壓燃式雙燃料發(fā)動機(jī)燃料轉(zhuǎn)換控制器的設(shè)計(jì)

時間：2023-03-18 14:37:25 理工畢業(yè)論文我要投稿

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隨著人們對能源和環(huán)境問題的日益關(guān)注，內(nèi)燃機(jī)的高效潔凈燃燒作為一項(xiàng)重要的“綠色工程”技術(shù)，已在各國引起了廣泛的關(guān)注。以柴油為引燃燃料的天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)是解決這一問題的一個有效手段。

由于雙燃料發(fā)動機(jī)是在原有柴油發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上改裝而成，因此發(fā)動機(jī)必須符合一定的工作狀態(tài)，才可以通過轉(zhuǎn)換在雙燃料狀態(tài)下工作，或者在一定條件下，發(fā)動機(jī)在雙燃料狀態(tài)下才具有良好的效果。一般情況下，當(dāng)發(fā)動機(jī)水溫高于50℃時，發(fā)動機(jī)才適合在雙燃料狀態(tài)工作。為了更好地使用和保護(hù)發(fā)動機(jī)，燃料轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)應(yīng)該保證在發(fā)動機(jī)水溫滿足一定的條件進(jìn)，才可以轉(zhuǎn)換到雙燃料工作狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換的順利進(jìn)行，研制了燃料轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的邏輯控制單元主要用來接收司機(jī)的轉(zhuǎn)換信號X1、發(fā)動機(jī)的水溫信號X2、高壓天然氣的壓力信號X3及燃料轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)的反饋信號X4等，先進(jìn)行一定的邏輯判斷，發(fā)出適當(dāng)?shù)闹噶�，完成指定的任�?wù)。然轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。

然轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的機(jī)械執(zhí)行部分必須能夠?qū)⑦壿嬁刂茊卧闹噶钚盘柣癁闄C(jī)械運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換的目的，這一功能由開關(guān)電磁鐵完成。在方案設(shè)計(jì)中，要求開關(guān)電磁鐵的兩種位置對應(yīng)機(jī)械執(zhí)行部分的兩種工作狀態(tài)，即雙燃料工作狀態(tài)和純柴油工作狀態(tài)。通過機(jī)械部分的連動，傳動機(jī)構(gòu)切斷或連接加速踏板的運(yùn)動，控制調(diào)速器控制桿的運(yùn)動狀態(tài)。當(dāng)加速踏板對調(diào)速器起作用時，調(diào)速器控制桿決定發(fā)動機(jī)的運(yùn)動，此時邏輯控制部分關(guān)閉高壓天然氣閥與電控單元（ECU），這就是純柴油工作狀態(tài)。當(dāng)加速踏板的運(yùn)動向調(diào)速器控制桿的傳遞被機(jī)械部分切斷時，調(diào)速器控制桿被固定在怠速油量位置，邏輯控制單元開啟天然氣高壓閥并給電控單元（ECU）發(fā)送工作信號，這就是雙燃料工作狀態(tài)。這樣，司機(jī)只需板動轉(zhuǎn)換開關(guān)，由它發(fā)出指令，邏輯控制單元根據(jù)接收的信號作出判斷，同時驅(qū)動外沿器件，即可實(shí)現(xiàn)純柴油與雙燃料兩種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換[1]。

2 邏輯控制單元設(shè)計(jì)

邏輯控制單元主要實(shí)現(xiàn)信號的接收、判斷和發(fā)送。主要由三個部分組成，即邏輯判斷部分、外沿接口部分和電源轉(zhuǎn)換部分。

邏輯控制單元的工作過程如下：外沿接口部分將接收的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給邏輯判斷部分后，由邏輯判斷部分判斷轉(zhuǎn)換條件是否滿足，并發(fā)出控制指令；再由外沿接口部分將指令轉(zhuǎn)化為對應(yīng)器件能識別的信號，如驅(qū)動電源閥的大電流等。電源部分主要是將汽車電瓶的12V電壓轉(zhuǎn)換為邏輯控制單元上電子元件所需要的電壓（5V）。

2.1 邏輯判斷部分

邏輯判斷部分接收外沿接口部分傳來的數(shù)字信號，進(jìn)行判斷后發(fā)出適應(yīng)的指令。

在此規(guī)定：在司機(jī)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到雙燃料工作位置時，轉(zhuǎn)換信號x1=1，而純柴油位置時，X1=0；當(dāng)水溫達(dá)到雙燃料狀態(tài)的要求時，水溫信號x2=1，否則x2=0；當(dāng)高壓天然氣在允許使用的最小壓力以上時，天然氣氣壓信號x3=1，否則x3=0；當(dāng)機(jī)械部分處于雙燃料工作狀態(tài)時，反饋信號x4=1，當(dāng)機(jī)械部分恢復(fù)純柴油工作狀態(tài)時，反饋信號x4=0。邏輯判斷部分發(fā)出的指令有：啟動開關(guān)電磁鐵信號Y1（供電時開關(guān)電磁鐵工作，將機(jī)械部分轉(zhuǎn)換至雙燃料工作狀態(tài)時Y1=1，否則Y1=0），啟動高壓天然氣電磁閥信號Y2（供電時電磁閥開啟時Y2=1，否則電磁閥關(guān)閉Y2=0），故障信號Y2（有故障時故障信號燈供電Y3=1，否則，Y3=0），啟動電控單元（ECU）信號Y4（給ECU供電使其工作時Y4=1，否則Y4=0）。

由以上分析得出以下各輸出信號與輸入信號的邏輯關(guān)鍵式：

Y1=X1X2X3

Y2=X1X2X3X4

Y3=X1X4 X1X2X3X4

X4=X1X2X3X4

由于邏輯關(guān)系比較簡單，采用TTL電路，由74系列的芯片完成其邏輯判斷功能，邏輯部分的電路圖如圖2所示[2]。圖中，7411和7408是與門，7404是反相器，7402是或非門。輸入信號是X1、X2、X3、X4，輸出信號是Y1，Y3，Y4。由于Y2=Y4，所以高壓天然氣的電磁閥和電控單元（ECU）的驅(qū)動電路都可以由Y4來控制。

2.2 外沿接口電路

因?yàn)橛行┢骷妮敵鲂盘柺悄M量，如水溫傳感器輸出的是可連續(xù)變化的電壓信號，邏輯控制單元無法直接接收并辨識判斷，因此就需要有外沿接口電路將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

外沿接口電路的另一個作用就是將邏輯判斷部分的指令轉(zhuǎn)化為一些器件所需的電信號，如電流信號等。

2.2.1 電壓比較器

在邏輯控制單元中，有兩處需要用到電壓比較器，一個是水溫傳感器的接口，另一個是天然氣壓力傳感器的接口。

對比較器LM311給定一個參考電壓，當(dāng)輸入電壓低于參考電壓時，比較器輸出的電壓為低電平，高于參考電壓時，輸出電壓為高電平。