雙燃料車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定技術(shù)的研究

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

雙燃料車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定技術(shù)的研究

呂青

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

本文通過(guò)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定試驗(yàn)臺(tái)架的一系列發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)，對(duì)電控標(biāo)定方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，確定了優(yōu)化的電控系統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)方案。

標(biāo)定技術(shù)；電控系統(tǒng)；雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)；試驗(yàn)臺(tái)架

發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒LPG(液化石油氣)等清潔燃料，被稱(chēng)為柴油/LPG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，一方面能緩解日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，減少對(duì)燃油的依賴(lài)；另一方面又是減少城市汽車(chē)有害氣體排放，改善城市大氣環(huán)境的一項(xiàng)有效措施。但在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中，只有燃油和LPG合適的摻燒比，LPG才能充分發(fā)揮自身的低排放、低污染特性。此外還要考慮摻燒LPG時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和可靠性。

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，是需要混合摻燒柴油與LPG，原發(fā)動(dòng)機(jī)已有柴油噴射系統(tǒng)和控制技術(shù)，因此，LPG噴射同樣需要有一套專(zhuān)業(yè)的控制裝置，這對(duì)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)至關(guān)重要。

能源危機(jī)和環(huán)境污染的進(jìn)一步惡化，使得人們對(duì)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放性能的要求日益嚴(yán)格，對(duì)車(chē)輛的平穩(wěn)性、舒適性和安全性的要求不斷增加。發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定的內(nèi)容越來(lái)越多，電控標(biāo)定技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

傳統(tǒng)的電控標(biāo)定技術(shù)是得到全部試驗(yàn)方案下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)，隨后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)數(shù)據(jù)并生成數(shù)據(jù)MAP圖，發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下實(shí)現(xiàn)最佳控制。由于柴油機(jī)上應(yīng)用了大量的新技術(shù)，如VVP、EGR等，使得需要控制和標(biāo)定的參數(shù)也越來(lái)越多，標(biāo)定費(fèi)用、實(shí)驗(yàn)工作量和標(biāo)定周期也成倍增長(zhǎng)。傳統(tǒng)意義上的電控標(biāo)定方法效率低下，精度差，不具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性?；谀Ｐ偷淖詣?dòng)優(yōu)化標(biāo)定技術(shù)提高了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)效率。

自動(dòng)化標(biāo)定系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)標(biāo)定的基礎(chǔ)，它利用計(jì)算機(jī)本身自動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)各種控制參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)的采集與在線修改，并結(jié)合優(yōu)化計(jì)算和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，然后完成實(shí)驗(yàn)。自動(dòng)化標(biāo)定系統(tǒng)具有降低標(biāo)定費(fèi)用、縮短標(biāo)定周期等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1 電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本試驗(yàn)系統(tǒng)采用的是一汽錫柴4DW91-BF210型號(hào)柴油機(jī)改造來(lái)的，其主要運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 4DW91-63-BF210柴油機(jī)參數(shù)表

1.2 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(1)LPG電控供給系統(tǒng)：LPG儲(chǔ)氣設(shè)備、供氣設(shè)備及控制系統(tǒng)。LPG電控供給系統(tǒng)的儲(chǔ)氣設(shè)備主要包括LPG儲(chǔ)氣瓶和鋼瓶組合閥，LPG儲(chǔ)氣設(shè)備的主要作用是用來(lái)存儲(chǔ)液態(tài)LPG燃料；而LPG電控系統(tǒng)和供氣設(shè)備主要包括LPG控制電磁閥、壓力顯示表、LPG蒸發(fā)調(diào)壓閥、噴射閥和LPG流通管路，其是用來(lái)將LPG從液態(tài)變成氣態(tài)后，由LPG噴射閥噴入氣缸進(jìn)氣管。

(2)柴油供給系統(tǒng)：柴油供給系統(tǒng)是原發(fā)動(dòng)機(jī)配置的柴油供給系統(tǒng)，主要由柴油箱、過(guò)濾器、噴油泵和噴油器組成，改裝后的雙燃料供給系統(tǒng)的新增機(jī)構(gòu)是步進(jìn)電機(jī)，它的主要作用是限制最大循環(huán)供油量。

(3)電子控制單元：電子控制系統(tǒng)作為整個(gè)控制系統(tǒng)樞紐，它包括電源、各種傳感器(冷卻水溫度、滑油溫度等)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制器及控制面板。節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器、水溫信號(hào)傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、零位傳感器和凸輪軸位置傳感器等共同組成了電控單位的傳感器模塊，電控單元的傳感器模塊主要用來(lái)采集油門(mén)位置、水溫、氣缸上止點(diǎn)及轉(zhuǎn)速等信號(hào)，并將信號(hào)傳送到ECU。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由LPG噴射電磁閥和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，其作用是控制LPG/柴油的噴射。

(4)控制面板：控制面板的主要作用是各種開(kāi)關(guān)操作和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)顯示?？刂泼姘迳现饕邪l(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)指示燈、模式切換開(kāi)關(guān)及LPG液位指示燈等模塊。

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)應(yīng)具備的功能如下：

(1)精準(zhǔn)控制LPG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模式；

(2)柴油量或LPG噴射的精確控制；

(3)根據(jù)不同運(yùn)行工況，控制燃料比例噴射；

(4)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，控制純柴油模式和雙燃料模式的切換。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要包含轉(zhuǎn)速信號(hào)、油門(mén)信號(hào)、水溫信號(hào)等模擬量采集模塊。ECU是整個(gè)電控系統(tǒng)的核心部分，是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)信息處理和控制的總樞鈕。ECU的硬件部分包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的整形、放大、A/D轉(zhuǎn)換等模塊，硬件部分主要是處理傳感器的模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)；ECU軟件通過(guò)內(nèi)部已經(jīng)編輯好的數(shù)學(xué)算法和邏輯程序，根據(jù)硬件處理后的信號(hào)來(lái)輸出控制信號(hào)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定技術(shù)

2.1 標(biāo)定系統(tǒng)的功能

在系統(tǒng)的控制策略、發(fā)動(dòng)機(jī)、外部器件等確定之后，為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)要求，調(diào)整、優(yōu)化內(nèi)部軟件數(shù)據(jù)參數(shù)的過(guò)程，這就是標(biāo)定。典型標(biāo)定系統(tǒng)主要模塊有標(biāo)定軟件、接口硬件和測(cè)量模塊等，實(shí)現(xiàn)與ECU之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸；能夠通過(guò)軟件自身提供的操作界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)ECU中選定數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、修改，必要時(shí)能夠?qū)⑿薷牡慕Y(jié)果隨時(shí)輸入ECU，對(duì)電控柴油機(jī)部分性能參數(shù)實(shí)時(shí)控制，能夠?qū)⒆罱K希望確認(rèn)并固定下來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)的操作永久寫(xiě)入ECU閃存中。電控標(biāo)定的主要任務(wù)是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架獲得最好電控標(biāo)定參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能最優(yōu)。

雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定系統(tǒng)的主要功能有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、調(diào)整控制參數(shù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)MAP生成。

2.2 電控標(biāo)定技術(shù)研究

電控系統(tǒng)要滿足各種工況的變化，如起動(dòng)、怠速、加減速等工況，電控系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的工作良好，再有，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制是多參數(shù)控制，電控系統(tǒng)要能協(xié)調(diào)各參數(shù)之間的關(guān)系。這就對(duì)標(biāo)定技術(shù)提出了嚴(yán)格要求，原先以穩(wěn)定工況代替發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況的線性轉(zhuǎn)化標(biāo)定技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也得到了改進(jìn)和提高。下面將著重介紹幾種應(yīng)用廣泛的標(biāo)定技術(shù)。

(1)穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法。穩(wěn)態(tài)標(biāo)定優(yōu)化大都是基于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況的，采用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化標(biāo)定方法，其策略就是根據(jù)有限的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷工況點(diǎn)，仿真整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，而那些受時(shí)間、成本限制不可能測(cè)試出發(fā)動(dòng)機(jī)全部工況點(diǎn)。穩(wěn)態(tài)標(biāo)定是采用配上時(shí)間權(quán)值的離散工況點(diǎn)來(lái)代表其臨時(shí)范圍工況，使得可以得到連續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)于穩(wěn)態(tài)標(biāo)定優(yōu)化匹配，依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的MAP圖或參照模型而分為離線優(yōu)化和在線優(yōu)化。

(2)自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定方法。自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定就是通過(guò)已經(jīng)優(yōu)化好的標(biāo)定系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)完成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的控制參數(shù)的標(biāo)定和優(yōu)化。自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定是在確定的優(yōu)化目標(biāo)、確定的控制參數(shù)范圍和確定的標(biāo)定約束條件的基礎(chǔ)上，在自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定軟件上，按照事先擬定好的標(biāo)定優(yōu)化流程，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各控制參數(shù)進(jìn)行在線優(yōu)化標(biāo)定。在線優(yōu)化標(biāo)定是通過(guò)試驗(yàn)和優(yōu)化相結(jié)合的方法，來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和在線優(yōu)化工作。

(3)瞬態(tài)優(yōu)化標(biāo)定方法。瞬態(tài)優(yōu)化方法可以彌補(bǔ)穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法無(wú)法測(cè)量過(guò)渡工況和瞬態(tài)特性的不足，同時(shí)使得發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最佳優(yōu)化控制。瞬態(tài)優(yōu)化方法標(biāo)定的工況點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中某瞬時(shí)獲得的控制數(shù)據(jù)點(diǎn)，無(wú)限接近實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。瞬態(tài)優(yōu)化是一個(gè)實(shí)時(shí)采集和反饋的測(cè)試工程，不用通過(guò)有限工況點(diǎn)來(lái)近似替代所有的工況點(diǎn)。瞬態(tài)優(yōu)化標(biāo)定更切合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的實(shí)際工況，必然會(huì)成為以后標(biāo)定技術(shù)的發(fā)展主流。

2.3 標(biāo)定約束條件

發(fā)動(dòng)機(jī)電控標(biāo)定試驗(yàn)的標(biāo)定約束條件主要包括法規(guī)性約束和結(jié)構(gòu)性約束兩種。法規(guī)性約束限定了發(fā)動(dòng)機(jī)各種排放物的排放量，因此法規(guī)性約束也是強(qiáng)制性約束。而結(jié)構(gòu)性約束主要指的是氣缸內(nèi)的最大爆發(fā)壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)滑油的溫度范圍及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等約束條件。通常以排放物排放法規(guī)來(lái)作為電控標(biāo)定試驗(yàn)的約束條件，也可以根據(jù)具體的問(wèn)題，將所需的其他標(biāo)定約束條件加入到標(biāo)定試驗(yàn)中，來(lái)確定標(biāo)定試驗(yàn)方法。

電控系統(tǒng)匹配標(biāo)定需要根據(jù)標(biāo)定約束條件和標(biāo)定目的等因素的要求，按照特定的流程步驟來(lái)進(jìn)行，是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程。發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的復(fù)雜程度直接影響標(biāo)定試驗(yàn)的工作量，但總體來(lái)看標(biāo)定的流程和方法大致相同。標(biāo)定系統(tǒng)的核心工作主要是在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上完成的，它主要標(biāo)定的工況有起動(dòng)、怠速、穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和特定工況等，它主要的任務(wù)是LPG噴射定時(shí)和燃油噴射脈寬的標(biāo)定工作。

電控系統(tǒng)匹配標(biāo)定主要包括基本控制參數(shù)標(biāo)定、環(huán)境參數(shù)修正、過(guò)渡工況參數(shù)標(biāo)定。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，要根據(jù)標(biāo)定優(yōu)化目標(biāo)，滿足標(biāo)定約束條件，還要每個(gè)過(guò)程中的標(biāo)定效果都要滿足動(dòng)力性和排放性的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)架標(biāo)定實(shí)驗(yàn)步驟如圖1所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)架標(biāo)定實(shí)驗(yàn)步驟

3 電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

3.1 標(biāo)定試驗(yàn)準(zhǔn)備

電控標(biāo)定試驗(yàn)是電控標(biāo)定優(yōu)化的重點(diǎn)，電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)主要是LPG噴射脈寬和噴油脈寬的標(biāo)定。為了得到的標(biāo)定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更貼近實(shí)際工況下的數(shù)據(jù)，還需要控制一些影響參數(shù)和外界影響條件。

LPG噴射脈寬和噴油脈寬除直接受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門(mén)位置參數(shù)控制影響外，還受到很多因素的影響，比如進(jìn)氣溫度、蓄電池電壓、冷卻水溫度等多種因素。所以，為了模擬真實(shí)的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況，在進(jìn)行雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)時(shí)，盡可能減少外界條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

標(biāo)定實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作主要有試驗(yàn)所用的柴油和LPG供給充足，LPG噴射閥、減壓閥、步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作正常，這樣獲得的數(shù)據(jù)才是連續(xù)的。蓄電池工作電壓需穩(wěn)定在(10±0.2)V，保證步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正常動(dòng)作。進(jìn)氣溫度需穩(wěn)定在(20±2)℃，貼近于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的進(jìn)氣溫度。冷卻水溫度需穩(wěn)定在(80±2.0)℃。由于電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)采用的標(biāo)定方法是離線穩(wěn)態(tài)優(yōu)化標(biāo)定方法，所以每一次標(biāo)定試驗(yàn)必須在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速充分穩(wěn)定后進(jìn)行工況點(diǎn)的數(shù)據(jù)測(cè)量，而且應(yīng)盡可能地將工況點(diǎn)穩(wěn)定在標(biāo)定實(shí)驗(yàn)選取的工況點(diǎn)處。

3.2 實(shí)驗(yàn)分析方法研究

在本次標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，由于要充分考慮發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，直到確定最佳的控制參數(shù)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況、排氣質(zhì)量均可反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，而發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比可以直接反映出發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒質(zhì)量。對(duì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，一般從發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況、排氣質(zhì)量和發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比三個(gè)方面來(lái)分析其動(dòng)力性、排放性和經(jīng)濟(jì)性。

工況分析是在實(shí)驗(yàn)工程中每時(shí)每刻記錄下發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的工況信息，如轉(zhuǎn)速、功率控制量和ECU的測(cè)控參數(shù)，然后再通過(guò)各種數(shù)學(xué)方法處理分析。由發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特征參數(shù)分析判斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性是否滿足標(biāo)定要求及系統(tǒng)控制策略的合理性。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄下各種排氣分析數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)學(xué)方法分析處理，這就是排氣分析法。排氣狀況的測(cè)量將直接反映出發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸內(nèi)的燃燒質(zhì)量，直接體現(xiàn)了柴油機(jī)的工作性能。

空燃比，指在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工作時(shí)，混合燃燒中空氣和燃料之間的質(zhì)量比例。電控系統(tǒng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量就是控制發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比。空燃比通常有兩種檢測(cè)方式：(1)由進(jìn)氣量和供油量計(jì)算得出，這不能連續(xù)測(cè)量，只能測(cè)試平均空燃比。通常需在穩(wěn)定工況條件下測(cè)量，難以滿足電控系統(tǒng)標(biāo)定要求；(2)根據(jù)排氣狀況，直接得出實(shí)際的空燃比。這種方法是最直接、最簡(jiǎn)單，響應(yīng)時(shí)間快，可以連續(xù)測(cè)量，能夠較好地反應(yīng)出發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的燃燒。

為了更好地分析和研究雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)將采用工況分析和排氣分析相結(jié)合的分析方式。

3.3 工況標(biāo)定范圍

能將柴油機(jī)的各個(gè)工況進(jìn)行精確的控制是電控系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)。MAP圖優(yōu)化也是對(duì)各工況點(diǎn)而言的。臺(tái)架試驗(yàn)需增加對(duì)柴油機(jī)工況點(diǎn)的測(cè)量和控制。柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率確定了各工況點(diǎn)。但功率無(wú)法直接測(cè)量，所以用轉(zhuǎn)速和功率來(lái)表示各工況點(diǎn)，這些參量是功率控制量。在改裝的雙燃料電控系統(tǒng)中通過(guò)油門(mén)大小即節(jié)氣門(mén)位置傳感器來(lái)間接反映功率量，即負(fù)荷。

工況點(diǎn)的測(cè)量主要是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)位置的測(cè)量，而LPG噴射時(shí)間作為目標(biāo)輸出同樣也是需要采集記錄的重要數(shù)據(jù)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)無(wú)限多，而且其工況是連續(xù)的，若標(biāo)定發(fā)動(dòng)機(jī)所有的工況點(diǎn)是不切實(shí)際的，當(dāng)前的標(biāo)定技術(shù)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本文電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)是針對(duì)有限的具有代表意義的工況點(diǎn)的標(biāo)定，并在有限工況點(diǎn)標(biāo)定的基礎(chǔ)上，通過(guò)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模預(yù)測(cè)更多工況點(diǎn)的控制參數(shù)。工況節(jié)點(diǎn)數(shù)愈多，控制精度也就越高，隨之標(biāo)定任務(wù)量也大。所以合理地選取工況標(biāo)定范圍尤為重要。

工況范圍的選取要注意兩點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)各控制量的變化趨勢(shì)大的區(qū)域，節(jié)點(diǎn)應(yīng)密集些，發(fā)動(dòng)機(jī)控制量變化趨勢(shì)大的工況區(qū)域反應(yīng)的是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)功率、排氣變化最大的區(qū)域，同樣也是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行波動(dòng)復(fù)雜的工況范圍；發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況MAP圖中使用頻度高的區(qū)域，也就是說(shuō)，最接近發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)工況范圍，工況節(jié)點(diǎn)要密集些，這樣標(biāo)定實(shí)驗(yàn)才有實(shí)際意義和實(shí)用性。

本次標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的臺(tái)架是無(wú)錫發(fā)動(dòng)機(jī)廠的4SW91-BF210，它的最大扭矩/轉(zhuǎn)速是150 N·M/(1 900～ 2 100)r/min，額定功率是45 Kkw/3 000 r/min。

根據(jù)所選用的錫柴雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況范圍，本文電控系統(tǒng)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)主要標(biāo)定范圍是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 000 r/min～3 000 r/min與油門(mén)位置為20%～100%。將雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的工況點(diǎn)劃分為51×11共561個(gè)工況點(diǎn)，其中轉(zhuǎn)速?gòu)? 000 r/min開(kāi)始，逐次增加200 r/min，增加到3 000 r/min結(jié)束，共11個(gè)速度工況點(diǎn)；油門(mén)位置從20%開(kāi)始，逐次增加1.6%，增加到100%結(jié)束，共51個(gè)油門(mén)工況節(jié)點(diǎn)。

3.4 LPG摻燒率研究

在實(shí)際運(yùn)行中，LPG摻燒量不同，柴油機(jī)的性能也不同，所以LPG不同的摻燒比對(duì)于柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性影響也不同，發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒策略作為整個(gè)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能研究的核心，主要就是各個(gè)工況下柴油和LPG噴射量的確定。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于雙燃料運(yùn)行，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況將柴油與LPG兩種燃料按不同比例噴入氣缸內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)燃燒，使得雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到性能最優(yōu)。

LPG供給系統(tǒng)采用在進(jìn)氣歧管進(jìn)行LPG電控多點(diǎn)順序噴射的技術(shù)方案。在標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)測(cè)功率確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在所選的標(biāo)定工況點(diǎn)后，通過(guò)改變油門(mén)限位齒條機(jī)構(gòu)位置和LPG噴射時(shí)間來(lái)改變柴油和LPG的噴射量。電控系統(tǒng)通過(guò)查找儲(chǔ)存在ECU中的LPG噴射MAP圖，查找出確定的轉(zhuǎn)速和油門(mén)位置所對(duì)應(yīng)的LPG噴射時(shí)間，摻燒策略的重點(diǎn)就是確定LPG噴射MAP圖。

本標(biāo)定實(shí)驗(yàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)離散工況點(diǎn)的柴油和LPG噴射量進(jìn)行標(biāo)定，是在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性不變的前提下，以排放法規(guī)為主要約束條件，來(lái)獲得最大的燃油經(jīng)濟(jì)性。制定摻燒策略的方法是根據(jù)所標(biāo)定的有限的工況點(diǎn)，利用數(shù)學(xué)建模優(yōu)化插值等方法生成連續(xù)不同工況的柴油和LPG脈譜圖，而且LPG最佳摻燒比是在排放性能和經(jīng)濟(jì)性能之間進(jìn)行權(quán)衡確定的，是在發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生保證爆燃的前提下確定的。

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或者低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)溫度比較低，LPG不完全燃燒。這容易造成LPG以尾氣形式排出而造成燃燒效率降下，這時(shí)應(yīng)采用純柴油模式運(yùn)行。因此工況選取范圍在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 000 r/min～3 000 r/min與負(fù)荷20%～100%的范圍內(nèi)，對(duì)LPG噴射量進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。標(biāo)定的工況點(diǎn)有561個(gè)，我們無(wú)法對(duì)所有的標(biāo)定工況點(diǎn)進(jìn)行分析說(shuō)明，本文僅對(duì)中速中負(fù)荷工況點(diǎn)(2 000 r/min、75%負(fù)荷)進(jìn)行分析和說(shuō)明。

3.5 標(biāo)定實(shí)驗(yàn)分析

中速中負(fù)荷工況點(diǎn)(以2 000 r/min、75%負(fù)荷為代表)標(biāo)定，表3、表4為中速中負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表3 中速中負(fù)荷工況點(diǎn)標(biāo)定

表4 中速中負(fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)比

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在2 000 r/min、75%負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，由表3、表4實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，LPG摻燒率與燃油替代率隨著LPG噴射脈寬的增加而增加，在LPG噴射脈寬小于5.25 ms時(shí),燃油替代率大于LPG摻燒率，當(dāng)量燃油消耗量小于純柴油燃油消耗量；在LPG噴射脈寬等于5.25 ms時(shí)，燃油替代率小于摻燒率，當(dāng)量燃油消耗量大于純柴油消耗量。這說(shuō)明LPG噴射脈寬為5.25 ms時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式燃燒性能好，燃燒效率高。此時(shí)燃油成本隨著LPG噴射脈寬增加先升高再下降，在噴射時(shí)間5.25 ms成本變化率下降到最低，為-17.35%，經(jīng)濟(jì)成本下降最多。同時(shí)隨著LPG噴射脈寬的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的CO排放量隨之增加，但增加幅度不大，CO排放量基本維持在1600體積濃度左右，HC排放增加幅度比較大，而NOX排放量反而降低很多。

由表3、表4分析說(shuō)明可以得出，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在中速中高負(fù)荷工況去時(shí)，LPG噴射時(shí)間5.25 ms，LPG摻燒比57.21%最為合適。

其他工況點(diǎn)的標(biāo)定同樣是選取不同的LPG噴射時(shí)間，并進(jìn)行了大量的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，通過(guò)數(shù)據(jù)表格顯示出排放和燃燒的特點(diǎn)，根據(jù)表格分析判斷其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性，得到綜合性能最佳的LPG噴射點(diǎn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的電控標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的，標(biāo)定效率低、任務(wù)量大，不適合修正大量電控參數(shù)的缺陷。在滿足動(dòng)力性的前提下，以排放法規(guī)為約束條件，獲得最佳雙燃料電控參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)系統(tǒng)的理論的研究，制定了雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)標(biāo)定的技術(shù)方案。

1 劉鑫.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽油機(jī)電控標(biāo)定技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2008.

2 李國(guó)岫.車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化標(biāo)定方法的研究[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2005，14(1)：7-10.

3 王維德，孫健國(guó)，李松林.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)建模中的應(yīng)用研究[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2003(6)：845-849.

Abstract: In this paper, through a series of engine operation test of the double fuel engine electronic control calibration test bench, the electronic control calibration method is studied systematically, and the calibration technology scheme of the optimized electronic control system is determined.

Keywords:calibration technique；electronic control system；dual-fuel engine；test-bed

(責(zé)任編輯：譚銀元)

ResearchOnElectronicControlCalibrationTechnologyofdual-FuelVehicleEngine

LUQing
(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology，Wuhan 430050, China)

U464

A

1671-8100(2017)03-0034-05

2017-03-16

呂 青，女，副教授，主要從事內(nèi)燃機(jī)制造與維修方面的教學(xué)和科研工作。