一種提升天然氣發動機排溫的控制方法

0 引言

當今世界，隨著人類對環保的重視，發動機排放法規逐步升級，對發動機排放的要求越來越高，這就要求發動機不僅要有良好的動力性和經濟性，更要能有效降低有害氣體排放。

而隨著汽車保有量的增加，對石油的需求也不斷增加，為緩解石油資源匱乏和需求之間的矛盾及有利于長期可持續穩定的發展和環境保護，需要規劃和發展內燃氣用清潔代用燃料以替代石油基燃料即汽油和柴油。目前汽車的代用燃料主要有天然氣(CNG/LNG)、LPG，太陽能、氫氣及甲醇等。液化石油氣的儲量較少決定了液化石油氣汽車(LPGV)很難有大的發展，而太陽能受地域和天氣的影響較大，決定了其只能作為一種輔助能源。氫氣和甲醇的運行費用較高，且氫氣的運用技術還遠不成熟。天然氣具有資源豐富、價格低廉、排放污染低等突出優點，而且發動機燃用天然氣的技術相對成熟，因而天然氣汽車最容易形成規模化、產業化，是目前最有發展前途的發動機代用燃料，而且天然氣汽車技術相對成熟，使用時間也相對較長，具有一定的經驗。與柴油相比，天然氣資源儲量大安全、可靠、經濟可行、污染較少、易存儲運輸、熱值高等優點，天然氣發動機使用理論空燃比+EGR+TWC，可滿足國六法規。近年來天然氣作為一種清潔的汽車代用燃料，在全球范圍內已經得到了比較廣泛的認可。而隨著汽車保有量的增加，對石油的需求也不斷增加，為緩解石油資源匱乏和需求之間的矛盾及有利于長期可持續穩定的發展和環境保護，需要規劃和發展內燃氣用清潔代用燃料以替代石油基燃料即汽油和柴油。目前汽車的代用燃料主要有天然氣(CNG/LNG)、LPG，太陽能、氫氣及甲醇等。液化石油氣的儲量較少決定了液化石油氣汽車(LPGV)很難有大的發展，而太陽能受地域和天氣的影響較大，決定了其只能作為一種輔助能源。氫氣和甲醇的運行費用較高，且氫氣的運用技術還遠不成熟。天然氣具有資源豐富、價格低廉、排放污染低等突出優點，而且發動機燃用天然氣的技術相對成熟，因而天然氣汽車最容易形成規模化、產業化，是目前最有發展前途的發動機代用燃料，而且天然氣汽車技術相對成熟，使用時間也相對較長，具有一定的經驗。與柴油相比，天然氣資源儲量大安全、可靠、經濟可行、污染較少、易存儲運輸、熱值高等優點，天然氣發動機使用理論空燃比+EGR+TWC，可滿足國六法規。近年來天然氣作為一種清潔的汽車代用燃料，在全球范圍內已經得到了比較廣泛的認可。

天然氣發動機的后處理部件三元催化劑需要達到一定的溫度才能起燃工作，發動機冷啟動或者暖機過程中，排氣溫度較低，三元催化劑的效率較低，處理尾氣排放物的能力比較低，研究表明，在冷態WHTC循環中，催化器起燃之前的排放污染物有些能達到60%左右。因而發動機啟動完成后，如何快速的提溫很關鍵，這也成為行業內的重點關注的問題。

傳統的提高排溫方式有以下幾種，①改變燃燒參數提溫，調整過量空氣系數、調整點火提前角、發動機怠速提升；②增加加熱裝置，如在催化器之前加裝電加熱的加熱格柵；③增加硬件或優化現有硬件，改變燃燒，主要從增壓器匹配、燃燒室結構、點火系統改善、活塞壓縮比匹配、降低排氣壓力、改善排氣相位等改變燃燒，促進快速暖機；④采用兩級催化器，其中一個是緊耦合催化器，使催化器盡量靠近發動機，減少熱損失；⑤增加保溫材料，如包裹隔熱棉隔熱護套等。

李紅濤[2]以某單一立柱三樁海上風機基礎為例，通過對其結構強度、動力特性與疲勞強度進行分析，認為疲勞強度是海上風機基礎結構設計的主控因素，并認為整個風機的動力特性和基礎節點的形式是影響疲勞強度的重要因素。

以上方案在實際中均有應用，各有優缺點。比如傳統調整過量空氣系數的方法，會導致三元催化劑效率下降。另外，除了電加熱方式是使用電池能量對加熱格柵加熱以促進催化器快速起燃之外，其他均是依靠發動機廢氣對催化器加熱，廢氣能量是提高催化器溫度最直接的來源，充分利用廢氣能量是提升催化器快速起燃的關鍵。本文采用的方法也在利用排氣能量提高催化劑的起燃速度，在保持總的過量空氣系數為1不變，即每個工作循環總噴射量不變的基礎上，通過調整噴射執行順序的方法來改變混合氣的混合，快速提升排溫。

1 噴射系統介紹

想要提高小學語文課堂教學的效率，達到小學語文教育的理想境界，就需要教師改革教學理念，為學生營造良好的學習氛圍，加強課堂教學中的有效互動，同時還應積極創新傳統教學模式，采取多樣化教學方式，正確地引導學生，培養學生自主預習的習慣，激發學生對小學語文學習興趣，培養學生的發散思維與創造力，提高小學語文課堂教學的整體質量與效果，達到小學語文課堂教學目標。

進氣道混合器預混供氣方式為，發動機供氣系統包含一個與化油器類似的部件混合器，燃氣與空氣靠缸內負壓倍吸入混合器混合后進氣氣缸燃燒。

電控單點噴射系統(SPI)實在進氣管節氣門上方裝一個中央噴射裝置，噴射閥集中噴射，氣體機噴射進氣管與空氣混合后由進氣管分配到氣缸中進行燃燒做功。

量子點電視以高色域表現、壽命長、顯色效果強為特征。據國家廣播電視產品質量監督檢驗中心副總經理劉志剛公布的權威檢測數據顯示，在NTSC標準下，普通LED電視的色域只有72%、第一代高色域電視只有82%、第二代高色域電視約96%，而量子點電視色域覆蓋率卻高達110%。在使用壽命方面，量子點電視采用無機材料，穩定性強。

電控多點噴射系統(MPI)為在每個氣缸的進氣口處裝一個噴嘴，由ECU控制按照一定的模式分別對各個氣缸進行專門的噴射。

缸內直接噴射，MPI和SPI兩種噴射方式

均屬于進氣道噴射，屬于缸外噴射，氣缸內直接噴射將氣體直接噴入氣缸內。

三、噴射壓力：壓力太高，儲氣瓶中的天然氣得不到充分利用，壓力太低，不利于進氣，工作壓力是噴射閥選型的重要參數；

三、采用高壓EGR控制技術，精確控制EGR流量

一、單點進氣道噴射天然氣

罪惡感和愧疚感一并襲來，我放下手機，恨不得乘最快的航班飛回去。此時此刻，我終于明白媽媽為什么一直訓斥我“不懂事”，我不僅不懂事，簡直無知至極。

該系統具有如下的功能：

為了獲得較為準確的車輛行駛速度，本試驗采用了波形曲線分析與現場實時錄像測試相結合的方法。跨中撓度最大值取自80 Hz低頻濾波后曲線。由于試驗數據較多且各試驗梁規律相同，此處只給出FCB梁、PCB梁跨中最大動撓度與速度的關系，見圖9。

五、驅動特性和功率；

五、高能點火線圈，保證各缸單獨點火

“把孩子帶向球場”的意義可以從排球“海南現象”中得到佐證。筆者曾對2018年河南省十三屆運動會學生組排球比賽暨河南省大學生“華光”體育活動第十六屆排球比賽進行調查，發現男子甲組(普通大學生組)共有22支隊伍、248名運動員，其中，海南籍運動員41人，占外省籍球員數量的51.5%。訪談發現，海南學生之所以有那么多的排球參與者，其重要原因并不是學校排球開展得好，更不是排球師資力量雄厚或者排球教師教學方法先進，而是他們的家人給他們買了一個排球作為玩具，并把他們帶到了球場上。筆者認為，足球運動要想蓬勃開展，道理亦然。

六、采用廢氣旁通閥，控制進氣增壓壓力

二、采用寬域氧傳感器、PID閉環控制技術、當量燃耗控制技術

天然氣發動機的控制功能是靠執行機構完成的，執行機構性能的好壞直接影響到發動機的綜合性能，因此執行機構的選擇必須經過準確分析和計算。對于天然氣發動機來說，執行器主要是天然氣噴射閥。當接收到ECU的驅動信號后，噴射開始工作。近年來研制開發出的天然氣噴射閥主要非為以下幾種，按照噴射方式的不同，噴射系統可分為連續流噴射閥和脈沖噴射閥；按照燃氣噴射壓力的不同，可分為低壓閥和高壓閥；本文選擇的氣體機噴射閥選型依據如下：

通過實施啤酒大麥不同灌水量試驗，發現增加灌水量能顯著提高啤酒大麥產量，灌水不足時，啤酒大麥產量很低，隨著灌水的增多，啤酒大麥產量逐步提高；當灌水量在1 500 m3/hm2以上時，產量水平較高且基本保持穩定，同時能有效提高灌水效益，可以實現啤酒大麥安全節水生產。灌水量對啤酒大麥農藝性狀的影響也很顯著，灌水量高，則株高、穗長、穗粒數也會增加，其中在1 500 m3/hm2灌溉水平以上，株高、穗長、穗粒數均較好，這與陳躍武等[1]的研究結果基本一致。

一、可靠性、耐久性及安全性要求；

在發展和應用天然氣發動機的過程中，最關鍵技術是天然氣的供給方式，它很大程度上會影響發動機的動力性、經濟型、安全可靠性以及排放性能，天然氣的供氣方式根據技術的發展主要分為以下幾種：進氣道混合器預混合、電控單點噴射系統(SPI)、電控多點噴射系統(MPI)、缸內直接噴射。

二、一致性：本文天然氣發動機采用進氣總管處單點噴射的供氣方式，在進總管處共安裝了12個噴射閥應該有較好的一致性；

本文研究的為電控單點噴射系統(SPI)，是在進氣管節氣門下方裝一個中央噴射裝置，中央噴射裝置安裝有噴嘴，燃氣經噴嘴噴出后進入進氣管與空氣混合后，由進氣歧管分配到各個氣缸進行做功，系統可以由ECU進行燃料噴射，燃料供應準確、均衡、穩定性好。圖1為天然氣發動機單點噴射示意圖：

四、噴射頻率：本文研究的天然氣發動機最高轉速為2150r/min，每個工作循環每個噴射閥需要噴射一次；

四、采用電子節氣門開度，保證進氣的準確性

由此又導致了，誰都不想收獲“零和博弈”中的那個“零”，所以大家就選擇了“演戲”。把自己“裝扮”成天使，把自己“表演”成很厲害的樣子，以掩蓋自己的真相，或隱藏自己的真實意圖，或掩藏自己的缺點與錯誤。這就是“偽君子”“兩面人”產生的現實土壤。大家都是演員，彼此心照不宣，區別是目的有所不同、演技不同、演出效果不同。

活血軟堅方（SEHM）由三棱、莪術、海藻、牡蠣組成。朱思行等[9]發現不同濃度SEHM的可以促進SIVc出芽且交叉效用，特殊濃度下可以促進HUVECs增殖，增殖作用可能與細胞內相關蛋白Akt、p38、p-p38、p44/42、p-p44/42、VEGF-A及其受體（VEGFR-1）有關。說明在體內和體外兩種環境下，SEHM促血管新生作用，可能與VEGF信號通路激活有關。

六、開關特性：即開閉響應時間，為提高噴射閥響應性，一般都設計有boost驅動，如圖2所示。通過調整peak電流，增大T2，來增大開啟驅動力。

在綜合考慮了以上參數后本文開發的天然氣發動機選用博世的NGI2型脈沖噴射閥，如圖3所示。性能參數為：額定電壓27.6V，額定氣體壓力為7Bar，內泄漏為0，最大工作頻率不小于200Hz，電磁閥響應時間為3ms，使用溫度范圍為-30℃～125℃。

2 噴射控制方法設計

要保證天然氣發動機排溫快速上升，控制策略的設計是關鍵。

本文適用于單點噴射的燃氣發動機。發動機正常工作時，每個工作循環各缸的噴射量是平均的。此時如果保證每個工作循環各缸總的噴射量不變，并且不失火的前提下，如果通過某種方式，適當減少某幾缸的噴射量，增加某幾缸的噴射量，這樣各缸的混合狀況會發生變化，進而影響燃燒，從而改變排溫。另外，噴射閥是脈沖式噴射，所以進氣管內空氣和天然氣的混合也是呈濃稀變化的，但發動機正常工作時，平均分配到每個缸的燃氣量還是相等的。利用以上特性，在保證每個工作循環噴射總量不變，即保證過量空氣系數不變的前提下，設計噴射調度策略，在有提高排溫請求時，斷掉其中的一路噴射，即可實現各缸燃氣量的不平均分配，實現排溫的提升。以下是具體的策略說明。

當不需求提高排溫請求時，此時不需要排溫的快速提升，按照如下的順序噴射執行。以四缸機為例，一個工作循環曲軸轉角為720°，每相鄰兩個發火缸的上止點間隔角度為180°；假定1缸上止點為0°，噴射提前角為0°，其他三個缸相對一缸的噴射提前角分別為180°，360°和540°。噴射閥1～4按照發火順序與缸依次對應，噴射順序如圖4所示。

當需要提高排溫的請求時，此時需要排溫的快速提升。關閉其中的一只噴射閥，用其他三只噴射閥來彌補所關閉噴射閥的噴射量。這樣每只噴射閥的噴射量需要額外增加三分之一。另外，為了在720度之內，三次噴射均勻分配，需要將三次噴射的噴射位置做一個偏移，噴射順序如圖5所示。

當提高排溫完成后，重新切換成圖4的噴射執行順序。

3 實驗驗證以及結果分析

為了驗證該策略的有效性，在發動機臺架對一臺滿足國六排放標準的天然氣發動機上進行了驗證，臺架驗證設備如表1：

近日，由云南建投集團參與承建的柬埔寨西哈努克市昊利旅游娛樂綜合體項目進展順利，中國工人和柬埔寨工人一起操作安裝，建筑工地一片繁忙。

設計的具體實驗內容如下：

固定發動機工況，選擇不同的發動機轉速、扭矩點，對比開啟該策略和關閉該策略的發動機排溫的情況，如表2所示：

從以上可以看出，開啟該策略后，在發動機不同的工況，發動機排溫均有不同的程度的上升，但是燃油經濟性略有下降。充分說明該策略可以起到提高排溫的作用。

由于該策略會導致燃油經濟進行下降，后續可以將策略細化，篩選出排溫上升比較明顯的工況，并結合排溫提升的需求，短暫的開啟該策略。排溫提升請求完成后，再切換到原來的噴射調度策略，盡量降低燃油經濟性的下降。

[1]王樹青,等編著.先進控制技術以及應用[M].科學出版社,2001.

[2]陳林林,孫仁云,吳本成.天然氣發動機空燃比控制策略的研究與仿真[J].電子科技大學學報.2007,36(2):294-297.

[3]吉林大學汽車工程系編著．汽車構造.第六版[M]．北京:人民交通出版社，2013．6.

[4]王東亮,肖劍.氧傳感器響應變慢自適應空燃比閉環控制方法研究[J].內燃機工程2015(2):12.

[5]清華大學余志生主編．汽車理論.第5版[M]．北京:機械工業出版社，2009．3(2015.1重印).

[6] 鄭國勇，劉凱，等，天然氣汽車的應用情況與發展動態研究[J]. 內燃機. 2007(5):1-4.