天然气汽车的燃料换控制原理.doc

汽油/天然气汽车的燃料转换控制原理 2005-05-19?[ 字体：大 中 小 ]?作者： 仇世侃 蹇小平 张春化 　　[摘要]介绍了汽油/天然气双燃料汽车的燃料转换控制原理，阐述了转换开关控制器逻辑控制单元的工作原理。 　　[主题词]控制原理汽车汽油/天然气 　　1　引言 　　天然气(CNG)汽车是以压缩天然气为燃料的汽车，其CO排放量比汽油车减少90%以上，HC排放减少70%以上，NO)(排放减少35%以上，是目前较为实用而且已大为采用的低排放汽车。我国自1999年开始实施清洁汽车行动以来，清洁燃气汽车的推广应用工作得到了发展，取得了阶段性成果。截至2003年底，全国已拥有CNG汽车8万余辆，CNG加气站367座。 　　鉴于目前加气站难以满足CNG汽车充气，可在保留汽车的汽油供应系统基础上，另增CNG供应系统，将CNG减压后直接供给发动机，可通过燃料转换控制装置选择CNG或燃油，这种汽车被称为汽油/天然气双燃料汽车，国际上的CNG汽车大多数属于这一类。目前我国改装的双燃料汽车已达15万多辆，主要分布在四川省及重庆市，西安、北京等大城市也有双燃料汽车。 　　虽然近几年来我国双燃料汽车的技术水平得到了一定的发展，但与国外相比仍有较大差距。本文以意大利LOVATO的燃料转换控制系统为例，介绍双燃料汽车的燃料转换控制原理。 　　2　双燃料汽车的燃料转换控制原理 　　汽油/天然气双燃料汽车按燃气混合供给控制装置不同，可分为开环混合器供气系统、闭环带电控动力阀的混合器供气系统和电控燃气喷射三大类，其专用装置的不同之处主要体现在对混合气的形成方式，对混合气浓度控制方式，以及是单点喷气控制，还是多点顺序喷气控制等少数部件上，其它专用装置基本相同。目前，国内外的电喷车上普遍采用混合器方式的闭环控制系统，匹配后的动力性、排放性能、燃料经济性等指标基本能够满足使用的要求。图1为汽油/天然气双燃料发动机闭环控制系统的工作原理。 　　图1　汽油/天然气双燃料发动机闭环控制供气系统原理 　　在闭环控制中，燃气供给系统增加了燃气ECU，并利用原车的氧传感器实现空燃比闭环控制，同时在减压调节器和混合器之间增加了由燃气ECU控制的步进电机功率阀，这样就可通过燃气ECU、氧传感器、电控功率阀使发动机在各种工况下都能获得最佳的空燃比。工作方式是：燃用汽油时切断天然气的供给，燃用天然气时切断汽油的供给。无论哪种工作方式，混合气都是预混图2LOVATO电喷发动机汽油/天然气转换控制系统电器原理图并由电火花点燃。 图2　为LOVATO电控汽油喷射发动机汽油/天然气转换控制系统电器原理图。 　　与电控汽油喷射发动机比较，双燃料发动机所增加的各主要电控部分的功能是： 　　燃气ECU：在燃用燃气时，根据发动机的进气压力信号和氧传感器信号、节气门位置信号、转速信号等进行分析计算，控制步进电机的动作等。 　　转换开关控制器：利用逻辑控制单元，通过燃料转换开关来实现使用燃气和使用汽油之间的燃料转换过程，并相应指示使用燃料的情况(通过指示灯显示)；在使用CNG时显示高压气瓶内的燃气压力，以便使驾驶员掌握剩余燃气量。 　　模拟器(也称仿真器)：控制汽油的喷射，在燃用汽油时，接通喷油器控制电路，保持汽油喷射系统的正常工作；使用燃气时切断汽油喷嘴的控制电路，同时向汽油ECU输入汽油喷射模拟信号，保持汽油ECU的正常工作。 　　点火提前角调节器：使用CNG时，在汽油ECU控制的点火提前角的基础上，自动加大一定的度数，以弥补CNG燃烧速度较慢的缺点；使用汽油工作时，恢复汽油ECU控制的点火时间。 　　步进电机功率阀：执行燃气ECU的指令，以控制燃气的供给量，保证混合气的空燃比在理论值附近。 　　减压器：将储气瓶输出的具有很大压力(约为20MPa)的CNG调节成满足发动机工作需要的CNG。 　　3　双燃料汽车的转换开关控制器工作原理 　　LOVATO的油/气转换控制系统采用的是油启动型、减速预定值油/气转换控制，即无论油/气转换开关在任何位置均使用汽油启动；当转换开关在气档使用汽油启动后，将发动机转速加速至高于预定的发动机转速，然后减速，当转速降至预定值时，燃料自动转换到燃气。图3为LOVATO转换开关控制器逻辑控制单元电路原理框图。 　　汽油/天然气的转换是通过驾驶员按下图3中的燃料转换开关来完成的，为了方便驾驶员操作，转换开关一般安装在仪表台面板上。LOVATO的燃料转换开关面板如图4所示。 　　图4中的油/气转换开关是一个两档翘板开关，用来给转换开关控制器提供燃用汽油或燃用CNG的控制信号；由转换开关控制器中的逻辑控制单元进行判断，向燃气ECU、模拟器、点火提前角控制器等提供相应的控制信号。强制气启动开关是一个点动按钮，用于气转油过渡时，燃油一时供应不上，临时补充