专利名称：压缩天然气发动机空燃比同步自动测量装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种压缩天然气发动机空燃比同步测量装置及其方法。适用于各种车用压缩天然气发动机的空燃比测量。
背景技术：
压缩天然气(Compressed Natural Gas——简称CNG)作为汽车燃料具有良好的经济性和较低的排放污染物。目前CNG汽车普遍采用三元催化转化技术，根据三元催化转化器的工作特性，当CNG发动机混合气的空燃比在理论空燃比17附近，才能使HC、⑶和NOxH 种有害气体的净化率均达到最高。当发动机处于稳定工况时，电控系统通过检测进气量，同时采用氧传感器闭环控制，能将空燃比精确控制在理论空燃比附近。然而当发动机处于过渡工况时(加、减速过程)，由于节气门突变，进气系统存在动态的充排气现象，导致传感器检测到的空燃比与实际空燃比不相等，加之氧传感器响应的滞后性，常用的闭环控制、自适应控制方法不能满足该工况的要求，无法精确控制空燃比，因此目前在过渡工况下空燃比一般采用开环控制。然而，由于受道路条件的影响，尤其作为公交车或出租车的CNG汽车， 在市区行驶时大部分时间都处于过渡工况。有效控制CNG发动机在过渡工况时的空燃比显得十分主要。当CNG发动机处于过渡工况时，某一时刻节气门位置、转速、进气压力、进气流量等传感器输出的信号，只是表示该时刻发动机的运转参数，下一时刻这些运转参数将发生变化，因此由检测进气流量控制空燃比肯定存在较大的误差；另外利用氧传感器信号反馈控制空燃比在发动机过渡工况时不能满足实时性要求，因为氧传感器的信号表示已燃烧混合气的浓度，而下一工作循环的空燃比已发生变化。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种压缩天然气发动机空燃比同步测
量装置及其方法。压缩天然气发动机空燃比同步自动测量装置包括发动机进气门、火花塞、气缸盖、 排气门、排气管、缸体、活塞、曲柄连杆机构、燃气供给系统、喷射器和进气管；缸体上安装有气缸盖；缸体内安装有活塞，活塞和曲柄连杆机构相连接；气缸盖上分别安装有排气管、进气管和火花塞；进气门安装在进气管上，排气门安装在排进气管上；喷射器安装在进气管上，燃气供给系统与喷射器相连接；还包括空气流量计、节气门位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、进气门位移传感器、排气门位移传感器、三元催化器、宽域氧传感器、 转速传感器、电控单元；空气流量计、节气门位置传感器、进气压力传感器和进气温度传感器依次安装在进气管上；进气门位移传感器的一端与进气门相连、进气门位移传感器的另一端与气缸盖相连；排气门位移传感器的一端与排气门相连、排气门位移传感器的另一端与气缸盖相连；三元催化器和宽域氧传感器安装在排气管上；转速传感器安装在曲柄连杆机构的轴端；电控单元分别与空气流量计、节气门位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、进气门位移传感器、火花塞、排气门位移传感器、宽域氧传感器、转速传感器和喷射器相连接。压缩天然气发动机空燃比同步测量方法是由电控单元接收发动机节气门位置传感器的信号，并计算节气门位置变化率，当电控单元监测到节气门位置变化率大于预置值时，开始信号采集准备工作并检测进气门位移传感器的信号，等待进气门开启信号，当进气门开启信号出现时，电控单元发出指令同时采集空气流量计、节气门位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器和发动机转速传感器的信号，电控单元将这些信号进行A/D转换后读取，并存入数据文件内；与此同时，电控单元检测排气门位移传感器的信号，当排气门开启时，电控单元启动宽域氧传感器，并采集宽域氧传感器的空燃比信号，将此信号进行A/D转换后读取，并存入数据文件内。当节气门位置变化率小于预置值时，电控单元中止数据采集。本发明以发动机进气门和排气门开启的信号作为电控单元采集数据的触发信号， 这样所测进入和排出气缸的气体即为同一工作循环中的气体，实现了 CNG发动机空燃比的同步自动测量。
图1是压缩天然气发动机空燃比同步自动测量装置结构示意图； 图2是压缩天然气发动机空燃比同步自动测量方法流程框图。
具体实施例方式如图1所示，压缩天然气发动机空燃比同步自动测量装置包括发动机进气门6、火花塞7、气缸盖8、排气门9、排气管11、缸体14、活塞15、曲柄连杆机构16、燃气供给系统18、 喷射器19和进气管20 ；缸体14上安装有气缸盖8 ；缸体14内安装有活塞15，活塞15和曲柄连杆机构16相连接；气缸盖8上分别安装有排气管11、进气管20和火花塞7 ；进气门6 安装在进气管20上，排气门9安装在排进气管11上；喷射器19安装在进气管20上，燃气供给系统18与喷射器19相连接；还包括空气流量计1、节气门位置传感器2、进气压力传感器3、进气温度传感器4、进气门位移传感器5、排气门位移传感器10、三元催化器12、宽域氧传感器13、转速传感器17、电控单元21 ；空气流量计1、节气门位置传感器2、进气压力传感器3和进气温度传感器4依次安装在进气管20上；进气门位移传感器5的一端与进气门6 相连、进气门位移传感器5的另一端与气缸盖8相连；排气门位移传感器10的一端与排气门9相连、排气门位移传感器10的另一端与气缸盖8相连；三元催化器12和宽域氧传感器 13安装在排气管11上；转速传感器17安装在曲柄连杆机构16的轴端；电控单元21分别与空气流量计1、节气门位置传感器2、进气压力传感器3、进气温度传感器4、进气门位移传感器5、火花塞7、排气门位移传感器10、宽域氧传感器13、转速传感器17和喷射器19相连接。在进气门6和排气门9上安装进气门位移传感器5和排气门位移传感器10的目的是检测进气门6和排气门9的动作，提供进气门和排气门开启的信号，作为电控单元21 数据采集的起始点，这样所测进入和排出某气缸的气体即为同一工作循环中的气体，即采集到的进气数据为在进气过程中进入该气缸的空气的信息，采集到的排气数据为这些空气经压缩、燃烧后排出该气缸的气体的信息，实现了空燃比的同步测量。如图2所示，压缩天然气发动机空燃比同步测量方法是在试验中设定CNG发动机的节气门以不同速率进行变化，由电控单元21接收节气门位置传感器2的信号并计算节气门位置变化率，当节气门位置变化率大于预置值时，发动机处于过渡工况，电控单元21开始信号采集准备工作并检测进气门位移传感器5的信号，等待进气门开启信号，当进气门开启信号出现时，电控单元21发出指令同时采集空气流量计1、节气门位置传感器2、进气压力传感器3、进气温度传感器4和发动机转速传感器17的信号，电控单元21将这些信号进行A/D转换后读入并存入数据文件内；与此同时，电控单元21检测排气门位移传感器 10的信号，当排气门开启时，电控单元21启动宽域氧传感器13，并采集宽域氧传感器13 的空燃比信号，存入数据文件内。当节气门位置变化率小于设定的预置值时，发动机处于稳定工况，电控单元21中止数据采集。CNG发动机空燃比同步测量原理为
如图1所示，CNG发动机的进气和燃气供给系统主要包括进气管20和燃气供给系统18 两部分。空燃比R是每循环吸入气缸的空气质量Mac与喷入气缸的燃气质量Mfc之比，即 R=Mac / Mfc。每循环喷入气缸的燃气质量Mfc可由电控单元21精确控制，实现空燃比同步测量的关键是精确测量出每循环吸入气缸的空气质量Mac。根据发动机进气流量平均值模型，流经节气门的空气质量Mat是节气门开度α和进气压力Rll的非线性函数，即
权利要求
1.一种压缩天然气发动机空燃比同步自动测量装置，包括发动机进气门(6)、火花塞 (7)、气缸盖(8)、排气门(9)、排气管(11)、缸体(14)、活塞(15)、曲柄连杆机构(16)、燃气供给系统(18)、喷射器(19)和进气管(20)；缸体(14)上安装有气缸盖(8)；缸体(14)内安装有活塞(15)，活塞(15)和曲柄连杆机构(16)相连接；气缸盖(8)上分别安装有排气管(11)、进气管(20)和火花塞(7);进气门(6)安装在进气管(20)上，排气门(9)安装在排进气管(11)上；喷射器(19)安装在进气管(20)上，燃气供给系统(18)与喷射器(19)相连接；其特征在于包括空气流量计(1)、 节气门位置传感器(2)、进气压力传感器(3)、进气温度传感器(4)、进气门位移传感器(5)、 排气门位移传感器(10)、三元催化器(12)、宽域氧传感器(13)、转速传感器(17)、电控单元 (21)；空气流量计(1)、节气门位置传感器(2)、进气压力传感器(3)和进气温度传感器(4) 依次安装在进气管(20)上；进气门位移传感器(5)的一端与进气门(6)相连、进气门位移传感器(5)的另一端与气缸盖(8)相连；排气门位移传感器(10)的一端与排气门(9)相连、排气门位移传感器(10)的另一端与气缸盖(8)相连；三元催化器(12)和宽域氧传感器(13) 安装在排气管(11)上；转速传感器(17 )安装在曲柄连杆机构(16 )的轴端；电控单元(21) 分别与空气流量计(1)、节气门位置传感器(2)、进气压力传感器(3)、进气温度传感器(4)、 进气门位移传感器(5)、火花塞(7)、排气门位移传感器(10)、宽域氧传感器(13)、转速传感器(17)和喷射器(19)相连接。
2.一种使用如权利要求1所述装置的压缩天然气发动机空燃比同步测量方法，其特征在于由电控单元(21)接收节气门位置传感器(2)的信号，并计算节气门位置变化率，当电控单元(21)监测到节气门位置变化率大于预置值时，开始信号采集准备工作并检测进气门位移传感器(5)的信号，等待进气门(6)开启的信号，当进气门(6)开启信号出现时，电控单元(21)发出指令同时采集空气流量计(1)、节气门位置传感器(2)、进气压力传感器(3)、 进气温度传感器(4 )和发动机转速传感器(17 )的信号，电控单元(21)将这些信号进行A/D 转换后读取，并存入数据文件内；与此同时，电控单元(21)检测排气门位移传感器(10)的信号，当排气门开启时，电控单元(21)启动宽域氧传感器(13)，并采集宽域氧传感器(13) 的空燃比信号，将此信号进行A/D转换后读取，并存入数据文件内；当节气门位置变化率小于预置值时，电控单元(21)中止数据采集。
全文摘要
本发明公开了一种压缩天然气发动机空燃比同步测量装置及其方法。空气流量计、节气门位置传感器、进气压力传感器和进气温度传感器依次安装在进气管上；进气门位移传感器的两端分别与进气门和气缸盖相连，排气门位移传感器的两端分别与排气门和气缸盖相连；三元催化器和宽域氧传感器安装在排气管上；转速传感器安装在曲柄连杆机构的轴端；电控单元分别与空气流量计、节气门位置传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、进气门位移传感器、排气门位移传感器、转速传感器、宽域氧传感器、火花塞和喷射器相连接。本发明以发动机进气门和排气门开启的信号，作为数据同步采集的触发信号，实现了压缩天然气发动机空燃比的同步自动测量。
文档编号F02B77/08GK102251856SQ201110117470
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者刘冰, 吴义虎, 李西秦 申请人:浙江科技学院