一种提升天然气发动机排温的控制方法

0 引言

当今世界，随着人类对环保的重视，发动机排放法规逐步升级，对发动机排放的要求越来越高，这就要求发动机不仅要有良好的动力性和经济性，更要能有效降低有害气体排放。

而随着汽车保有量的增加，对石油的需求也不断增加，为缓解石油资源匮乏和需求之间的矛盾及有利于长期可持续稳定的发展和环境保护，需要规划和发展内燃气用清洁代用燃料以替代石油基燃料即汽油和柴油。目前汽车的代用燃料主要有天然气(CNG/LNG)、LPG，太阳能、氢气及甲醇等。液化石油气的储量较少决定了液化石油气汽车(LPGV)很难有大的发展，而太阳能受地域和天气的影响较大，决定了其只能作为一种辅助能源。氢气和甲醇的运行费用较高，且氢气的运用技术还远不成熟。天然气具有资源丰富、价格低廉、排放污染低等突出优点，而且发动机燃用天然气的技术相对成熟，因而天然气汽车最容易形成规模化、产业化，是目前最有发展前途的发动机代用燃料，而且天然气汽车技术相对成熟，使用时间也相对较长，具有一定的经验。与柴油相比，天然气资源储量大安全、可靠、经济可行、污染较少、易存储运输、热值高等优点，天然气发动机使用理论空燃比+EGR+TWC，可满足国六法规。近年来天然气作为一种清洁的汽车代用燃料，在全球范围内已经得到了比较广泛的认可。而随着汽车保有量的增加，对石油的需求也不断增加，为缓解石油资源匮乏和需求之间的矛盾及有利于长期可持续稳定的发展和环境保护，需要规划和发展内燃气用清洁代用燃料以替代石油基燃料即汽油和柴油。目前汽车的代用燃料主要有天然气(CNG/LNG)、LPG，太阳能、氢气及甲醇等。液化石油气的储量较少决定了液化石油气汽车(LPGV)很难有大的发展，而太阳能受地域和天气的影响较大，决定了其只能作为一种辅助能源。氢气和甲醇的运行费用较高，且氢气的运用技术还远不成熟。天然气具有资源丰富、价格低廉、排放污染低等突出优点，而且发动机燃用天然气的技术相对成熟，因而天然气汽车最容易形成规模化、产业化，是目前最有发展前途的发动机代用燃料，而且天然气汽车技术相对成熟，使用时间也相对较长，具有一定的经验。与柴油相比，天然气资源储量大安全、可靠、经济可行、污染较少、易存储运输、热值高等优点，天然气发动机使用理论空燃比+EGR+TWC，可满足国六法规。近年来天然气作为一种清洁的汽车代用燃料，在全球范围内已经得到了比较广泛的认可。

天然气发动机的后处理部件三元催化剂需要达到一定的温度才能起燃工作，发动机冷启动或者暖机过程中，排气温度较低，三元催化剂的效率较低，处理尾气排放物的能力比较低，研究表明，在冷态WHTC循环中，催化器起燃之前的排放污染物有些能达到60%左右。因而发动机启动完成后，如何快速的提温很关键，这也成为行业内的重点关注的问题。

传统的提高排温方式有以下几种，①改变燃烧参数提温，调整过量空气系数、调整点火提前角、发动机怠速提升；②增加加热装置，如在催化器之前加装电加热的加热格栅；③增加硬件或优化现有硬件，改变燃烧，主要从增压器匹配、燃烧室结构、点火系统改善、活塞压缩比匹配、降低排气压力、改善排气相位等改变燃烧，促进快速暖机；④采用两级催化器，其中一个是紧耦合催化器，使催化器尽量靠近发动机，减少热损失；⑤增加保温材料，如包裹隔热棉隔热护套等。

李红涛[2]以某单一立柱三桩海上风机基础为例，通过对其结构强度、动力特性与疲劳强度进行分析，认为疲劳强度是海上风机基础结构设计的主控因素，并认为整个风机的动力特性和基础节点的形式是影响疲劳强度的重要因素。

以上方案在实际中均有应用，各有优缺点。比如传统调整过量空气系数的方法，会导致三元催化剂效率下降。另外，除了电加热方式是使用电池能量对加热格栅加热以促进催化器快速起燃之外，其他均是依靠发动机废气对催化器加热，废气能量是提高催化器温度最直接的来源，充分利用废气能量是提升催化器快速起燃的关键。本文采用的方法也在利用排气能量提高催化剂的起燃速度，在保持总的过量空气系数为1不变，即每个工作循环总喷射量不变的基础上，通过调整喷射执行顺序的方法来改变混合气的混合，快速提升排温。

1 喷射系统介绍

想要提高小学语文课堂教学的效率，达到小学语文教育的理想境界，就需要教师改革教学理念，为学生营造良好的学习氛围，加强课堂教学中的有效互动，同时还应积极创新传统教学模式，采取多样化教学方式，正确地引导学生，培养学生自主预习的习惯，激发学生对小学语文学习兴趣，培养学生的发散思维与创造力，提高小学语文课堂教学的整体质量与效果，达到小学语文课堂教学目标。

进气道混合器预混供气方式为，发动机供气系统包含一个与化油器类似的部件混合器，燃气与空气靠缸内负压倍吸入混合器混合后进气气缸燃烧。

电控单点喷射系统(SPI)实在进气管节气门上方装一个中央喷射装置，喷射阀集中喷射，气体机喷射进气管与空气混合后由进气管分配到气缸中进行燃烧做功。

量子点电视以高色域表现、寿命长、显色效果强为特征。据国家广播电视产品质量监督检验中心副总经理刘志刚公布的权威检测数据显示，在NTSC标准下，普通LED电视的色域只有72%、第一代高色域电视只有82%、第二代高色域电视约96%，而量子点电视色域覆盖率却高达110%。在使用寿命方面，量子点电视采用无机材料，稳定性强。

电控多点喷射系统(MPI)为在每个气缸的进气口处装一个喷嘴，由ECU控制按照一定的模式分别对各个气缸进行专门的喷射。

缸内直接喷射，MPI和SPI两种喷射方式

均属于进气道喷射，属于缸外喷射，气缸内直接喷射将气体直接喷入气缸内。

三、喷射压力：压力太高，储气瓶中的天然气得不到充分利用，压力太低，不利于进气，工作压力是喷射阀选型的重要参数；

三、采用高压EGR控制技术，精确控制EGR流量

一、单点进气道喷射天然气

罪恶感和愧疚感一并袭来，我放下手机，恨不得乘最快的航班飞回去。此时此刻，我终于明白妈妈为什么一直训斥我“不懂事”，我不仅不懂事，简直无知至极。

该系统具有如下的功能：

为了获得较为准确的车辆行驶速度，本试验采用了波形曲线分析与现场实时录像测试相结合的方法。跨中挠度最大值取自80 Hz低频滤波后曲线。由于试验数据较多且各试验梁规律相同，此处只给出FCB梁、PCB梁跨中最大动挠度与速度的关系，见图9。

五、驱动特性和功率；

五、高能点火线圈，保证各缸单独点火

“把孩子带向球场”的意义可以从排球“海南现象”中得到佐证。笔者曾对2018年河南省十三届运动会学生组排球比赛暨河南省大学生“华光”体育活动第十六届排球比赛进行调查，发现男子甲组(普通大学生组)共有22支队伍、248名运动员，其中，海南籍运动员41人，占外省籍球员数量的51.5%。访谈发现，海南学生之所以有那么多的排球参与者，其重要原因并不是学校排球开展得好，更不是排球师资力量雄厚或者排球教师教学方法先进，而是他们的家人给他们买了一个排球作为玩具，并把他们带到了球场上。笔者认为，足球运动要想蓬勃开展，道理亦然。

六、采用废气旁通阀，控制进气增压压力

二、采用宽域氧传感器、PID闭环控制技术、当量燃耗控制技术

天然气发动机的控制功能是靠执行机构完成的，执行机构性能的好坏直接影响到发动机的综合性能，因此执行机构的选择必须经过准确分析和计算。对于天然气发动机来说，执行器主要是天然气喷射阀。当接收到ECU的驱动信号后，喷射开始工作。近年来研制开发出的天然气喷射阀主要非为以下几种，按照喷射方式的不同，喷射系统可分为连续流喷射阀和脉冲喷射阀；按照燃气喷射压力的不同，可分为低压阀和高压阀；本文选择的气体机喷射阀选型依据如下：

通过实施啤酒大麦不同灌水量试验，发现增加灌水量能显著提高啤酒大麦产量，灌水不足时，啤酒大麦产量很低，随着灌水的增多，啤酒大麦产量逐步提高；当灌水量在1 500 m3/hm2以上时，产量水平较高且基本保持稳定，同时能有效提高灌水效益，可以实现啤酒大麦安全节水生产。灌水量对啤酒大麦农艺性状的影响也很显著，灌水量高，则株高、穗长、穗粒数也会增加，其中在1 500 m3/hm2灌溉水平以上，株高、穗长、穗粒数均较好，这与陈跃武等[1]的研究结果基本一致。

一、可靠性、耐久性及安全性要求；

在发展和应用天然气发动机的过程中，最关键技术是天然气的供给方式，它很大程度上会影响发动机的动力性、经济型、安全可靠性以及排放性能，天然气的供气方式根据技术的发展主要分为以下几种：进气道混合器预混合、电控单点喷射系统(SPI)、电控多点喷射系统(MPI)、缸内直接喷射。

二、一致性：本文天然气发动机采用进气总管处单点喷射的供气方式，在进总管处共安装了12个喷射阀应该有较好的一致性；

本文研究的为电控单点喷射系统(SPI)，是在进气管节气门下方装一个中央喷射装置，中央喷射装置安装有喷嘴，燃气经喷嘴喷出后进入进气管与空气混合后，由进气歧管分配到各个气缸进行做功，系统可以由ECU进行燃料喷射，燃料供应准确、均衡、稳定性好。图1为天然气发动机单点喷射示意图：

四、喷射频率：本文研究的天然气发动机最高转速为2150r/min，每个工作循环每个喷射阀需要喷射一次；

四、采用电子节气门开度，保证进气的准确性

由此又导致了，谁都不想收获“零和博弈”中的那个“零”，所以大家就选择了“演戏”。把自己“装扮”成天使，把自己“表演”成很厉害的样子，以掩盖自己的真相，或隐藏自己的真实意图，或掩藏自己的缺点与错误。这就是“伪君子”“两面人”产生的现实土壤。大家都是演员，彼此心照不宣，区别是目的有所不同、演技不同、演出效果不同。

活血软坚方（SEHM）由三棱、莪术、海藻、牡蛎组成。朱思行等[9]发现不同浓度SEHM的可以促进SIVc出芽且交叉效用，特殊浓度下可以促进HUVECs增殖，增殖作用可能与细胞内相关蛋白Akt、p38、p-p38、p44/42、p-p44/42、VEGF-A及其受体（VEGFR-1）有关。说明在体内和体外两种环境下，SEHM促血管新生作用，可能与VEGF信号通路激活有关。

六、开关特性：即开闭响应时间，为提高喷射阀响应性，一般都设计有boost驱动，如图2所示。通过调整peak电流，增大T2，来增大开启驱动力。

在综合考虑了以上参数后本文开发的天然气发动机选用博世的NGI2型脉冲喷射阀，如图3所示。性能参数为：额定电压27.6V，额定气体压力为7Bar，内泄漏为0，最大工作频率不小于200Hz，电磁阀响应时间为3ms，使用温度范围为-30℃～125℃。

2 喷射控制方法设计

要保证天然气发动机排温快速上升，控制策略的设计是关键。

本文适用于单点喷射的燃气发动机。发动机正常工作时，每个工作循环各缸的喷射量是平均的。此时如果保证每个工作循环各缸总的喷射量不变，并且不失火的前提下，如果通过某种方式，适当减少某几缸的喷射量，增加某几缸的喷射量，这样各缸的混合状况会发生变化，进而影响燃烧，从而改变排温。另外，喷射阀是脉冲式喷射，所以进气管内空气和天然气的混合也是呈浓稀变化的，但发动机正常工作时，平均分配到每个缸的燃气量还是相等的。利用以上特性，在保证每个工作循环喷射总量不变，即保证过量空气系数不变的前提下，设计喷射调度策略，在有提高排温请求时，断掉其中的一路喷射，即可实现各缸燃气量的不平均分配，实现排温的提升。以下是具体的策略说明。

当不需求提高排温请求时，此时不需要排温的快速提升，按照如下的顺序喷射执行。以四缸机为例，一个工作循环曲轴转角为720°，每相邻两个发火缸的上止点间隔角度为180°；假定1缸上止点为0°，喷射提前角为0°，其他三个缸相对一缸的喷射提前角分别为180°，360°和540°。喷射阀1～4按照发火顺序与缸依次对应，喷射顺序如图4所示。

当需要提高排温的请求时，此时需要排温的快速提升。关闭其中的一只喷射阀，用其他三只喷射阀来弥补所关闭喷射阀的喷射量。这样每只喷射阀的喷射量需要额外增加三分之一。另外，为了在720度之内，三次喷射均匀分配，需要将三次喷射的喷射位置做一个偏移，喷射顺序如图5所示。

当提高排温完成后，重新切换成图4的喷射执行顺序。

3 实验验证以及结果分析

为了验证该策略的有效性，在发动机台架对一台满足国六排放标准的天然气发动机上进行了验证，台架验证设备如表1：

近日，由云南建投集团参与承建的柬埔寨西哈努克市昊利旅游娱乐综合体项目进展顺利，中国工人和柬埔寨工人一起操作安装，建筑工地一片繁忙。

设计的具体实验内容如下：

固定发动机工况，选择不同的发动机转速、扭矩点，对比开启该策略和关闭该策略的发动机排温的情况，如表2所示：

从以上可以看出，开启该策略后，在发动机不同的工况，发动机排温均有不同的程度的上升，但是燃油经济性略有下降。充分说明该策略可以起到提高排温的作用。

由于该策略会导致燃油经济进行下降，后续可以将策略细化，筛选出排温上升比较明显的工况，并结合排温提升的需求，短暂的开启该策略。排温提升请求完成后，再切换到原来的喷射调度策略，尽量降低燃油经济性的下降。

[1]王树青,等编著.先进控制技术以及应用[M].科学出版社,2001.

[2]陈林林,孙仁云,吴本成.天然气发动机空燃比控制策略的研究与仿真[J].电子科技大学学报.2007,36(2):294-297.

[3]吉林大学汽车工程系编著．汽车构造.第六版[M]．北京:人民交通出版社，2013．6.

[4]王东亮,肖剑.氧传感器响应变慢自适应空燃比闭环控制方法研究[J].内燃机工程2015(2):12.

[5]清华大学余志生主编．汽车理论.第5版[M]．北京:机械工业出版社，2009．3(2015.1重印).

[6] 郑国勇，刘凯，等，天然气汽车的应用情况与发展动态研究[J]. 内燃机. 2007(5):1-4.