甲醇裂解气发动机喷气MAP的建模与仿真.pdf

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1、董碹张翼：甲醇裂解气发动机喷气MAP的建模与仿真5甲醇裂解气发动机喷气MAP的建模与仿真ModelingandSimulationofGas-injectionMAPofMethanolControlledEngine董碹张翼(中北大学)[摘要]论文针对实验室独立开发的某甲醇裂解气发动机为研究对象，运用数学模型算法对采集进气量和发动机喷气量建立模型。通过改建发动机试验台架，采用试验和参数模型相结合的方法，建立了初始喷气脉宽数学模型。仿真计算得到发动机电控喷射系统的初始的MAP图。[关键词]甲醇裂解

2、气发动机进气压力喷气脉宽MAPKeywords：MethanolControlledEngineIntakepressureInjectionpluse-widthMAP1前言根据我国缺气、富煤的能源结构特点．甲醇作为替代燃料具有良好的发展前景，更是缓解我国石气能源紧张和实现汽车工业可持续发展的重要保障．裂解气发动机就是利用发动机的废气余热和催化剂的作用，将甲醇裂解为裂解气(含氢气和一氧化碳)，然后送到发动机气缸燃烧．由于甲醇完全裂解后燃料的热值较裂解前甲醇的热值提高了20％。所以发动机的燃料经济

3、性提高了．另外，氢气和一氧化碳的燃烧产物是水蒸气和二氧化碳，所以燃烧较清洁。作者使用甲醇裂解气发动机装置，在发动机起动后，排气温度达到3200C，逐渐使用裂解气作为单燃料燃烧来提供发动机动力⋯，通过改建发动机试验台架，采用试验和参数模型相结合的方法．建立了基本的喷气脉宽MAP图。它是三维特性曲面，将其离散后以数据点的形式存储在电子控制单元只读存储器中，以保证发动机在各种工况下提供最佳的空燃比。2甲醇裂解气发动机系统图1是用于裂解气电喷发动机试验方案的总体设计．如图1所示，该发动机装有两套燃料供给系

4、：汽油燃料供给系和甲醇燃料供给系．汽油燃料供给系由汽油箱、汽油泵和进气道喷射汽油喷嘴组成，该燃料系只在起动时使用，在不使用裂解气燃料时与传统燃料系相同．附加的甲醇燃料系由甲醇箱、甲醇泵和甲醇喷嘴、甲醇裂解器、裂解气输送管等组成。甲醇裂解器串联联接在发动机的排气总管上。甲醇液体以液雾的形式通过甲醇喷嘴喷入甲醇裂解器中的预热管后，在排气管余热的作用下转变为甲醇蒸气，然后在催化剂的作用下转变为H：和CO，通过裂解气输送管于节气门前进入进气管与空气混合，而后进入发动机气缸燃烧【2】。图1裂解甲醇系统不薏图

5、3发动机台架试验测控系统为了获得喷气脉宽的控制基本MAP图，首先要建立进气管压力随转速、负荷变化的数学模型，通过全新的数学物理模型来模拟进气压力，进而由气缸容积求出进气量；然后由空燃比计算出所需的喷气量，最后由喷气量特性算出喷气脉宽。而测量相关变量通过重新改建发动机台架试验来完成。发动机台架试验测控系统结构简图如图2所示，主要包括：国产汽气发动机、光电旋转编码器、节气门位置信号传感器、空气质量流量计、气量及点火调节电位计、喷油器、喷气器、喷油和喷气及点火驱动电路、数字采6内燃机与配件2013年第1

6、1期集仪、PC机及板卡和输出设备。医丽丽■转速信号{I上止点ff空气流f}温度传感f{压力传感J}节气门位l信号I量信号}l器信号【l器信号l置信号光电编码器燃油喷卜／，I、叫燃气喷射系统I射系统——广l电子点火系统l—TI．。——r———一．1薹鲨卜—孓兰釜兰!竺r1：一H兰竺竺l艄出设备}]}

7、]kPC+取卡j空制ll机显示器l比较计算图2发动机台架试验测控系统结构简图3．1光电旋转编码器光电旋转编码器是提供有关位置、速度、转矩或传动系统其他动力属性的反馈传感器。光电旋转编码器由安装在发动机轴

8、上，带有变化条带的转轮构成。发动机转动时，光传感器会检测条带的经过并生成电信号。控制器可利用这些信号来确定发动机的转速和上止点信号。旋转编码器应用于角度定位或测量时，通常有A、B、Z三相输出。旋转编码器的输出波形如图3所示。A相和B相输出固定的脉冲。当编码器正向旋转时，A相比B相超前1／4周期：当旋转编码器反向旋转时，B相比A相超前1／4周期。A相和B相输出的方波的相位差为900。编码器每旋转一周。Z相输出一个脉冲。由于编码器每旋转一周．A相和B相输出固定数目的脉冲，则A相和B相每输出一个脉冲，表

9、示编码器旋转了一个固定的角度，当Z相输出一个脉冲时，表示编码器旋转了一周。^n几．几厂]B厂]几厂]n^几厂1几nB几r]厂]厂]图3旋转编码器输出波形3．2进气压力传感器§邕粤豸奢空气滋量社g·h。图4热模式空气流量计的输出特性进气压力传感器在发动机感测到真空度时直接对应产生可变的电压输出信号。它是一个三线传感器，有5V参考电源，其中两条线是参考电源的正负极，另一条是给电脑的输出信号。空气压力传感器在真空度高时(全减速)产生低的电压信号，输出电压接近0V，而在真空度低时(全负荷)