閥結(jié)構(gòu)圖 該噴射閥的特點為結(jié)