【毕业论文】天然气电控发动机毕业设计说明书

并设置了多种传感器，充分应用原发动机的电控系统，实现引燃柴油量和天然气量的精确控制。

控制原理设计设计的柴油天然气双燃料发动机采用电控单点喷气控制方式，其供气系统电子控制原理如下图所示。

图控制原理设计的系统主要包括天然气的储气系统供给系统及控制系统。

由图所示，天然气由气瓶通过高压管流入压力调节器。

其间设置有充气阀手动关闭阀压力表等。

然后，天然气通过电磁阀进入气体流量阀，由燃气喷射器喷入进气道。

在进气道内天然气与空气混合后流入进气歧管，最后到达各气缸内。

在汽车的些部位安有传感器，通过数据采集由中央控制器控制柴油和天然气的供给量。

各部件功用气瓶气瓶储存压力为的压缩天然气，在其后先后接有气瓶阀充气阀手动关闭阀及压力表等。

气瓶阀在必要时封住瓶内气体及防止瓶内压力过高损坏气瓶充气阀是在储气瓶内压力不足时向储气瓶内充入天然气手动关闭阀是当汽车因加气修理入库停车时，用来截止气瓶到燃气压力调节器之间的气路联接。

压力表用于表针加气时天然气是否加足。

压力调节器燃气压力调节器可以将天然气的压力从降到左右，而且在压力调节器上装有压力传感器且与驾驶室内控制面板相连，这样在驾驶室内即可通过压力值了解气瓶内天然气的储量。

在压力调节器前分别安装有加温器和过滤器。

其中加温器是为了给天然气加热，以避免因天然气压力降低吸收热量而使压力调节器冻结。

过滤器是为了滤除气体中的杂质，以避免减压器阀口被堵塞。

燃气压力调节器后连接电磁阀，当发动机出现故障或发动机熄火时，电磁阀自动切断天然气的供给。

气体流量阀气体流量阀可精确控制双燃料工作状态下的燃气流量。

其内有小容积室，与燃气喷射器天然气压力传感器和温度传感器相连，个传感器分别测出容积室中天然气的压力和温度。

中央控制器将实测天然气压力与存储在内的目标压力值相比较，根据二者的差值调整容积室的容积，保证确的天然气喷射量。

天然气以的喷射压力喷入时进气道内，与空气充分混合后进入气缸。

燃气喷射器的喷孔与空气的流向相反，使天然气与空气充分混合。

中央控制器是双燃料发动机的控制核心，它接受个传感器的信息，通过计算分析处理后，向柴油油量控制器及气体流量阀等主要执行器发出指令，控制双燃料状态下的柴油量以及燃气的流量，进而保证发动机的性能。

具有故障自诊断功能。

当控制系统出现问时，自动记录信息，并将代码在控制面板上显示出来。

它可自动记录天然气流量柴油流量天然气温度和压力进气温度进气压力等余个参数随时间变化的曲线，并进行分析。

油门位置传感器油门位置信号和转速信号是决定燃料和节气门开度的主要参数。

油门位置传感器固定在喷油泵的油门操纵杆上，并通过油门拉线与油门踏板连接，由驾驶员直接控制。

根据它的信号确定天然气空气和柴油的供给量。

柴油油量控制器柴油油量控制器安装在喷油泵的后端。

发动机在双燃料工作状态时，按照其内设定的燃料，通过控制步进电机的行程从而控制喷油泵齿条的位移量来控制在双燃料工作状态的柴油油量。

在纯柴油工作状态时，柴油油量控制器不起作用，由喷油泵调速器直接控制发动机的柴油喷射量。

冷却水温度传感器冷却水温度传感器安装在发动机的出水管上，当发动机冷却水温度在以上和转速超过时，发动机自动转换到双燃料的工作状态。

转速传感器转速传感器安装在齿轮室罩盖飞轮壳上测量发动机的转速，其信号是决定燃料和节气门开度的主要参数。

控制面板控制面板固定在驾驶室内的仪表板上。

控制面板上有控制发动机工作状态的转换开关，还可以显示双燃料工作状态下的天然气替代率及气瓶内的天然气储量。

当双燃料工作状态下出现故障时，控制面上的故障显示灯就会提醒驾驶员，同时可以通过外接设备端口把故障的原因打印出来。

储气系统设计天然气储气系统包括气瓶瓶口阀充气阀手动关闭阀高压管线及高压接头气压表等。

这里主要设计了储气瓶气瓶阀充气阀手动关闭阀，对于高压管线气压表相关传感器等直接按国家规定选用。

气瓶设计的储气瓶直是天然气汽车重要的专用装置之，它的成本约占汽车改装总成本的。

图气瓶材料选择就目前使用的情况，气瓶大体分二大类第类钢或铝合金金属瓶第二类复合材料储气瓶。

合金金属瓶，生产成本低，安全耐用，容积率高，但重容比大，重量大复合材料瓶重容比小，重量轻，但生产成本高，价格贵。

就本设计而言，由于是改装公交车，它上面空间大，对重量不太敏感，同时钢制气瓶在我国应用广泛，所以选择钢制气瓶。

依据国家以流通面积式中进口压力介质系数摩尔质量绝对温度压缩比所以取故实际流通面积阀瓣高度满足条件又阀口直径所以取所以设计阀口直径阀瓣高度密封膜片设计材料选择由于燃气压力调节器为高压阀，承受压力大，故选择其材料为，查得其许用应力。

应力校核膜片所受的最大应力其中材料的弹性模数膜片的厚度膜片的有效直径所以满足要求。

弹簧设计材料选择根据经验初步选择弹簧材料为，又因减压阀的工作情况知，其承受的循环应力次数多，故弹簧为类弹簧。

查资料得弹簧的相关参数切变模量弹性模数许用应力尺寸设计根据减压阀的结构，初步选择弹簧参数如下调节弹簧弹簧中径钢丝直径弹簧变形量阀座弹簧弹簧中径钢丝直径弹簧变形量安全阀弹簧弹簧中径钢丝直径弹簧变形量对密封膜片受力分析如图所示。

调节弹簧作用力阀座弹簧作用力介质作用力图密封膜片受力由图知设阀座弹簧的弹簧刚度则故所以调节弹簧刚度安全阀弹簧作用力其中泄放压力有效面积所以安全阀弹簧刚度弹簧强度校核钢丝直径其中曲度系数旋绕比弹簧受最大力弹簧许用应力旋绕比曲度系数对调节弹簧旋绕比即曲度系数所以满足条件。

对阀座弹簧旋绕比即曲度系数所以满足条件。

对于安全阀弹簧旋绕比即曲度系数故满足要求。

弹簧其它参数设计选择弹簧的有效圈数对于阀座弹簧取支承圈数则总圈数故取弹簧自由高度则压缩高度对于调节弹簧取取支承圈数则总圈数故取弹簧自由高度则压缩高度对于安全阀弹簧弹簧有效圈数取支承圈数则总圈数取弹簧自由高度则压缩高度表减压调节器所选用弹簧各参数表弹簧中径钢丝直径变形量自由高度压缩高度调节弹簧阀座弹簧安全阀弹簧加温器设计由于天然气储于高压容器中，在天然气的减压过程中，其体积膨胀需吸收大量的热，这效应会导致整个天然气供气系统内高凝点气体凝结成冰状，引起系统的堵塞，无法正常供气。

因此必须在天然气减压前给其加热，提高温度，使高凝点气体不会降到凝结温度之下，防止系统结冰堵塞。

天然气加温器结构如图所示。

外壳内筒垫块接头图加温器换热元件为圆筒式结构，筒内壁加工有轴向金属锯齿形槽沟，扩大换热面积，外壁中部为凹形槽，它与加温器外壳紧密配合形成加热水腔。

加温水来自发动机的冷却水，流向是从到，而天然气则是从到，加温水与天然气流向相反是为了让天然气充气加热。

同时在内筒内设计有金属片是为了增加与天然气的接触面积，更好的对天然气加温。

在外壳上设计有放水口。

弹簧种类弹簧参数其它部件选用为便于过滤器能滤除中的颗粒物质而又不影响天然气的供给，并易于检查和清洗，直接加装的过滤器。

低压气软管及循环水软管采用有衬里的耐油夹胶管，试验压力为工作压力的倍，破裂压力不小于工作压力的倍。

燃气喷射器的性能优劣直接影响燃料的喷射质量，从而影响发动机的性能。

选择的燃气喷射器要求有良好的动态响应特性高温特性良好的安全性，具有高压逆止作用。

气体流量阀是控制天然气量的核心部件，它是由步进电机来驱动控制阀。

选用的气体流量阀，应满足控制精度高相关传感器安装方便的要求。

电磁阀及其它相关传感器按规定要求外购。

总体布置根据标准压缩天然气汽车专用装置的安装要求，天然气供给系统在汽车上的布置，各部件应布置合理简洁便于安装操作和维修系统安装后，基本不影响原车行驶性能和通过性能改装后汽车总质量增加分数不超过，前轴后轴负荷增加的百分比不超过。

天然气供给系统的安装，其中气瓶的布置和气瓶架的固定是重点，其它部件根据线路走向和按照标准要求合理布置。

气瓶布置气瓶数量确定气瓶数量的估算式为其中气瓶数量个续驶里程百公里油耗气瓶的容积已知所选用公交车百公里油耗续驶里程又所设计气瓶为故气瓶容积所以储气瓶个数取即气瓶的个数为个。

气瓶布置校核设计的气瓶在车架上初步布置如下图所示。

图气瓶布置把汽车简化成根杆，对汽车进行受力分析，并以前轴形成的点为原点作维坐标系，如图所示。

前轴载荷后轴载荷汽车重量坐标轴图车架受力图所以汽车的质心改装后汽车质心为式中每个储气瓶组的质量每个储气瓶组的质心坐标原车整车质量原车整车质心坐标每个气瓶质量故每个气瓶组质量每个气瓶组的坐标所以改装后汽车的最大装载量后轴即所以前轴改装后汽车轴荷所占质量分数前轴即所以后轴改装后增加质量所占质量分数后轴即前轴即质心即满足要求。

表改装前后汽车质量计算结果载荷类型改装前柴油汽车改装后天然气车改装后轴荷所占分数改装后增加量所占分数整备质量装载质量总质量最大装载量前轴后轴气瓶架设计校核图气瓶架根据设计的气瓶架的结构，初步选普通螺栓。

螺栓材料为低碳钢抗拉极限屈服极限对螺栓受力分析由于个气瓶组由两个气瓶组成，个气瓶组前后用两个气瓶架固定，所以各个螺栓的受力其中气瓶组的重力即螺栓受到的拉应力其中螺栓横截面积所以满足条件。

结束语本次设计是把电控柴油机改装成电控柴油天然气双燃料发动机。

主要分析了柴油和天然气控制策略，重点设计了天然气供给系统的些关键部件，同时设计了天然气供给系统的布置情况。

由电控柴油机改装的电控双燃料发动机，天然气的替代率高，柴油天