利用虚拟仪器技术实现双燃料发动机电控乙醇喷射系统的优化控制

鲁东大学学报(自然科学版)　Ludong University Journal(Na tural Science Edition)2007,23(2):184—187　 收稿日期225;修回日期232 基金项目鲁东大学基金(53) 作者简介刘建霞(—),女,助教,硕士,主要从事车辆工程方面的研究,()j x @6利用虚拟仪器技术实现双燃料发动机电控乙醇喷射系统的优化控制刘建霞,姚美红,何士龙,杨玲玲(鲁东大学交通学院,山东烟台264025)摘要:利用虚拟仪器技术,设计出了一套电控乙醇喷射系统.通过虚拟仪器软件—Lab V IE W 编程,完成传感器信号采集和乙醇喷射控制信号的输出,实现了乙醇喷射量和喷射时间的优化控制.关键词:虚拟仪器;柴油/乙醇;双燃料;电控喷射中图分类号:TK 463 文献标识码:A 文章编号:167328020(2007)022******* 柴油/乙醇双燃料发动机研究试验的特点是:周期长,易反复,消耗大.传统的控制模式精度不高,出现问题时修改完善的时间较长.利用虚拟仪器[1](V irtual I nstrument,V I)技术搭建控制平台,系统更新的重点在于软件的二次开发,硬件设备不需要追加投入.虚拟仪器软件LabV I EW 采用可视化、图形化的程序设计,可读性高,易修改,方便试验人员掌握.PC I —6024E 系列数据采集卡,支持MDA 方式和双缓冲区模式,保证了实时信号的不间断采集与存储.因此,利用虚拟仪器技术进行发动机实验控制已经成为内燃机试验新方法的重要组成部分,并已经取得了阶段性的研究成果,设计出了柴油/乙醇双燃料发动机试验控制装置,如图1[2,3]所示.本文在总结已有研究成果的基础上,进一步优化控制过程,设计出基于PC I -6024E 数据采集卡的信号调理电路硬件,开发了用于信号采集和试验控制的应用程序,完成了电控乙醇喷射系统的虚拟仪器软件和外围电路的优图1　系统硬件结构框图化设计,并进行了双燃料发动机试验,实现了乙醇喷射量和喷射时间随发动机工况变化的实时控制.1　电控系统调理电路设计1.1　转速信号调理电路 转速信号传感器的输出为一定宽度的脉冲信号,信号的幅值为0—5V ,符合数据采集卡对脉冲信号的要求,但是由于数据采集卡对杂波非常敏感,发动机的工作环境中又不可避免地存在干扰信号,因此,在将转速信号接入采集卡之前,用光电耦合器6N317对其进行不共地隔离,用施密特触发器对脉冲信号进行整形处理,调理电路如图2所示.转速信号经过调理输入数据采集卡,由LabV I E W 编程来确定转速值.图2　转速信号调理电路1.2　供油齿杆位移传感器信号的调理电路 电阻式线性位移传感器的输出信号是模拟电压信号,其输出电压的范围是0—5V,数据采集卡:2007010:2007017:200404:1977E -m ai l ian i .　第2期刘建霞,等:利用虚拟仪器技术实现双燃料发动机电控乙醇喷射系统的优化控制185　接受模拟信号的输入,并能够将输入的模拟量以数值的形式显示在前面板上,免去了接入A /D 转换电路的麻烦.考虑到发动机试验的噪声影响,需要对供油齿杆位移信号进行低通滤波处理,调理电路如图3所示.图3　供油齿杆位移信号调理电路1.3　乙醇喷射器的驱动电路 乙醇喷射器的喷射动作直接由软件编程并结合驱动电路来控制.乙醇喷射器的驱动方式采用较为简单的电压驱动,驱动电路如图4所示.逻辑与门MC14066得到数据采集卡输出的喷醇信号和两缸的喷醇等待信号后,分别驱动两个缸的乙醇喷射器动作.图4　乙醇喷射驱动电路2　电控系统的软件设计2.1　循环供油量测量的软件设计 首先,根据供油齿杆位移信号,利用Lab 2V I E W 标定传感器,选择模拟差分输入,通道号为“0”,采样频率为1000Hz .以电压量为目标函数,位移为自变量,用最小二乘法进行拟合,得到位移传感器的标定方程式y =9.66x -0.14.(1)在喷油泵试验台上,对装有位移传感器的喷油泵进行循环喷油量的标定,建立循环喷油量与位移之间的关系.虚拟仪器采集到的是电压量,要根据(1)式转换成位移量.采集三次某拉杆位移下的供油量,取平均值后,得到喷油泵工作范围内的拉杆位移与循环供油量的关系,用最小二乘法进行二元线性回归方程的拟合:以喷油泵的循环喷油量为目标函数,以喷油泵供油拉杆位移量和发动机转速为自变量,建立循环喷油量y 与拉杆位移x 1、发动机转速x 2的函数关系式y =0.01972+0.00681x 1+4.04×10-7x 2,　(2)由此得到的发动机循环喷油量是计算机根据设定的掺烧比计算乙醇掺烧量的依据.2.2　电控乙醇喷射量和喷射正时的软件设计 电控乙醇喷射系统由虚拟仪器硬件数据采集卡、Lab V I E W 软件编程和外围驱动电路组成.乙醇喷射量的大小是由计算机通过数据采集卡输出的喷醇脉冲的宽度决定的.乙醇喷射器驱动电路检测到乙醇喷射正时信号和某缸进气门开启信号后,输出一个喷醇驱动信号.该信号一方面触发数据采集卡输出一定宽度的喷醇脉冲,另一方面作为乙醇喷射器驱动信号,当乙醇喷射器上的电压达到电磁阀开启电压时,电磁阀打开,乙醇喷射器开始动作,根据计算机给定的喷醇脉冲宽度,喷射一定量的乙醇.为满足不同转速、不同负荷下喷醇量的实时控制,对喷醇脉冲宽度用Lab V I E W 计数器子程序进行标定,得到乙醇喷射量y 与喷醇脉冲宽度x 的函数关系式y =-0.0024+0.0044x .2.3　转速测量的软件设计 转速的测量是通过检测转速传感器输入数据采集卡的脉冲信号宽度来实现的.转速传感器垂直安装在凸轮轴上的信号盘上,并将发动机凸轮轴转过1/4个圆周所经历的时间以脉冲形式传递给数据采集卡.数据采集卡的计数器记录被测量脉冲宽度范围内的时基脉冲个数,再与时基信号频率的倒数相乘,得到测量脉冲信号的长度,如图5所示,也就是凸轮轴转过1/4圆周的时间.经过换算进而得到发动机转速,用公式表示n =时基脉冲个数时基频率×2×4×60.图5　计数原理186　鲁东大学学报(自然科学版)第23卷　3　电控系统性能检验 电控乙醇喷射系统的检验分为两部分:一是通过示波器检验电控系统的时序逻辑,结果如图6所示,1,3表示喷醇脉冲,2表示喷醇信号脉冲.在低、中、高转速下,均能实现喷醇信号到达时开始喷醇,达到预期效果;二是利用TY295D发动机进行性能试验.TY295D柴油机进气提前角为8°,为使双燃料的混合更加充分,乙醇喷射时刻初步选在活塞处于上止点且开始下行时[4],此时,进气门刚开启,进气紊流速度高,有利于乙醇与柴油在气缸内混合,提高发动机的经济性.如果乙醇喷射时刻过晚,即在进气持续角较大时喷射乙醇,进气门关闭引起的压力波和气体倒流会影响混合燃料的雾化,同时也会使气缸温度降低,压力下降,影响发动机的动力性能[5].基于以上考虑选取进气持续角14°,16°,17°,18°的位置作为乙醇的喷射时刻,对双燃料发动机进行全负荷试验.将油门调至最大,调整水力测功仪,改变发动机转速,记录原机与双燃料机的性能曲线.得到原机和双燃料机在不同喷醇时刻下的功率、扭矩和烟度曲线,如图7,图8,图9所示.由功率曲线和扭矩曲线可以看出:在进气持续角为16°时双燃料发动机的动力性比原机显著提高;而在14°供醇时刻,试验样机的碳烟排放量比原机明显减少,实现了电控系统设计的目的及要求.图6　进气门开启信号与乙醇喷射正时信号的逻辑关系图7　不同供醇时刻的功率特性曲线图8　不同供醇时刻的扭矩特性曲线图9　不同供醇时刻的烟度曲线4　结论 1)在本文所设计的双燃料电控乙醇喷射系统中,乙醇喷射量由喷醇脉冲宽度决定,实现了乙醇喷射的实时控制. 2)对样机进行了全负荷特性试验,结果表明:在给定的乙醇掺烧比下,乙醇的喷射量误差可控制在±3%以内,满足双燃料发动机对电控乙醇喷射系统控制精度的要求. 3)该电控系统便于学习和操作,且软、硬件均可根据需要自行扩展,不需要额外投入,达到了控制过程易于掌握,节约开发成本,方便后续研究的目的,是柴油/乙醇双燃料发动机试验研究较好的电控方案. 4)不足之处:该电控系统不能实现乙醇掺烧比的实时控制,而是需要在程序运行过程中由界面设定,且控制过程仍为开环控制,还需进一步完善.参考文献:[1]陈海滨,田瑞利,等.基于PC I6024E的虚拟仪器测试系统[J].电子技术,2003,(8):61—62.[]刘建霞基于L V I W的柴油酒精双燃料发动机燃烧控制装置的研究[]山东内燃机,,()6—82.ab E/J.20041:.　第2期刘建霞,等:利用虚拟仪器技术实现双燃料发动机电控乙醇喷射系统的优化控制187[3]姚起宏,刘建霞,黄大明.柴油酒精双燃料喷射控制试验的虚拟仪器技术应用[J].机电产品开发与研究,2004,17(1):8—10.[4]刘荣厚,刘庆玉,马志泓,等.柴油机燃用乙醇/柴油双燃料的改装设计[J].沈阳农业大学学报,1994,25(2):229—230.[5]何邦全,闫小光,王建昕,等.电喷汽油机燃用乙醇-汽油燃料的排放性能研究[J].内燃机学报,2002,20(5):399—402.The Appli ca ti on of Vi r tua l In str um en t on E lectr on i c C on tr olled A l coholI n ject i on Syste m of the En gi n e D ua l FuelL I U　Jian2xia,Y AO　Mei2hong,HE　Shi2l ong,Y ANG　Ling2ling(School of Traffic,L udong University,Yantai264025,Ch i na)Abstrac t:One syste m of electr onic contr olled alcohol injecti on is designed out by the app lica tion of V irtua l I n2 str um ent.By using the instru m ent soft w are-Lab V I E W pr ogr amm ing,the sens or signal is acquired and the a l2 cohol injection signal is transferr ed to the computer.The opti m ized c ontr ol of the a lcohol I njecti on quantity and the Alcohol I njecti on ti me are r ealizedKey wor ds:virtual I nstru m entl;diese l/alc ohol;dual fuel;electr onic contr olled injection(责任编辑　刘晓婷)(上接第179页)Ab stra ct I D:167328020(2007)02201772EAI n vesti ga ti on on the M odel of Hea t Tran sfer i n S tra i ght Sur face Gr i n d i n gFENG　B ao2fu1,G A I　Quan2fang2,L I　Dong1,Y UA N　Jin2liang1,CHEN　Bei2qiang1(1.S chool of Traffi c, 2.Schoo l of C ivi l Engi neering;Ludong Universi t y,Yantai264025,Ch i na)Abstrac t:The grinding heat flux q ente ring the wor kpiece is assum ed to be unifor m ly distributed over the grinding z one.The mode ls of hea t tr ansfer f or oblique heat sour ce and f or c ircle a r c heat source a r e set up and ana lyzed.Those t w o mode ls can be used to ana lyze deep grinding.Key wor ds:str aight sur face grinding;hea t transfer;model(责任编辑　刘晓婷)。