船用双燃料发动机LNG掺烧量电子控制器的研究

发布时间：2017-09-17 18:07

  本文关键词：船用双燃料发动机LNG掺烧量电子控制器的研究

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【摘要】：随着石油资源的消耗以及燃油价格的上涨，积极寻找船舶主推进动力装置柴油机的替代燃料成为了大家共同关注的话题。纯净的LNG液化天然气的成分中主要含甲烷（CH4），它是一种主要含碳和氢这两种类型化学元素的燃料，该燃料非常清洁和有着很高的热效率。船舶使用的双燃料发动机一般通常是指柴油/LNG双燃料发动机，它主要是以天然气和柴油为发动机的燃料，使用这种洁净的气体燃料，可以避免船舶发动机的尾气排放中NOx和SOx量高的缺点，使船舶发动机在整个航行的过程中，特别是在ECAs区域中几乎是无烟的状况航行，因此使用柴油/LNG双燃料发动机有着很好的发展前景。 液化天然气LNG作为一种非常成熟的燃料气源，它的来源可靠、易于储存和运输、生产技术可行、抗爆性能较强、热值较高、排放量低等优点使得它成为理想的船舶柴油机的代用燃料。船用柴油机，如果只是像通过机械控制送气的方式一样，进行简单机械改装为双燃料发动机，并不能发挥双燃料发动机的优势，在发动机运行的过程中还会出现非常多的不正常状况。这样的改装就不能完全的体现出天然气自身物理本性和化学性质，以及燃烧放热的特性，不能表现出天然气的显著优势，在很大程度上降低了天然气使用的性能，这样在动力性能和经济性能上就不能使双燃料发动机达到原柴油机的标准，失去了发动机改装的初衷和意义，既花费了成本，也没有提高发动机的性能指标。但是利用电子控制的技术，用程序逻辑来调度各控制策略，反应既快速又准确，对喷油实行电子控制和对喷气实行电子控制的相关技术之后，就会从根本上去克服双燃料发动机的替代率低、热效率不高、经济性动力性不好以及排放等多方面的问题。使其能最大限度的发挥柴油与LNG混合燃烧的理化特性，，达到最佳的经济性、动力性和排放性。 本文所做的工作主要分为如下几个方面的内容： （1）天然气供应系统的设计制定和柴油机改装结构方案的设计。 （2）电控单元ECU的整体构架规划，输入输出协议的制定。 （3）电控单元ECU的硬件和软件的设计，它主要包括各调理电路的设计、画图制板、电子元器件的选型及各单元模块程序的编写。 （4）在输入和输出的信号端进行电子控制单元ECU模拟调试测量。 （5）喷射阀的标定实验及喷射量数值分析。 （6）台架实验LNG供气系统、电子喷射阀、电控系统、各种传感器仪器设备的安装、调试。 （7）课题最后通过双燃料发动机的真实台架实验研究，用实验数据验证了其电子控制器ECU各种单元模块的稳定性、可行性，以及双燃料发动机的各性能参数指标。 经过模拟调试和台架实验，从结果分析可以得到，该套电控单元ECU系统能用于双燃料发动机的LNG喷射量的控制，并能准确的判别发动机的工况点和LNG喷射时刻及喷射量，该套电控单元ECU系统具有很强的实用性和经济价值。
【关键词】：电控单元 掺烧 XC2267M 标定 台架实验
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.12
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的目的及意义10-11
• 1.2 LNG 的特性11-13
• 1.3 国内和国外双燃料发动机的研究状况13-15
• 1.3.1 国外双燃料发动机的研究状况13-14
• 1.3.2 国内双燃料发动机的研究状况14-15
• 1.4 本课题主要来源及研究内容15-19
• 1.4.1 气体燃料发动机的分类15-16
• 1.4.2 双燃料发动机的特点16-19
• 第2章 双燃料发动机的电子控制系统总体设计19-24
• 2.1 发动机的主要技术参数19
• 2.2 系统设计19-24
• 第3章 电子控制器设计的硬件模块24-40
• 3.1 电子控制器硬件系统的整体设计方案24
• 3.2 硬件的底层结构24-27
• 3.2.1 芯片 CPU 的结构图24-26
• 3.2.2 芯片通道配置表26-27
• 3.3 硬件各调理电路的电路图27-39
• 3.3.1 芯片晶振电路27-28
• 3.3.2 复位电路28-29
• 3.3.3 ECU 电源模块电路29
• 3.3.4 电子喷射阀的驱动单元模块电路29-34
• 3.3.5 JTAG 调试电路34
• 3.3.6 曲轴位置转换模块电路34-35
• 3.3.7 凸轮轴位置转换模块电路35-37
• 3.3.8 通信模块电路37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 电子控制器设计的软件单元40-52
• 4.1 主程序模块的功能40-42
• 4.1.1 各部分模块的功能40
• 4.1.2 主程序流程40-42
• 4.2 各个模块的功能42-49
• 4.2.1 转速测量单元模块42
• 4.2.2 温度测量单元模块42-43
• 4.2.3 油门位置测量单元模块43-44
• 4.2.4 电子喷射阀控制单元模块44-48
• 4.2.5 RS232 串口通信协议48-49
• 4.3 上位机 PC 端通信软件模块49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 电子控制器仿真调试实验52-56
• 5.1 电子控制器仿真系统52-53
• 5.1.1 仿真系统结构图52
• 5.1.2 转换电路模块52-53
• 5.1.3 转换电路原理53
• 5.2 ECU 仿真实验53-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 液化天然气双燃料发动机台架实验56-65
• 6.1 发动机实验台仪器设备的安装56
• 6.2 电子喷射阀的标定实验56-60
• 6.3 双燃料发动机整机台架实验60-64
• 6.4 本章小结64-65
• 第7章 全文总结65-68
• 7.1 本文总结65-66
• 7.2 不足之处66-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 附录一72-73
• 附录二73-74
• 附录三74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：870917