汽油/CNG两用燃料汽车燃料模式对比及标定优化
2023-04-30
来源:易榕旅网
1-_ Au#O 矗E 日 幽 ■■ EngAiunet0e rl 。趣l FOCUS技术聚j 摘要:汽油 (;两用燃料 气车与汽油车工作原理的差异使两用燃料车排放和车裁诊断(()I{1))系统的标定存在诸多难点 通过对汽油和压缩天然气(CNG)2种燃料燃烧时产生的功率、扭矩、排温以及振动的分析,发观( ( 模式较汽油摸式时的 功率和扭姬编小、排气温度偏低、发动机振动偏小使用对比标定的方法,在汽油模式的基础上时燃气喷射咏宽进行修正优化排放;对刊:濉及振动模型进行分析,以完成对氨传感嚣加热和失火等O131)系统的标定堤()…)系统能够满足国家法规及用户的 嚣求 .以 该方法他两用燃料汽车的排放 关键词:汽f ̄/cNG两用燃料汽车;排放;OBD系统;功率;扭矩;排温;振动 Analysis on Fuel Mode for Gasoline/CNG Dual——fuel Vehicle and Its Calibration Optimization Abstract: I1ht dil[el-t'[1( ̄es()f 【)rking prilIriph s I)eh ̄t r¨gasoline/CNC Ilual fuPl、t }1i【・lt-s IllII nst1lilIt、、 hif.1 s ll1akP 1ol IlI difl ulli ̄ iIl Iht ( alib ̄ation ot dual fIlP1、 li,c・h  ̄,missi., ̄11l(1 OBI)s)s…11Throll ̄.I1 ._lI、sis‘)f Ⅵ tI,r(IIJI .( 、I1il L It I”1)t |1“llIl‘、ilIl‘{Vih【1aIiI)n while gasoline/CN(;th,al fuel v 4 hi(・le hurI1s in|VVO kinds of’nI E 1it is fbuml Ihat(.IJIll【)af (1 will1 lJ1r .hIl mode.Ih, 、vel1 lol(|tl0 in lhe gas【llO(1 ̄is m r.I} t'xtmust t{m/pt rattae is l(,wf r a『l{I I _『lI vihratiol ils川1a r_ l LI I” l 011[I£IsI (‘alit)raft{'I1 metho(1 ̄ modifi( 1]P gas jl1jI】‘・l;l’n pulse width Ol1 tI1 }J|】qjH llr IhP rl】Pl 『11t)(1e J t()()l,lia]izP tl1e ‘ missio..all(1…I.1ifies the exhatisl tempe rdttll’P an(I vii’I1ali(m m()(1els to 1]fill(-I】“1 《lxv ¨s¨1s1)r heal aIlIl I『1 Hf¨rP llf()BI) yHII l11 .wl】jl h t’ IJ)『J1ake l】1fl emission dDd Ot}1)¨l《、rl Chitla m ̄tional sta rffjaHis afIfl ttlr(iP r『lafI(j (Jf(.【Jsf ,¨lPI Key words:Gasoline/CNG dual-fuel vehicle;Emission;OBD system;Power;Torque;Exhaust ternperature:VibratiOn 我 I现f止川人然气的汽车大多为搭载汽油/(:N( 作原理i i,如图1所/j:,、tU喷发动饥上装有 个汽洲 川J燃料发zJjYLI 内汽车,  ̄Gltt/CN( 刚燃料汽1 的 摔单元(ECU),电控t 接收符种信号并进i 分析 r作过 『II, f 汽油的 常使刚,原 -tI! 发动机J 环控制 一个J 作衍 fl'J,, ̄-'hll i I及最佳的点火}i1『・ 缩比/f 能变,依然为原状忿的9.0左仃, 足使川人然 在汽汕喷射时,ECU会接收瓴f 感 反馈来的倍 'f的 缩比为13.5左右l l,这就 敛J (:N( 而使发动机保持J j 的 作状念 、当发动机住CNG 模 时发动饥『,19 J)j率、-Yt[ ̄{i、排温及振动与汽汕模J=l=f,j,j 式下工竹;II、f,燃 电控 J (( u)只足埘燃料的f』{ 蓐 x,j-jl: ̄,lu控系统需对排放干I】午载诊断(OBI))系统 过 进千于控制, 一个l 作循环的喷气 由咳I 75I 进 2币Il模』 卜n,J对比优化标定,以满足 ,'lq ̄II:放及 的喷油量转换而来,I(1i点火控制依然rf1 ECU来亢J OBI)系统的法规‘ 求一 而对于 车电控系统的杯定就 要综合2利 燃料 l汽 ̄/CNG两用燃料发动机电控系统原理 i燃 J‘ 川燃料发动机闭 u 系统的 下的工作特点对2种}U控系统分别进行匹 满足整午,I:发的要求、 定. 第4期 Design——Innovation E 鲁汽车工程师 r一 、 藩电池电压1 l 千¨ : ’天 “ 7 l , :l _腿 +I’ 上lJ. 1 点火提前信 _Ilj动,f关爆震传感器节气¨位置传感器L___.. ._—— 汽油喷嘴J 常j二作模拟信号 J __+ .__ I 『1、ll‘I I1『. 川lf口H , l l £§} 示信 I CNGf1 力 燃 气 喷嘴关』=_Ij信 凸轮轴传感器L..'- 汽 -4油 l汽油泵 嚣电池电 _+ 0 C 曲轴化置传感器L.__.. 匕 门诊断接口 l l氧传感器信号 卜 —一 燃 t截止阀 空气流量传感器l_’ 汽油喷嘴切断 l I cN( 温度 r1- 燃料选择控制电磁阀 水温传感器L|.. — 炭罐电磁阀、EGR阀等 燃料转换Jr关 I-- 空 {动 转向等 开关、 调lL ’ -4 l点火信号 点火线圈 图1汽油/CNG两用燃料发动机闭环电控系统的工作原理 2汽油/CNG 2种模式对OBD系统实际监测频率 2汽油/CNG 2种模式工作时对比分析及标定 2.优化 2.1汽油/CNG 2种模式功率和扭矩的对比 (IUPR)的影响分析 近年来轻型车中国第五阶段排放法规在多个城市 ,u 对于各个整车厂来说已不再陌生,国家 对汽油/CNG两用燃料汽车的工作模式进行对比 全面推广,分析:1)天然气是气体燃料,充气效率比汽油低;2)天 汽车强检部门也已将, 职列为公告认证的必须项,而 然气可燃混合气的热值比汽油低;3)天然气的着火温 两用燃料汽车的IUPR也成为 各主机厂的研究对象。OBD系统某一特定监测的IUPR# ̄I为: 度比汽油高;4)天然气燃气层流火线传播速度比汽油 低。这些因素造成了使用天然气较使用汽油时的最大 功率和扭矩会有所下降,特别是高转速时下降得比较 式中:分子计数器,厂一整车OBD系统中某项检测的 厉害。图2示出某发动机使用汽油和天然气时的外特 性曲线。 70 6O 50 40 —-一.产籍赣 次数; 分母计数器,厂一中国第五阶段排放法规定义 的驾驶循环的数量。 现阶段国家强检机构对其的检测主要通过NEDC ・一汽油 CNG 循环(如图3所示)中分子分母各项正常加l来实现。 但是,国V标准中也对整车道路行驶时的, 脓有明确 要求,即, >0.1,该项的检测方式是通过在后期的 市场用车中进行抽检来确定是否达标,所以目前各大 汽车厂将IUPR的NEDC循环试验及路试试验都列入 了整车开发试验的计划中。 mI)‘=运转 豫 兀 未30 20 10—0——…一一T一+ 0 2 000 4 000 6 000 8 000 转速/(r/min) a功率 l2O 量 | JOO 80 目 60 40‘ 20— 0 O +酬 r\l』I nI 取样开 2 oo0 4 000 6 000 8 000 八 八/、1 『_\/、\ / J9 —l95一 u95 l I95一 . 4o()—— 时间,s 图3国V排放法规强检循环(NEDC循环 样结 转速/(dmin) b扭矩 图2汽fI ̄I/CNG发动机外特’ 比较 23—— 够 萋 墨霪耋 Focus 汽车 翟师 一标定前 一标定后 201 7年4月 I。 【 斤1 一l,F速 汽 ̄]/CNG两用燃料汽车工作时,由于发动机使用 燃料的不同,使得同一行驶状态下的负荷不同,如图4 所示,而OBD系统中进排气可变气门正时系统 : 50 I I l 100 (VVT)、前氧传感器、后氧传感器、催化器及废气再循 釜40 n 0 0 关。一般情况下,两用燃料汽车在2柔 种燃料模式翥 羹 1下对 0 \f1 n川I 1^皿fJ J…^ I/6il lI ,Jl-川20 OBD的监测只生成1个频率,负荷的差异就必然影响 到整车OBD各项的, 户 ,以致对最终的IUPR造成影 响,甚至使之无法达到国V法规要求。因此,在两用燃 U0-100 300 500 700 900 1 100 时… 图 汽油 N 两用燃料车标定优化前后瞬态N0、排放对比 料汽车OBD系统标定匹配时就需要进行详细的分析 2.4汽油/CNG 2种模式下排温对比分析及氧传感器 和研究,对其中各分子项的检出条件进行相应的修正, 来保证OBD系统的正常工作。 一加热的标定优化 相对于汽油模式,两用燃料汽车在天然气模式工 汽油模式 ~CNG模式 - .100 . 一发动机转速 5 000 作时功率的损失及缸内压力的降低,必然会对发动机 排温及催化器的温度造成影响,表1示出某汽fg]/CNG 眦 O O O 0 0 0 O 0 O g 两用燃料车型在2种燃料模式工作时的排温及催化器 叭 温度的对比(以负荷70 kPa为例)。 表1 2种模式下发动机排温及催化器温度对比(负荷7(1 kPa)℃ 0 … 0 0 16 000 32 000 48 000 64 000 80 000 时间/ms 图 两用燃料汽车相同行驶:I犬态汽油/ N(;2种饺式负荷对比 3 200 669 706 756 810 75l 8IO 2-3汽油/CNG 2种模式下整车排放对比分析及标定 优化 从表1可以看出,CNG模式要比汽油模式时的排 温和催化器温度平均低40℃左右,温度偏差随着工况 由于汽油与天然气在化学成分及物理状态上的差 的变化而变化,与之相关的氧传感器活性受到了影响。 异(汽油是以辛烷值为标准定义,即C H 常温下为液 氧传感器在发动机工作时起着重要的作用, l岜帮助发 态;而天然气的主要成分为甲烷,即CH ,常温下为气 动机进行闭环控制,使混合气能够在气缸内完全燃烧, 态),使得它们在同质量燃烧时需要的空气量不同且 从而影响整车的排放及油耗。整车前后氧传感器的正 同一气缸内产生的压力不同,同时由于喷气系统的喷 常工作温度一般在300 oC以上,而本案例中使用的氧 射延迟,往往会造成混合气燃烧时过稀,从而对NO 传感器的最佳活性温度为650 cI=(前氧)和550℃(后 的排放影响比较大。为改善此问题,就需要通过氧传 氧),具有自加热的功能,随着工况的变化,其自加热的 感器反馈信号对混合气的浓稀进行相应的闭环控制: 时间周期发生变化。因此,针对汽油/CNG两用燃料汽 GCU通过分析ECU接收到的前氧传感器的反馈信 车的工作特点,就需要对氧传感器的加热模型进行重 号,进行空燃比反馈的处理,根据不同的工况在空燃 新的匹配标定,根据工况的变化,相应的增加氧传感器 比反馈偏浓方向加上不同的延迟时间,最后结合ECU 的加热时间,保证其能工作在最佳活性的温度区域,使 发来的喷油脉宽合成最终的喷气脉宽信号输出给燃 闭环控制正常进行。 气喷嘴,以达到修正混合气浓度的目的,从而优化排 2.5汽油ICNG 2种模式下振动对比分析及失火标定 放。图5示出针对某国产汽油/CNG两用燃料车型通 优化 过标定优化前氧传感器反馈信号,调节混合气浓稀后 对于汽 ̄t/CNG两用燃料汽车而言,CNG模式的实 的NO 瞬态排放结果对比。最终的NO 排放量由原来 现必然要在发动机加装相应的天然气装置,比如气轨 的0.072 g/km降至了0.026 g/km,低于强检机构的一次 及稳压阀等,加之发动机输出功率及扭矩的变化,必然 通过值(0.027 g/km)。 一 一 会对发动机的振动产生影响。而大多数OBD系统巾对 第4期 【 蔓堕 l /f I州的振动 一汽车正寝蛹 i埘此就需i Foc崾 霾 蚕 十失火的诊断部址通过检测发动机的振动来完成的, 发动机的燃料模 ,埘火火州定 /支频牢被定义成J 坏路和久火2种模 仇及坏路划定 1]g ̄)JlJ进行匹配标定f;J_IJ殳¨:燃汕模 28。,失火判定fff为振动 度 般 ;‘,火火诊NV,Jyi ̄动『fJffi 要大于坏路诊断, 式卜, 转述为80()r/iniil、负荷为40 kPa fi9 I ,坏路 ・I1’f刎振动的变化,进行 的判定仉为振动llI『}i ¨II,j ̄还 Jf410 ̄ ,』一lIlf划 I 卞¨ fl'J,N定分折 62。,那么燃 卡I!』 下坏路和失火的判定仳就 }亥做{寸1 卜r作时,发动机振 心的州惨,心分 1为24。和52。 其他1 以此类推进 行标 ISCtilt,以 火火愉 fI',Ji} ¨ 作 影响划J ,人火和1坏路的诊断 :7 ̄'tltt(:N(;2种燃料 动幅 『J,J偏 !LIl然 以…I』、J 川燃料 J 为例, 发动fJL(1<J ̄t,7定 1 况F, 3结论 转逑为800 r/min、负付为40 kI)a,汽油模式下曲轴转 义 刈‘7)(71tl/(:N( 用燃料汽车 2种燃料摸』℃ 360。的坏路I3 ̄ll,J 的振动『jIf1i度址34.6。,转速波动约为 下的功 、j.JfIj 、排 lf【、振动及1UPR进行J 埘比,许做 40 l nit1,火火I f/J,J;t4动J if I':址70.5。,转速波动约 J 后 f- , ,J 分析,根 分析结果,提 J 优化排 为16()1・/mi)1;L: (;模 下【{ti轴转360。坏路I 况时的振 放、瓴传感 』JlI热f¨,人火的标定策略,从In 使 川燃料 i 动幅发址30.6。,转迷波动约为30 r/inin,失火 况时的 汽/r:fi<JTII;放搜() )系统能够满足l 家法规7曼川J’I的 振动幅瞍址60.5。,转迷波动约为l 10 r/inil1..不难胥 , 兀沦址坏路I 还址久火I ,(:N( 模式时的振动幅 t『Id【IJ‘随7"6 7 (7ItI/CN( I Hj燃卡斗汽辱 的I I j 多,符 埘 lU控系统的研究也会 』JII深入,进m I I- J 度部 ,J,t-j  ̄iitl卡I!J= 6,J …}发乍 发动机转迷 800 r/,Hill、负 l:为4()kPn J:况.f jItl/CNG 2利I摸 火 …f燃料 』\=造成的动力损失、排放超标fl1 Ol{J)拎It: 火lI、J‘发动fJ【抓功的埘比 常 等 多 一 工,他} (711i/CNG闪川燃料乍 怏 稳地 ——‘:、t —— ti 融入II 场 参考文献 ll 】 II }  ̄7III(: ( 川燃料发动饥l 拎系统化感器J 改 拟 验 研究li)1. 奠:K 奠人 、 ,2009:9一10 2 fJJ【.]-1…I IU喷发 机J收障 拟i_I{:舱台fs.s T ̄.k, 价 采玑系统”发ffJf允 iJq 奠:K 人 ’j ,2005:52~55 II,¨1lJ /fl1s 31-l I},I? L1 技术们f , tII心.(;l{l 8352.5——20】3 J1 } L1 },J 物{I Ic/7 ̄I; ii 70liJ II,,J法(-…l1 /1]l ̄l2)『S1.北j : 家顷 I..IA." 忤伶蛤 蹙总 j 0,2()I 3:I 25. (【J 符 II脚l:2()I 7一()!一l9) 图6汽油/CNG 2种模式失火的发动机振动对比 (发动机转速800 r/inhl,负荷41)kPa) 博观而约取,厚积而薄发。 盛年不重来,一日难再晨 、 苏轼 陶渊明 25