摘要：在资源日渐减少的背景下，采用CNG发动机还应降低燃气消耗。基于此，本文采用AMESim软件对CNG发动机燃气供给系统运行过程进行了仿真分析，发现需要通过喷嘴控制使发动机维持稳定空燃比。采用电控技术，可以实现喷射时间精确管理，使发动机排放性能得到优化。
关键词：CNG发动机；燃气供给；系统仿真；喷射控制
引言：作为清洁代用燃料，压缩天然气（CNG）在汽车领域得到了广泛应用。而采用CNG发动机，想要达到良好排放性能和经济性能需要加强燃气供给管理。应用燃气供给系统，需要通过精密喷射控制优化发动机排放性能。因此，还应加强CNG发动机燃气供给系统仿真及喷射控制研究，继而使发动机性能得到优化。
1 CNG发动机燃气供给系统仿真分析
1.1系统工作原理
CNG发动机在运行的过程中，需要通过两级机械式减压器对储存在压缩钢瓶中的气体进行减压，直至达到燃气共轨电磁阀额定工作压力范围内，才能使气体通过喷嘴进入气道[1]。在不同工况下，需要为发动机供给不同浓度提起，因此需要采用电子调压器进行气体浓度调节，常用空燃比表示，实际为可燃混合气中空气质量与燃料质量的比值。利用传感器进行空气质量测量换算，可以结合目标值进行燃气质量计算。在喷嘴前后压差相同时，通过控制喷射时间就能实现燃气质量控制。然而喷嘴气体压力受转速、气门开度等多种因素的影响，难以保持前后压差一致，因此需要利燃气供给系统加强控制。根据喷嘴前气体压力变化，系统可以完成目标压差值计算，向调压器发送压差指令，驱动执行器改变出口压力。根据反馈得到的压力值进行反复调节，能够实现燃气供给闭环控制。
1.2系统仿真分析
在系统仿真分析方面，需要采用AMESim软件建模，利用电磁库、气动库等模型库中的子模型完成减压器模型、调压器模型和喷嘴模型建立，增设可控阀门和气源实现调压器特性模拟分析。气源温度为293K，压力在10-200bar之间，结合使用情况进行压力变化模拟。在减压器等机械结构模拟中，需要对部件弹簧和阻尼进行模拟，完成阀门质量、运动摩擦阻力分析，实现各部件结构、摩擦力系数、质量等参数的设置。对执行器模型进行模拟，需要对线圈电流变化进行模拟，得到不同电磁力和喷嘴衔铁运动位移，得到各部件脉宽驱动信号。通过对系统静态特性进行仿真分析，可以发现在200bar压力条件下，阀门未发生动作。在阀门打开0.25s内，系统可以迅速平衡，两级减压器可以将压力减至5bar，调压器可以使出口压力达到2.5bar。应用软件批处理功能进行系统动态特性仿真，可以发现气瓶内气压随着时间延长而减小，说明系统在不同压力条件下都可以进行调压，减压器受压力影响不大，可以将压力调制2bar左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在第3s时对喷嘴阀门进行调节，伴随着阀门开度变化，将产生瞬间高压，然后达到新的压力平衡。结合喷嘴运动特性可知，平口阀先加速上升，达到最大值后受瞬时冲击作用，会产生加速度波动，之后迅速达到最大升程。结束后，受复位弹簧和背压作用，阀门加速回落。在阀门挤压作用下，部分燃气回流引起流速波动，导致平口阀出现速度波动。
2 CNG发动机燃气供给系统喷射控制研究
2.1喷嘴控制思路
结合燃气供给系统仿真分析结果可知，喷嘴需要发挥精确控制燃气喷射时间的作用，才能使各工况条件下发动机的燃气需求得到满足。采用电控技术，能够使机械系统控制滞后的问题得到解决，实现混合器空燃比的有效控制，保证发动机始终保持最佳工况，继而使发动机排放物得到减少的同时，节省更多燃气。按照执行机构，电控喷射系统可以划分为多点喷射和单点喷射两种。相比较而言，采用多点喷射能够实现进气量的精准控制，空燃比控制精度较高，能够使内燃过程得到有效组织，对喷射器频率响应要求不高[2]。因此，需要采用多点喷射控制方式，配合采用加氧传感器进行空气质量检测，实现燃气供给系统喷嘴喷射时间的闭环控制，将尾气排放量限定在最小范围内。
2.2喷射控制流程
按照上述方法，燃气供给系统在实现喷射控制时，将根据燃气喷射时间信号和发动机转速确定发动机工况。在对应MAP表中，可以获得工况对应的转换系数k，然后根据减压器温度进行相应修正系数k1的查找。根据燃气工作温度，可以得到修正系数k2。根据燃气喷射压力和进气压力MAP表，能够完成修正系数k3查找。根据各参数，能够对燃气喷射时间进行计算，得到：
tg=[k/128*tp]*[1+k1+k2+k3]+tm
其中，tp和tm分别为燃气喷射压力和喷射延迟时间。按照得到的喷射时间发送控制指令，能够使燃气及时喷射。采用氧气传感器，对排气中的氧浓度进行测量，可以实现空燃比反馈，实现喷射时间自动调整，直至达到平衡状态。对系统进行仿真分析，可以发现一氧化碳、氮氧化物和甲烷排放量符合国IV标准。
结论：采用AMESim软件实现CNG发动机燃气供给系统仿真分析可以发现，想要使发动机维持稳定空燃比，还要加强喷嘴控制。结合这一需求，可以采用电控技术实现系统喷射控制，通过闭环控制实现喷射时间精确管理，减少发动机尾气排放的同时，使发动机燃气消耗得到减小。
参考文献：
[1]黎明，孙霞，郑清平，等.点燃式CNG发动机燃烧系统的优化[J].燃烧科学与技术，2016，22（05）：475-479.
[2]徐恒，卢占领，杨秀玲.汽油/CNG发动机经济性动力性对比研究[J].汽车零部件，2016（04）：33-35.
论文作者:王沥钧,郑莉铭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/22
标签：燃气论文; 发动机论文; 喷嘴论文; 系统论文; 调压器论文; 压力论文; 减压器论文; 《基层建设》2019年第24期论文;