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电控汽油/CNG两用燃料发动机故障模拟试验及诊断研究

袁华智  
【摘要】: 能源危机、排放法规日益严格和温室气体效应,系当今世界环境方面的三大矛盾聚焦点。为缓解矛盾,促进人类社会和谐发展,各个国家纷纷制定应对策略,这些措施在汽车领域的表现为发展汽车新技术和寻求替代燃料。天然气作为新型汽车代用燃料,因其藏量丰富、节能环保、价格便宜、使用灵活、经济安全,被重点推广使用;伴随着政府政策的大力扶持,天然气汽车大范围的使用,再加上电子控制技术以及汽车技术快速的更新换代,天然气发动机的故障诊断变得愈加困难,这一现象在诸如中国的广大发展中国家表现的更为突出,因而对发动机的故障机理以及诊断方法研究显得非常必要和迫切。 在陕西省交通科技项目的资助和支持下,本文以三菱4G15S型电控汽油/CNG两用燃料发动机为研究对象,系统介绍了天然气发动机的分类、燃气系统的结构组成和工作原理以及燃气系统相关传感器和执行器组件的信号特点,剖析了燃气系统可能发生的常见故障。以台架试验以及排放分析法为基础;以研华PCI-1712采集卡、信号前端处理电路、信号丢失电路以及原机/模拟信号切换电路等为硬件;以LabVIEW软件为技术支持设计了电控汽油/CNG两用燃料发动机燃气系统故障模拟系统,分析了相关传感器(如进气压力传感器、燃气喷射压力传感器、氧传感器等)故障和执行器(如减压器组件、燃料转换装置等)故障对发动机燃气状态下的动力性、经济性以及各项排放指标的影响,取得了预期的效果。所设计的故障模拟系统可以实时再现故障,为研究天然气发动机故障机理提供了平台,并且具有较好的通用性。 在发动机故障模拟试验的基础上,运用人工神经网络基本原理和MATLAB软件,建立了天然气发动机故障诊断模型,并进行了验证,具有广泛适应性。 因天然气汽车的推广和发动机电喷技术的发展,天然气发动机故障诊断是一项全新的课题。总体来说,本文的创新点主要体现在: (1)系统地阐述了电控汽油/CNG两用燃料发动机燃气系统的组成、结构以及功用,首次在发动机台架上完成了燃气系统相关故障模拟试验,分析了燃气系统相关传感器、执行器的故障对发动机各项性能的影响,总结得出其规律; (2)将两用燃料发动机试验技术、虚拟技术以及控制理论有机结合,设计出电控汽油/CNG两用燃料发动机故障模拟系统,为天然气发动机的故障诊断提供了一种新方法; (3)将人工神经网络(BP神经网络和模糊神经网络)引入到天然气发动机的故障诊断的建模仿真中,拓宽了天然气发动机故障诊断的思路,具有一定的借鉴意义; (4)在天然气发动机故障诊断软件中,加入专家系统思想和人工智能技术,所开发的故障诊断软件具有一定的实用价值。


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