油改气发动机改装设计
目 录
1 绪论1
1.1 课题研究背景1
1.2 油改气发动机改装技术的国内外发展状况2
1.3 论文主要工作3
2 油改气发动机硬件设计4
2.1 油改气发动机工作原理4
2.2 油改气发动机系统硬件的组成5
2.3 油改气发动机改装系统进气系统硬件设计6
2.4 微处理器芯片的选用7
2.5 油改气发动机系统执行机构硬件设计9
3 油改气发动机的基本控制策略10
3.1 油气间的切换11
3.2 喷气脉宽的控制14
3.3 汽油喷射信号仿真器15
4 油改气发动机系统软件设计15
4.1 油改气发动机改装系统的主程序流程图15
4.2 油改气发动机喷气控制模块流程图16
4.3 喷气控制模块源程序18
结论20
致谢21
参考文献22
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着全世界汽车保有量的不断增长，全球污染日趋严重，地球上的石油资源储藏量也在日渐减少，如果长此以往，几十年后我们将面临资源枯竭的危局，所以寻求新的能源代来替带石油资源已经刻不容缓，除此之外，地球环境承载能力已经不堪重负，那就意味着新的代替能源必须是保有量大，同时燃烧也不会过大的对大气造成污染。随着科学技术的发展，也出现了很多降低排放、节约能源的技术，其中燃气汽车的应用得到了广泛的推广。国外早在20世纪七、八十年代就开始研制、生产以液化石油气（LPG）汽车、压缩天然气（CNG）汽车为代表的低排放燃气汽车。天然气因为其产储量丰富、燃烧清洁的特点，在我国乃至世界都 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
得到了广泛的推广，很显然，发展前景极其广阔。除了天然气能源外，电动汽车、醇类燃料汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车，混合动力汽车等等也相继出现，但是由于天然气其自身特点在燃料汽车中最受欢迎。在国外早就有将天然气代替石油作为汽车的动力燃料，CNG汽车最早使用者和最大规模长期保持者是意大利，意大利石油资源很短缺但是天然气资源丰富，1931年率先在其北部建造了第一个加气站，改装了全球首批天然气汽车。拉美和亚太是目前世界上最大的天然气汽车市场，亚太地区和拉美地区拥有的加气站数量最多。天然气由于其来源丰富、技术较为成熟，其环保与价格的优势受到许多国家的重视与支持。在天然气资源丰富的国家如阿根廷、意大利、新西兰、巴西、印度尼西亚等都大力发展天然气汽车，受环保法规和国家政策制约的美国、日本等国家，天然气汽车的发展也非常迅速。天然气汽车开发的核心技术在于其发动机，目前，CNG发动机可以分为三大类，第一类是单一的CNG发动机，第二类CNG/柴油混合双燃料发动机，第三类是CNG/汽油混合动力双燃料发动机。
单一的CNG发动机是最能够发挥天然气的抗爆性和排放清洁的优势，通过开发CNG专用的发动机机体，提高压缩比，设计全新的燃料进气管道，提高点火能量，同时在传感器发面也采用全新的适应天然气特性的传感器材料，更加精确，采用多点顺序喷射等等技术，其性能可以和汽油机相媲美，但是缺点在于其续航能力，还有其昂贵的价格。
CNG/柴油混合动力双燃料发动机，这也就是原先最早的也是现如今很常用的油改气发动机改装技术。这种技术就是在原来的发动机系统中加入一个新的供气装置，在其中安装截止阀等阀体，压缩的天然气经过减压等环节成为常压气体，喷入气缸与少量的柴油混合，通过高压高温使之点燃，其动力性也不会损失太大，它的缺点是受油泵供油特性比较大，过低的引燃油量会导致喷油器冷却不良。
CNG/柴油混合动力双燃料发动机与CNG/柴油混合双燃料发动机不同之处在于它是将天然气与汽油相切换，每次只能引用一种作为当前燃料。它依旧是在原来的发动机系统中加装一个新的供气装置，配有专门的燃气ECU来控制气体的喷射和喷射量，当然这些也都是以各种辅助硬件如传感器之类的配合，它改装简单方便，成本较低，受到许多油改气的朋友喜爱，其缺点在于动力性能会下降。
当今世界环境污染严重，能源结构调整，排放法规的日益严格，对于油改气发动机来说是一个非常好的发展契机，在国外许多汽车公司都推出了采用新的改装技术的天然气车型，不仅污染低，同时因为采用了先进的技术，其发动机性能性能与传统的以燃油为燃料的汽车不相上下，加之天然气价格的低廉与国家储存量的丰富，受到到许多人的青睐，虽然现在主流的汽车仍是以燃油技术为基础，但是随着环境污染与能源危机的重压迫，CNG汽车将在不久的将来成为新的宠儿，其发动机改装技术也会因此得到更多的重视与发展，前景广阔。
1.2 油改气发动机改装技术的国内外发展状况
在国外，混合动力汽车发动机技术总体经历了三代的发展。
第一代是以机械式混合器为主要特征，一般是由化油器汽车改装的，CNG采用减压系统将高压CNG降低压力成为常压气体，再由混合器很据发动机的工况，控制CNG进入气缸内，缺点是每个缸的供气量分配不均匀，动力损失大。
第二代技术是在第一代的基础上加上了燃气ECU，利用排气系统中安装的氧传感器提供的空 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
燃比信息，调节燃气控制量，使发动机空燃比控制在理论空燃比附近，从而改善改装机组的性能。
第三代是现在广泛使用的Master-Slave多点顺序喷射系统，第三代多点顺序喷射系统解决了第二代混合器存在的动力性能不足的问题。
由于双燃料系统不能使天然气特性得到最充分的发挥，国外已经把改装放在了开发单燃料的天然气专一发动机，目前美国的汽车巨头如福特，通用都有推出新型的单燃料天然气发动机，如C系列的天然气发动机，日本本田推出的CIVIC系列的CNGV的专用发动机等等，这些都提高了天然气发动机的性能。
在国内，由于我国天然气发动机改装时间较晚，虽然比不上国外的最先进的改装技术以及专用的天然气发动机技术，但是也是迎头赶上，目前我国大多数的改装相当于国外的第二阶段，即加装燃气ECU，通过氧传感器，车速传感器，水温传感器等等，通过燃气ECU控制，来达到燃气的喷射和喷射量的控制，在性能上略逊色于国外的改装。
单点和直喷是现在油改气发动机国内外两种不同的改装技术。单点是指在汽车进气歧管前加装一个混合器，天然气从减压阀出来与空气在混合器中混合后通过进气支管进入发动机燃烧室，它是属于缸外混合；而直喷是在每条进气支管上开个孔，装上喷嘴，由电脑控制将减压后的天然气通过喷气嘴直接喷射到发动机燃烧室，这种属于缸内直喷。
单点技术早已使用了几十年，如今技术仍然在不断革新，相对直喷来说更稳定，调试只要手工调节，相对直喷调试要使用专业电脑软件来说要更简便，但单点装置对原车点火系统要求相当高，如果原车点火系统不怎么理想的话，会出现气体积压在进气支管内，造成放炮、回火等现象。直喷技术是近年来开发的新技术，已发展至第三代，第四代技术已经在研发，相对单点来说，直喷提速更快、车辆发动机动力性能更好，但是该技术对原车改动比较多，更容易出现故障。针对气耗来说，单点与直喷耗气量没多大的区别，但长途车俩使用单点更省气。
如上图11所示，这个子系统是控制燃气共轨电磁阀的开闭，也就是控制燃气喷射的开启和关闭。在燃气共轨电磁阀接收到由燃气ECU经过A/D模块转换后的喷油信号上升沿后拉高所对应的电磁阀的电平，电磁阀阀芯打开，开始喷气。在受到喷油信号下降沿后，延时一段时间后关闭电磁阀等待下一个相对应的电磁阀打开喷气，这里的电磁阀打开顺序与气缸点火顺序设定是一致的，最终达到循环控制喷射。
1 绪论1
1.1 课题研究背景1
1.2 油改气发动机改装技术的国内外发展状况2
1.3 论文主要工作3
2 油改气发动机硬件设计4
2.1 油改气发动机工作原理4
2.2 油改气发动机系统硬件的组成5
2.3 油改气发动机改装系统进气系统硬件设计6
2.4 微处理器芯片的选用7
2.5 油改气发动机系统执行机构硬件设计9
3 油改气发动机的基本控制策略10
3.1 油气间的切换11
3.2 喷气脉宽的控制14
3.3 汽油喷射信号仿真器15
4 油改气发动机系统软件设计15
4.1 油改气发动机改装系统的主程序流程图15
4.2 油改气发动机喷气控制模块流程图16
4.3 喷气控制模块源程序18
结论20
致谢21
参考文献22
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着全世界汽车保有量的不断增长，全球污染日趋严重，地球上的石油资源储藏量也在日渐减少，如果长此以往，几十年后我们将面临资源枯竭的危局，所以寻求新的能源代来替带石油资源已经刻不容缓，除此之外，地球环境承载能力已经不堪重负，那就意味着新的代替能源必须是保有量大，同时燃烧也不会过大的对大气造成污染。随着科学技术的发展，也出现了很多降低排放、节约能源的技术，其中燃气汽车的应用得到了广泛的推广。国外早在20世纪七、八十年代就开始研制、生产以液化石油气（LPG）汽车、压缩天然气（CNG）汽车为代表的低排放燃气汽车。天然气因为其产储量丰富、燃烧清洁的特点，在我国乃至世界都 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
得到了广泛的推广，很显然，发展前景极其广阔。除了天然气能源外，电动汽车、醇类燃料汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车，混合动力汽车等等也相继出现，但是由于天然气其自身特点在燃料汽车中最受欢迎。在国外早就有将天然气代替石油作为汽车的动力燃料，CNG汽车最早使用者和最大规模长期保持者是意大利，意大利石油资源很短缺但是天然气资源丰富，1931年率先在其北部建造了第一个加气站，改装了全球首批天然气汽车。拉美和亚太是目前世界上最大的天然气汽车市场，亚太地区和拉美地区拥有的加气站数量最多。天然气由于其来源丰富、技术较为成熟，其环保与价格的优势受到许多国家的重视与支持。在天然气资源丰富的国家如阿根廷、意大利、新西兰、巴西、印度尼西亚等都大力发展天然气汽车，受环保法规和国家政策制约的美国、日本等国家，天然气汽车的发展也非常迅速。天然气汽车开发的核心技术在于其发动机，目前，CNG发动机可以分为三大类，第一类是单一的CNG发动机，第二类CNG/柴油混合双燃料发动机，第三类是CNG/汽油混合动力双燃料发动机。
单一的CNG发动机是最能够发挥天然气的抗爆性和排放清洁的优势，通过开发CNG专用的发动机机体，提高压缩比，设计全新的燃料进气管道，提高点火能量，同时在传感器发面也采用全新的适应天然气特性的传感器材料，更加精确，采用多点顺序喷射等等技术，其性能可以和汽油机相媲美，但是缺点在于其续航能力，还有其昂贵的价格。
CNG/柴油混合动力双燃料发动机，这也就是原先最早的也是现如今很常用的油改气发动机改装技术。这种技术就是在原来的发动机系统中加入一个新的供气装置，在其中安装截止阀等阀体，压缩的天然气经过减压等环节成为常压气体，喷入气缸与少量的柴油混合，通过高压高温使之点燃，其动力性也不会损失太大，它的缺点是受油泵供油特性比较大，过低的引燃油量会导致喷油器冷却不良。
CNG/柴油混合动力双燃料发动机与CNG/柴油混合双燃料发动机不同之处在于它是将天然气与汽油相切换，每次只能引用一种作为当前燃料。它依旧是在原来的发动机系统中加装一个新的供气装置，配有专门的燃气ECU来控制气体的喷射和喷射量，当然这些也都是以各种辅助硬件如传感器之类的配合，它改装简单方便，成本较低，受到许多油改气的朋友喜爱，其缺点在于动力性能会下降。
当今世界环境污染严重，能源结构调整，排放法规的日益严格，对于油改气发动机来说是一个非常好的发展契机，在国外许多汽车公司都推出了采用新的改装技术的天然气车型，不仅污染低，同时因为采用了先进的技术，其发动机性能性能与传统的以燃油为燃料的汽车不相上下，加之天然气价格的低廉与国家储存量的丰富，受到到许多人的青睐，虽然现在主流的汽车仍是以燃油技术为基础，但是随着环境污染与能源危机的重压迫，CNG汽车将在不久的将来成为新的宠儿，其发动机改装技术也会因此得到更多的重视与发展，前景广阔。
1.2 油改气发动机改装技术的国内外发展状况
在国外，混合动力汽车发动机技术总体经历了三代的发展。
第一代是以机械式混合器为主要特征，一般是由化油器汽车改装的，CNG采用减压系统将高压CNG降低压力成为常压气体，再由混合器很据发动机的工况，控制CNG进入气缸内，缺点是每个缸的供气量分配不均匀，动力损失大。
第二代技术是在第一代的基础上加上了燃气ECU，利用排气系统中安装的氧传感器提供的空 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
燃比信息，调节燃气控制量，使发动机空燃比控制在理论空燃比附近，从而改善改装机组的性能。
第三代是现在广泛使用的Master-Slave多点顺序喷射系统，第三代多点顺序喷射系统解决了第二代混合器存在的动力性能不足的问题。
由于双燃料系统不能使天然气特性得到最充分的发挥，国外已经把改装放在了开发单燃料的天然气专一发动机，目前美国的汽车巨头如福特，通用都有推出新型的单燃料天然气发动机，如C系列的天然气发动机，日本本田推出的CIVIC系列的CNGV的专用发动机等等，这些都提高了天然气发动机的性能。
在国内，由于我国天然气发动机改装时间较晚，虽然比不上国外的最先进的改装技术以及专用的天然气发动机技术，但是也是迎头赶上，目前我国大多数的改装相当于国外的第二阶段，即加装燃气ECU，通过氧传感器，车速传感器，水温传感器等等，通过燃气ECU控制，来达到燃气的喷射和喷射量的控制，在性能上略逊色于国外的改装。
单点和直喷是现在油改气发动机国内外两种不同的改装技术。单点是指在汽车进气歧管前加装一个混合器，天然气从减压阀出来与空气在混合器中混合后通过进气支管进入发动机燃烧室，它是属于缸外混合；而直喷是在每条进气支管上开个孔，装上喷嘴，由电脑控制将减压后的天然气通过喷气嘴直接喷射到发动机燃烧室，这种属于缸内直喷。
单点技术早已使用了几十年，如今技术仍然在不断革新，相对直喷来说更稳定，调试只要手工调节，相对直喷调试要使用专业电脑软件来说要更简便，但单点装置对原车点火系统要求相当高，如果原车点火系统不怎么理想的话，会出现气体积压在进气支管内，造成放炮、回火等现象。直喷技术是近年来开发的新技术，已发展至第三代，第四代技术已经在研发，相对单点来说，直喷提速更快、车辆发动机动力性能更好，但是该技术对原车改动比较多，更容易出现故障。针对气耗来说，单点与直喷耗气量没多大的区别，但长途车俩使用单点更省气。
如上图11所示，这个子系统是控制燃气共轨电磁阀的开闭，也就是控制燃气喷射的开启和关闭。在燃气共轨电磁阀接收到由燃气ECU经过A/D模块转换后的喷油信号上升沿后拉高所对应的电磁阀的电平，电磁阀阀芯打开，开始喷气。在受到喷油信号下降沿后，延时一段时间后关闭电磁阀等待下一个相对应的电磁阀打开喷气，这里的电磁阀打开顺序与气缸点火顺序设定是一致的，最终达到循环控制喷射。
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