賈厚東+王海濤+李越超

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)和生活的不斷發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來越大，同時(shí)，因?yàn)槟茉磫栴}所引發(fā)的環(huán)境污染也越來越引起各方的重視。以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，以能耗低、排放小，成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究的一個(gè)重點(diǎn)課題。

關(guān)鍵詞 模型；發(fā)動(dòng)機(jī)；電控技術(shù)；邏輯

中圖分類號(hào)：TK4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0012-01

隨著經(jīng)濟(jì)和生活的不斷發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來越大，同時(shí)，因?yàn)槟茉磫栴}所引發(fā)的環(huán)境污染也越來越引起各方的重視。世界范圍內(nèi)各國都在積極尋找和開發(fā)可替代石油的新能源，而天然氣以其良好的可開采性、經(jīng)濟(jì)性、低污染引起了各國科技人員的重視，而通過以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，以能耗低、排放小，成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究的一個(gè)重點(diǎn)課題。

1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)概述

與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)也是一種構(gòu)造比較復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器，有許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成，主要包含有以下機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成：1）配氣機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣系統(tǒng)；2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)；3）機(jī)體和氣缸蓋組件；4）燃?xì)夤┙o系統(tǒng)；還有天然氣穩(wěn)壓裝置、調(diào)壓閥、燃?xì)鉃V清器、燃?xì)饪刂崎y與電磁閥、混合器等部件組成。其功用是將燃?xì)膺M(jìn)行濾清、凈化，并穩(wěn)定其壓力，以一定流量送往燃?xì)膺M(jìn)氣通道，使其與空氣均勻混合，送入氣缸內(nèi)，實(shí)現(xiàn)燃燒過程。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是排污染低：CO排入量是汽油機(jī)的1/15，HC排放量是汽油機(jī)的1/5，SO2排放量是汽油機(jī)的1/10，CO2的排放量是汽油機(jī)的4/5，另外，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)造成潤滑油稀釋，可延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，同時(shí)還可降低噪聲等。盡管如此，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中仍然存在一些問題，其中最為突出的是發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕與早期磨損的問題。

2 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)面臨的難題

1）CNG發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型存在一定缺陷：無法準(zhǔn)確反映進(jìn)、排氣門對(duì)輸出的影響 ，也忽略了各缸之間差異性，從而使得排放的變化無法反映出來。這一點(diǎn)主要因?yàn)榇蠖鄶?shù)模型都是基于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)模型開發(fā)的，沒有考慮進(jìn)氣管內(nèi)氣體混后的特性化；

2）控制方法的研究多采用離散多變量非線性時(shí)滯系統(tǒng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)在空燃比的控制上面是離散系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)速的控制則被認(rèn)為是連續(xù)系統(tǒng)，這就需要通過正確的數(shù)學(xué)模型才能反映出來，但因?yàn)镃NG發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的技術(shù)也在不斷研究變化，相應(yīng)技術(shù)資料可供參考的數(shù)量有限，這也給控制方面的研究造成難度。

3）在壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)中，針對(duì)閉環(huán)的控制多采用PID控制，開環(huán)控制則采用MAP 圖來實(shí)現(xiàn)，而針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的工況，在采用PID控制過程中，為提高控制的精度，需要標(biāo)定大量數(shù)據(jù)和參數(shù)，有的甚至達(dá)到7000個(gè)以上，這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程不僅耗費(fèi)資金，也增加了開發(fā)的周期。如何實(shí)現(xiàn)算法的高精度和可靠性，是開發(fā)的一個(gè)難點(diǎn)。

4）現(xiàn)有的控制策略和排放優(yōu)化方案主要依靠臺(tái)架人工作業(yè)，其效率低、費(fèi)用高、周期長。而提高控制優(yōu)化效率，就需要依靠智能優(yōu)化的方法來實(shí)現(xiàn)。

3 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯及優(yōu)化

1）CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯。相對(duì)早期的進(jìn)氣負(fù)荷模型，燃油發(fā)動(dòng)的扭矩模型對(duì)排放性能有了大幅提升，扭矩模型根據(jù)油門傳遞信息視為扭矩的需求信號(hào)，對(duì)通過扭矩大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制裝置的協(xié)調(diào)和管理，從而達(dá)到降低能耗的目的。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)減小，就需要對(duì)發(fā)出請(qǐng)求的扭矩進(jìn)行核實(shí)，然后給予相應(yīng)的響應(yīng)。實(shí)現(xiàn)控制邏輯是CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯的重點(diǎn)，根據(jù)需要，完成對(duì)需要空氣進(jìn)氣量的計(jì)算，再通過依據(jù)當(dāng)前進(jìn)氣量，完成噴氣和點(diǎn)火，這三個(gè)控制邏輯模塊是發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)中最基本的模塊。

圖1 扭矩模型控制邏輯圖

2）工況的判斷。發(fā)動(dòng)機(jī)需要經(jīng)常處于不同的工況環(huán)境中工作，如低速、高速、怠速、坡道、彎道、農(nóng)田、沼澤等，在不同工況運(yùn)行時(shí)，需要通過檔位的切換來適應(yīng)工況的變化，而發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)工況的判斷是否正確、響應(yīng)是靈敏，直接影響到控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，因此，對(duì)工況及時(shí)準(zhǔn)確的判斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)十分重要。工況一般劃分為兩大類：故障工況和常規(guī)工況。其中故障工況有：發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高、極限速度斷氣、傳感器失效、綜合偏差過高等；常規(guī)工況主要根據(jù)油門踏板位置信號(hào)、冷卻溫度、進(jìn)氣溫度、轉(zhuǎn)速變化等來綜合確定，主要包括：冷怠速、熱怠速、急加速、啟動(dòng)、排放工況等。如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高：IF Tmot>120℃，出現(xiàn)溫度異常，就需要將CNG噴射控制脈寬相應(yīng)減小，進(jìn)入輕負(fù)荷狀態(tài)，降低水溫修正工況，對(duì)大負(fù)荷不響應(yīng)。

3）點(diǎn)火提前交角計(jì)算。點(diǎn)火提前交角的計(jì)算，主要的難點(diǎn)在于如果點(diǎn)火提前交角不準(zhǔn)確，出現(xiàn)偏差，就會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體造成較大的影響，甚至損壞發(fā)動(dòng)機(jī)本體。在計(jì)算點(diǎn)火提前交角時(shí)，要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比、大氣壓力、轉(zhuǎn)速變化率、冷卻水溫等諸多因素。優(yōu)秀的點(diǎn)火控制需要在滿足輸出扭矩盡可能大的前提下，綜合考慮各種因素影響。在CNG發(fā)動(dòng)機(jī)方面，當(dāng)其燃燒溫度高時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致傳播火焰慢，缸內(nèi)壓力上升遲緩，這時(shí)需要將提前角增加。但如果調(diào)節(jié)過大，又會(huì)影響到排放性能，導(dǎo)致NOx增加。

4）空氣流量計(jì)算。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性，空氣流量信號(hào)設(shè)計(jì)有兩個(gè)通道：一路是在空氣流量計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的輸出變化，控制進(jìn)氣量和負(fù)載；另一路則根據(jù)轉(zhuǎn)速、水溫、氣門開度變化等，來計(jì)算和控制進(jìn)氣流量?？諝饬髁康牟蓸右话悴扇?-10 ms的頻率，為降低其他信號(hào)的干擾，消除空氣流量計(jì)、進(jìn)氣管壓力隨缸體工作所產(chǎn)生波動(dòng)，在控制邏輯中加了二次濾波，來達(dá)到精確計(jì)算進(jìn)氣量之目的?？諝饬髁啃盘?hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的影響非常大，當(dāng)空氣流量信號(hào)丟失，發(fā)動(dòng)機(jī)就無法正常工作。

4 結(jié)束語

CNG發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)在我國尚未形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)替代品，而委托國外技術(shù)公司開發(fā)的產(chǎn)品，又因價(jià)格高昂、周期長而受到限制，加之燃油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在我國尚未完全掌握，而CNG發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)比燃油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研發(fā)困難更大。單從技術(shù)研發(fā)層面來看，發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)通過精確控制進(jìn)氣流量、燃料噴射和點(diǎn)火，能夠大幅提升發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能，是動(dòng)力總成技術(shù)的核心和熱點(diǎn)之一。

參考文獻(xiàn)

[1]周龍保，高宗英.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]陳飛.壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的研究[D].西華大學(xué)，2006.

[3]帥英梅.渦輪增壓柴油機(jī)電控調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真[D].華中科技大學(xué)，2004.endprint

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)和生活的不斷發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來越大，同時(shí)，因?yàn)槟茉磫栴}所引發(fā)的環(huán)境污染也越來越引起各方的重視。以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，以能耗低、排放小，成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究的一個(gè)重點(diǎn)課題。

關(guān)鍵詞 模型；發(fā)動(dòng)機(jī)；電控技術(shù)；邏輯

中圖分類號(hào)：TK4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0012-01

隨著經(jīng)濟(jì)和生活的不斷發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來越大，同時(shí)，因?yàn)槟茉磫栴}所引發(fā)的環(huán)境污染也越來越引起各方的重視。世界范圍內(nèi)各國都在積極尋找和開發(fā)可替代石油的新能源，而天然氣以其良好的可開采性、經(jīng)濟(jì)性、低污染引起了各國科技人員的重視，而通過以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，以能耗低、排放小，成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究的一個(gè)重點(diǎn)課題。

1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)概述

與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)也是一種構(gòu)造比較復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器，有許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成，主要包含有以下機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成：1）配氣機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣系統(tǒng)；2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)；3）機(jī)體和氣缸蓋組件；4）燃?xì)夤┙o系統(tǒng)；還有天然氣穩(wěn)壓裝置、調(diào)壓閥、燃?xì)鉃V清器、燃?xì)饪刂崎y與電磁閥、混合器等部件組成。其功用是將燃?xì)膺M(jìn)行濾清、凈化，并穩(wěn)定其壓力，以一定流量送往燃?xì)膺M(jìn)氣通道，使其與空氣均勻混合，送入氣缸內(nèi)，實(shí)現(xiàn)燃燒過程。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是排污染低：CO排入量是汽油機(jī)的1/15，HC排放量是汽油機(jī)的1/5，SO2排放量是汽油機(jī)的1/10，CO2的排放量是汽油機(jī)的4/5，另外，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)造成潤滑油稀釋，可延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，同時(shí)還可降低噪聲等。盡管如此，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中仍然存在一些問題，其中最為突出的是發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕與早期磨損的問題。

2 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)面臨的難題

1）CNG發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型存在一定缺陷：無法準(zhǔn)確反映進(jìn)、排氣門對(duì)輸出的影響 ，也忽略了各缸之間差異性，從而使得排放的變化無法反映出來。這一點(diǎn)主要因?yàn)榇蠖鄶?shù)模型都是基于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)模型開發(fā)的，沒有考慮進(jìn)氣管內(nèi)氣體混后的特性化；

2）控制方法的研究多采用離散多變量非線性時(shí)滯系統(tǒng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)在空燃比的控制上面是離散系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)速的控制則被認(rèn)為是連續(xù)系統(tǒng)，這就需要通過正確的數(shù)學(xué)模型才能反映出來，但因?yàn)镃NG發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的技術(shù)也在不斷研究變化，相應(yīng)技術(shù)資料可供參考的數(shù)量有限，這也給控制方面的研究造成難度。

3）在壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)中，針對(duì)閉環(huán)的控制多采用PID控制，開環(huán)控制則采用MAP 圖來實(shí)現(xiàn)，而針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的工況，在采用PID控制過程中，為提高控制的精度，需要標(biāo)定大量數(shù)據(jù)和參數(shù)，有的甚至達(dá)到7000個(gè)以上，這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程不僅耗費(fèi)資金，也增加了開發(fā)的周期。如何實(shí)現(xiàn)算法的高精度和可靠性，是開發(fā)的一個(gè)難點(diǎn)。

4）現(xiàn)有的控制策略和排放優(yōu)化方案主要依靠臺(tái)架人工作業(yè)，其效率低、費(fèi)用高、周期長。而提高控制優(yōu)化效率，就需要依靠智能優(yōu)化的方法來實(shí)現(xiàn)。

3 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯及優(yōu)化

1）CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯。相對(duì)早期的進(jìn)氣負(fù)荷模型，燃油發(fā)動(dòng)的扭矩模型對(duì)排放性能有了大幅提升，扭矩模型根據(jù)油門傳遞信息視為扭矩的需求信號(hào)，對(duì)通過扭矩大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制裝置的協(xié)調(diào)和管理，從而達(dá)到降低能耗的目的。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)減小，就需要對(duì)發(fā)出請(qǐng)求的扭矩進(jìn)行核實(shí)，然后給予相應(yīng)的響應(yīng)。實(shí)現(xiàn)控制邏輯是CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯的重點(diǎn)，根據(jù)需要，完成對(duì)需要空氣進(jìn)氣量的計(jì)算，再通過依據(jù)當(dāng)前進(jìn)氣量，完成噴氣和點(diǎn)火，這三個(gè)控制邏輯模塊是發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)中最基本的模塊。

圖1 扭矩模型控制邏輯圖

2）工況的判斷。發(fā)動(dòng)機(jī)需要經(jīng)常處于不同的工況環(huán)境中工作，如低速、高速、怠速、坡道、彎道、農(nóng)田、沼澤等，在不同工況運(yùn)行時(shí)，需要通過檔位的切換來適應(yīng)工況的變化，而發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)工況的判斷是否正確、響應(yīng)是靈敏，直接影響到控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，因此，對(duì)工況及時(shí)準(zhǔn)確的判斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)十分重要。工況一般劃分為兩大類：故障工況和常規(guī)工況。其中故障工況有：發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高、極限速度斷氣、傳感器失效、綜合偏差過高等；常規(guī)工況主要根據(jù)油門踏板位置信號(hào)、冷卻溫度、進(jìn)氣溫度、轉(zhuǎn)速變化等來綜合確定，主要包括：冷怠速、熱怠速、急加速、啟動(dòng)、排放工況等。如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高：IF Tmot>120℃，出現(xiàn)溫度異常，就需要將CNG噴射控制脈寬相應(yīng)減小，進(jìn)入輕負(fù)荷狀態(tài)，降低水溫修正工況，對(duì)大負(fù)荷不響應(yīng)。

3）點(diǎn)火提前交角計(jì)算。點(diǎn)火提前交角的計(jì)算，主要的難點(diǎn)在于如果點(diǎn)火提前交角不準(zhǔn)確，出現(xiàn)偏差，就會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體造成較大的影響，甚至損壞發(fā)動(dòng)機(jī)本體。在計(jì)算點(diǎn)火提前交角時(shí)，要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比、大氣壓力、轉(zhuǎn)速變化率、冷卻水溫等諸多因素。優(yōu)秀的點(diǎn)火控制需要在滿足輸出扭矩盡可能大的前提下，綜合考慮各種因素影響。在CNG發(fā)動(dòng)機(jī)方面，當(dāng)其燃燒溫度高時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致傳播火焰慢，缸內(nèi)壓力上升遲緩，這時(shí)需要將提前角增加。但如果調(diào)節(jié)過大，又會(huì)影響到排放性能，導(dǎo)致NOx增加。

4）空氣流量計(jì)算。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性，空氣流量信號(hào)設(shè)計(jì)有兩個(gè)通道：一路是在空氣流量計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的輸出變化，控制進(jìn)氣量和負(fù)載；另一路則根據(jù)轉(zhuǎn)速、水溫、氣門開度變化等，來計(jì)算和控制進(jìn)氣流量?？諝饬髁康牟蓸右话悴扇?-10 ms的頻率，為降低其他信號(hào)的干擾，消除空氣流量計(jì)、進(jìn)氣管壓力隨缸體工作所產(chǎn)生波動(dòng)，在控制邏輯中加了二次濾波，來達(dá)到精確計(jì)算進(jìn)氣量之目的?？諝饬髁啃盘?hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的影響非常大，當(dāng)空氣流量信號(hào)丟失，發(fā)動(dòng)機(jī)就無法正常工作。

4 結(jié)束語

CNG發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)在我國尚未形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)替代品，而委托國外技術(shù)公司開發(fā)的產(chǎn)品，又因價(jià)格高昂、周期長而受到限制，加之燃油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在我國尚未完全掌握，而CNG發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)比燃油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研發(fā)困難更大。單從技術(shù)研發(fā)層面來看，發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)通過精確控制進(jìn)氣流量、燃料噴射和點(diǎn)火，能夠大幅提升發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能，是動(dòng)力總成技術(shù)的核心和熱點(diǎn)之一。

參考文獻(xiàn)

[1]周龍保，高宗英.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]陳飛.壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的研究[D].西華大學(xué)，2006.

[3]帥英梅.渦輪增壓柴油機(jī)電控調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真[D].華中科技大學(xué)，2004.endprint

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)和生活的不斷發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來越大，同時(shí)，因?yàn)槟茉磫栴}所引發(fā)的環(huán)境污染也越來越引起各方的重視。以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，以能耗低、排放小，成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究的一個(gè)重點(diǎn)課題。

關(guān)鍵詞 模型；發(fā)動(dòng)機(jī)；電控技術(shù)；邏輯

中圖分類號(hào)：TK4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）10-0012-01

隨著經(jīng)濟(jì)和生活的不斷發(fā)展，人們對(duì)能源的需求也越來越大，同時(shí)，因?yàn)槟茉磫栴}所引發(fā)的環(huán)境污染也越來越引起各方的重視。世界范圍內(nèi)各國都在積極尋找和開發(fā)可替代石油的新能源，而天然氣以其良好的可開采性、經(jīng)濟(jì)性、低污染引起了各國科技人員的重視，而通過以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，以能耗低、排放小，成為發(fā)動(dòng)機(jī)研究的一個(gè)重點(diǎn)課題。

1 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)概述

與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)也是一種構(gòu)造比較復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換機(jī)器，有許多機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成，主要包含有以下機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)組成：1）配氣機(jī)構(gòu)和進(jìn)排氣系統(tǒng)；2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)；3）機(jī)體和氣缸蓋組件；4）燃?xì)夤┙o系統(tǒng)；還有天然氣穩(wěn)壓裝置、調(diào)壓閥、燃?xì)鉃V清器、燃?xì)饪刂崎y與電磁閥、混合器等部件組成。其功用是將燃?xì)膺M(jìn)行濾清、凈化，并穩(wěn)定其壓力，以一定流量送往燃?xì)膺M(jìn)氣通道，使其與空氣均勻混合，送入氣缸內(nèi)，實(shí)現(xiàn)燃燒過程。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是排污染低：CO排入量是汽油機(jī)的1/15，HC排放量是汽油機(jī)的1/5，SO2排放量是汽油機(jī)的1/10，CO2的排放量是汽油機(jī)的4/5，另外，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)造成潤滑油稀釋，可延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命，同時(shí)還可降低噪聲等。盡管如此，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中仍然存在一些問題，其中最為突出的是發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降、發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕與早期磨損的問題。

2 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)面臨的難題

1）CNG發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型存在一定缺陷：無法準(zhǔn)確反映進(jìn)、排氣門對(duì)輸出的影響 ，也忽略了各缸之間差異性，從而使得排放的變化無法反映出來。這一點(diǎn)主要因?yàn)榇蠖鄶?shù)模型都是基于燃油發(fā)動(dòng)機(jī)模型開發(fā)的，沒有考慮進(jìn)氣管內(nèi)氣體混后的特性化；

2）控制方法的研究多采用離散多變量非線性時(shí)滯系統(tǒng)，而發(fā)動(dòng)機(jī)在空燃比的控制上面是離散系統(tǒng)，而轉(zhuǎn)速的控制則被認(rèn)為是連續(xù)系統(tǒng)，這就需要通過正確的數(shù)學(xué)模型才能反映出來，但因?yàn)镃NG發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的技術(shù)也在不斷研究變化，相應(yīng)技術(shù)資料可供參考的數(shù)量有限，這也給控制方面的研究造成難度。

3）在壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)中，針對(duì)閉環(huán)的控制多采用PID控制，開環(huán)控制則采用MAP 圖來實(shí)現(xiàn)，而針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜的工況，在采用PID控制過程中，為提高控制的精度，需要標(biāo)定大量數(shù)據(jù)和參數(shù)，有的甚至達(dá)到7000個(gè)以上，這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程不僅耗費(fèi)資金，也增加了開發(fā)的周期。如何實(shí)現(xiàn)算法的高精度和可靠性，是開發(fā)的一個(gè)難點(diǎn)。

4）現(xiàn)有的控制策略和排放優(yōu)化方案主要依靠臺(tái)架人工作業(yè)，其效率低、費(fèi)用高、周期長。而提高控制優(yōu)化效率，就需要依靠智能優(yōu)化的方法來實(shí)現(xiàn)。

3 CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯及優(yōu)化

1）CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯。相對(duì)早期的進(jìn)氣負(fù)荷模型，燃油發(fā)動(dòng)的扭矩模型對(duì)排放性能有了大幅提升，扭矩模型根據(jù)油門傳遞信息視為扭矩的需求信號(hào)，對(duì)通過扭矩大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制裝置的協(xié)調(diào)和管理，從而達(dá)到降低能耗的目的。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)減小，就需要對(duì)發(fā)出請(qǐng)求的扭矩進(jìn)行核實(shí)，然后給予相應(yīng)的響應(yīng)。實(shí)現(xiàn)控制邏輯是CNG發(fā)動(dòng)機(jī)控制邏輯的重點(diǎn)，根據(jù)需要，完成對(duì)需要空氣進(jìn)氣量的計(jì)算，再通過依據(jù)當(dāng)前進(jìn)氣量，完成噴氣和點(diǎn)火，這三個(gè)控制邏輯模塊是發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)中最基本的模塊。

圖1 扭矩模型控制邏輯圖

2）工況的判斷。發(fā)動(dòng)機(jī)需要經(jīng)常處于不同的工況環(huán)境中工作，如低速、高速、怠速、坡道、彎道、農(nóng)田、沼澤等，在不同工況運(yùn)行時(shí)，需要通過檔位的切換來適應(yīng)工況的變化，而發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)工況的判斷是否正確、響應(yīng)是靈敏，直接影響到控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，因此，對(duì)工況及時(shí)準(zhǔn)確的判斷對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)十分重要。工況一般劃分為兩大類：故障工況和常規(guī)工況。其中故障工況有：發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高、極限速度斷氣、傳感器失效、綜合偏差過高等；常規(guī)工況主要根據(jù)油門踏板位置信號(hào)、冷卻溫度、進(jìn)氣溫度、轉(zhuǎn)速變化等來綜合確定，主要包括：冷怠速、熱怠速、急加速、啟動(dòng)、排放工況等。如發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高：IF Tmot>120℃，出現(xiàn)溫度異常，就需要將CNG噴射控制脈寬相應(yīng)減小，進(jìn)入輕負(fù)荷狀態(tài)，降低水溫修正工況，對(duì)大負(fù)荷不響應(yīng)。

3）點(diǎn)火提前交角計(jì)算。點(diǎn)火提前交角的計(jì)算，主要的難點(diǎn)在于如果點(diǎn)火提前交角不準(zhǔn)確，出現(xiàn)偏差，就會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本體造成較大的影響，甚至損壞發(fā)動(dòng)機(jī)本體。在計(jì)算點(diǎn)火提前交角時(shí)，要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比、大氣壓力、轉(zhuǎn)速變化率、冷卻水溫等諸多因素。優(yōu)秀的點(diǎn)火控制需要在滿足輸出扭矩盡可能大的前提下，綜合考慮各種因素影響。在CNG發(fā)動(dòng)機(jī)方面，當(dāng)其燃燒溫度高時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致傳播火焰慢，缸內(nèi)壓力上升遲緩，這時(shí)需要將提前角增加。但如果調(diào)節(jié)過大，又會(huì)影響到排放性能，導(dǎo)致NOx增加。

4）空氣流量計(jì)算。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性，空氣流量信號(hào)設(shè)計(jì)有兩個(gè)通道：一路是在空氣流量計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的輸出變化，控制進(jìn)氣量和負(fù)載；另一路則根據(jù)轉(zhuǎn)速、水溫、氣門開度變化等，來計(jì)算和控制進(jìn)氣流量?？諝饬髁康牟蓸右话悴扇?-10 ms的頻率，為降低其他信號(hào)的干擾，消除空氣流量計(jì)、進(jìn)氣管壓力隨缸體工作所產(chǎn)生波動(dòng)，在控制邏輯中加了二次濾波，來達(dá)到精確計(jì)算進(jìn)氣量之目的?？諝饬髁啃盘?hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的影響非常大，當(dāng)空氣流量信號(hào)丟失，發(fā)動(dòng)機(jī)就無法正常工作。

4 結(jié)束語

CNG發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)在我國尚未形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)替代品，而委托國外技術(shù)公司開發(fā)的產(chǎn)品，又因價(jià)格高昂、周期長而受到限制，加之燃油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)在我國尚未完全掌握，而CNG發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)比燃油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的研發(fā)困難更大。單從技術(shù)研發(fā)層面來看，發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)通過精確控制進(jìn)氣流量、燃料噴射和點(diǎn)火，能夠大幅提升發(fā)動(dòng)機(jī)綜合性能，是動(dòng)力總成技術(shù)的核心和熱點(diǎn)之一。

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