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壓燃式雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃料轉(zhuǎn)換控制器的設(shè)計(jì)
隨著人們對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，內(nèi)燃機(jī)的高效潔凈燃燒作為一項(xiàng)重要的“綠色工程”技術(shù)，已在各國(guó)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(dòng)機(jī)是解決這一問(wèn)題的一個(gè)有效手段。
由于雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)是在原有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上改裝而成，因此發(fā)動(dòng)機(jī)必須符合一定的工作狀態(tài)，才可以通過(guò)轉(zhuǎn)換在雙燃料狀態(tài)下工作，或者在一定條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)水溫高于50℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，燃料轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)應(yīng)該保證在發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)燃料轉(zhuǎn)換的順利進(jìn)行，研制了燃料轉(zhuǎn)換控制機(jī)構(gòu)。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的邏輯控制單元主要用來(lái)接收司機(jī)的轉(zhuǎn)換信號(hào)X1、發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫信號(hào)X2、高壓天然氣的壓力信號(hào)X3及燃料轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)的反饋信號(hào)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(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。
然轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的機(jī)械執(zhí)行部分必須能夠?qū)⑦壿嬁刂茊卧闹噶钚盘?hào)化為機(jī)械運(yùn)行，以實(shí)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(jì)中，要求開關(guān)電磁鐵的兩種位置對(duì)應(yīng)機(jī)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(guò)機(jī)械部分的連動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)切斷或連接加速踏板的運(yùn)動(dòng)，控制調(diào)速器控制桿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)加速踏板對(duì)調(diào)速器起作用時(shí)，調(diào)速器控制桿決定發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)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(yùn)動(dòng)向調(diào)速器控制桿的傳遞被機(jī)械部分切斷時(shí)，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(hào)，這就是雙燃料工作狀態(tài)。這樣，司機(jī)只需板動(dòng)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(hào)作出判斷，同時(shí)驅(qū)動(dòng)外沿器件，即可實(shí)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(jì)
邏輯控制單元主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收、判斷和發(fā)送。主要由三個(gè)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(guò)程如下：外沿接口部分將接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)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(duì)應(yīng)器件能識(shí)別的信號(hào)，如驅(qū)動(dòng)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(lái)的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行判斷后發(fā)出適應(yīng)的指令。
在此規(guī)定：在司機(jī)將轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到雙燃料工作位置時(shí)，轉(zhuǎn)換信號(hào)x1=1，而純柴油位置時(shí)，X1=0；當(dāng)水溫達(dá)到雙燃料狀態(tài)的要求時(shí)，水溫信號(hào)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(shí)，天然氣氣壓信號(hào)x3=1，否則x3=0；當(dāng)機(jī)械部分處于雙燃料工作狀態(tài)時(shí)，反饋信號(hào)x4=1，當(dāng)機(jī)械部分恢復(fù)純柴油工作狀態(tài)時(shí)，反饋信號(hào)x4=0。邏輯判斷部分發(fā)出的指令有：?jiǎn)?dòng)開關(guān)電磁鐵信號(hào)Y1（供電時(shí)開關(guān)電磁鐵工作，將機(jī)械部分轉(zhuǎn)換至雙燃料工作狀態(tài)時(shí)Y1=1，否則Y1=0），啟動(dòng)高壓天然氣電磁閥信號(hào)Y2（供電時(shí)電磁閥開啟時(shí)Y2=1，否則電磁閥關(guān)閉Y2=0），故障信號(hào)Y2（有故障時(shí)故障信號(hào)燈供電Y3=1，否則，Y3=0），啟動(dòng)電控單元（ECU）信號(hào)Y4（給ECU供電使其工作時(shí)Y4=1，否則Y4=0）。
由以上分析得出以下各輸出信號(hào)與輸入信號(hào)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(jiǎn)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(hào)是X1、X2、X3、X4，輸出信號(hào)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(dòng)電路都可以由Y4來(lái)控制。
2.2 外沿接口電路
因?yàn)橛行┢骷妮敵鲂盘?hào)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(hào)，邏輯控制單元無(wú)法直接接收并辨識(shí)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(hào)。
外沿接口電路的另一個(gè)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(hào)，如電流信號(hào)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(gè)是水溫傳感器的接口，另一個(gè)是天然氣壓力傳感器的接口。
對(duì)比較器LM311給定一個(gè)參考電壓，當(dāng)輸入電壓低于參考電壓時(shí)，比較器輸出的電壓為低電平，高于參考電壓時(shí)，輸出電壓為高電平。
2.2.2 驅(qū)動(dòng)電路部分
在燃料轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器件中，開關(guān)電磁鐵和高壓天然氣截止閥需要較強(qiáng)的工作電流，驅(qū)動(dòng)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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