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壓燃式雙燃料發(fā)動機燃料轉(zhuǎn)換控制器的設(shè)計
隨著人們對能源和環(huán)境問題的日益關(guān)注,內(nèi)燃機的高效潔凈燃燒作為一項重要的“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)動機是解決這一問題的一個有效手段。
由于雙燃料發(fā)動機是在原有柴油發(fā)動機的基礎(chǔ)上改裝而成,因此發(fā)動機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)動機水溫高于50℃時,發(fā)動機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,燃料轉(zhuǎn)換機構(gòu)應(yīng)該保證在發(fā)動機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)。為實現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換的順利進(jìn)行,研制了燃料轉(zhuǎn)換控制機構(gòu)。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計
轉(zhuǎn)換機構(gòu)的邏輯控制單元主要用來接收司機的轉(zhuǎn)換信號X1、發(fā)動機的水溫信號X2、高壓天然氣的壓力信號X3及燃料轉(zhuǎn)換機構(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)換機構(gòu)示意圖如圖1所示。
然轉(zhuǎn)換機構(gòu)的機械執(zhí)行部分必須能夠?qū)⑦壿嬁刂茊卧闹噶钚盘柣癁闄C械運行,以實現(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)計中,要求開關(guān)電磁鐵的兩種位置對應(yīng)機械執(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)。通過機械部分的連動,傳動機構(gòu)切斷或連接加速踏板的運動,控制調(diào)速器控制桿的運動狀態(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)動機的運動,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)加速踏板的運動向調(diào)速器控制桿的傳遞被機械部分切斷時,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
邏輯控制單元主要實現(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)機械部分處于雙燃料工作狀態(tài)時,反饋信號x4=1,當(dāng)機械部分恢復(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
因為有些器件的輸出信號是模擬量,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。
2.2.2 驅(qū)動電路部分
在燃料轉(zhuǎn)換機構(gòu)的驅(qū)動器件中,開關(guān)電磁鐵和高壓天然氣截止閥需要較強的工作電流,驅(qū)動電路部分采用固態(tài)繼電器,將邏輯判斷部分的指令
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