吴 敏

（重庆工贸职业技术学院 信息工程系，涪陵 408000）

0 引言

天然气在我国蕴藏丰富，其主要成份是甲烷，天燃气汽车是目前世界上公认的高节能、低污染、经济、安全的新型代用燃料汽车，随着国家日益重视环境保护，在油价日益高涨的背景下，天然气汽车在我国成都、重庆、北京、上海、山东、新疆等地正如火如荼地得到推广和发展，很多原来烧油的私家车也纷纷改装为CNG/汽油双燃料汽车，但是，汽车油改气后会出现故障指示灯告警、回火放炮、燃油时加速无力等问题，这些问题已经成为发展、推广天然气汽车的一种瓶颈。

1 目前汽车油改气后所存在的问题及原因分析

1.1 油气混烧

传统的化油器车改气都是采用油气切换开关，切断在烧气时油泵线路，停止油泵继续泵油。而现在的车都属于微电脑控制，电喷车的油改气，为了保证每次的顺利的起动以及防止喷油嘴长期不用而堵塞，每次启动时都要求用油启动，然后转为烧气运行，于是在每次油泵启动和切断的过程中，都会在油泵和喷油嘴之间的管路中存余有近2L的汽油随气一起燃烧，这样就没有彻底地杜绝油气混烧，而且每天启动的次数越多，耗掉的汽油也就越多，这正是电喷车油改气后汽油莫名其妙减少的根本原因。

1.2 烧气时回火放炮

汽车烧气气在切断油泵电路时，用普通的开关单一地切断喷油嘴电路，原车电脑不能检测到喷油嘴信号的存在，就会进入到故障模式，烧气时便会出现回火放炮现象。

1.3 烧油时怠速不稳、供油不畅、加速无力、行驶中“顿车”

由于燃气时原车氧传感器检查、发送的信号与烧油时也有所不同，原车的ECU自学习功能将记忆下使用CNG时的状态，默认烧气为正常状态。在转换到使用汽油时，原车ECU反而认为烧油是一个故障而进入故障模式，将会影响汽油的控制过程，从而严重影响汽油的工作过程，主要表现为烧油时怠速不稳、供油不畅、加速无力、行驶中车辆“顿车”等现象，同时仪表盘上故障指示灯告警。最终导致使车辆在燃烧一段时间的天然气后重新烧油时油耗大幅度上升或根本就无法正常运行，双燃料汽车变成只能烧气不能烧油的单燃料汽车，制约了双燃料汽效能的充分发挥，这种缺陷的存在使得广大用户苦不堪言，有的用户甚至为此拆掉了燃气装置，彻底放弃燃用天然气，造成了改装投资的浪费。

2 所研究的仿真控制器应具备的功效及作用

为避免对燃油系统的影响，有必要研制一种仿真控制器来解决这种干扰的问题。这种仿真控制器应具备以下功效及作用：

1）烧气时既能能切断喷油嘴电路，又能让原车电脑能检测到喷油嘴信号的存在，向原车ECU发送一个喷油嘴电路仍在工作的虚拟信号，避免进入故障模式。

2）模拟一个与燃油相同的氧传感器仿真信号，使原车汽油ECU感知燃气时与燃油相同，从而提供正常的点火管理控制功能。

它能兼顾燃油、燃气两种条件，以保证双燃料汽车在油、气状态下都能正常工作。

3 仿真器控制器的结构及工作原理

如图1所示，仿真控制器共由喷油嘴仿真电路、氧传感器仿真电路和插座CZ三部分组成。

3.1 喷油嘴仿真电路的组成及工作原理

如图1所示为四个气缸的发动机用的仿真器。图中功率电阻R有4个，插座CZ上的原车电脑信号脚、喷嘴连接脚有4对，继电器K有2个（即K1和K2），动接点和常闭接点组合共4组，第一辅助功率电阻R1、第二辅助功率电阻R2各4个，第一按键开关S1有4个（即S1-1、S1-2、S1-3、S1-4），第二按键开关S2也有4个（即S2-1、S2-2、S2-3、S2-4）。

仿真器与油/气转换开关及原车控制电脑配合使用。仿真器中的插座CZ的第①脚通过气阀与电源相接，第②脚接地，第③脚与原车电脑的信号输入端相接、第④脚与喷油嘴相接。当油/气转换开关切换到天然气工作状态时，气阀打开，第①脚与电源接通，继电器K吸合，常闭触点断开，喷油嘴由于串接了功率电阻R，驱动电压下降，不能开启。喷油嘴不工作但电路仍保持畅通，原车电脑仍能检测到喷油嘴信号，判断为喷油嘴工作正常。保证了原车电脑正常运行。当油/气转换开关切换到工作于汽油状态时，气阀关闭，第①脚与电源断开，继电器K释放，常闭触点闭合，功率电阻R被短接，喷油嘴正常工作。对于不同的车型，喷油嘴的信号参数不同，可以通过调节第一按键开关S1和第二按键开关S2的通、断改变组合后电阻的阻值，从而适应原车电脑对喷油嘴信号的要求。第一辅助功率电阻R1和第二辅助功率电阻R2的阻值可以与功率电阻R相同，也可以不同。三个电阻的并联组合可以得到四种不同的电阻值。如果再增加并联电阻和按键开关个数，可以得到更多的可供选择的喷嘴参数。图中⑤-⑥、⑦-⑧、⑨-⑩的作用及接线与③-④相同。

3.2 氧传感器仿真电路的组成及工作原理

仿真器包括一个产生周期性振荡信号的氧传感器仿真信号发生器4、第三继电器K3、第一单刀开关S3和第二单刀开关S4。插座CZ上有一氧传感器信号输入脚⑪和氧传感器信号输出脚⑫，氧传感器仿真信号发生器4的电源端与插座CZ的第①脚相连，氧传感器仿真信号发生器4的输出端通过第一单刀开关S3与第三继电器的常开接点5相接，第三继电器的常开接点5还通过第二单刀开关S4与地相接。插座CZ上的氧传感器信号输入脚⑪与第三继电器的常闭接点6相接，氧传感器信号输出脚⑫与第三继电器的动接点7相接。仿真器使用时，将插座CZ上的氧传感器信号输入脚⑪与氧传感器相接，氧传感器信号输出脚⑫与原车电脑的氧传感器信号输入端相接。当油/气转换开关切换到天然气工作状态时，第三继电器K3也得电吸合，氧传感器仿真信号发生器4产生一个周期性振荡信号模拟氧传感器信号，通过氧传感器信号输出脚⑫送给原车电脑。第一单刀开关S3和第二单刀开关S4是用来改变氧传感器信号输出脚⑫输出的信号时周期性振荡信号、接地或开路，以适应不同车型的需要。

上述氧传感器仿真信号发生器可以采用常用的周期振荡电路。图中的氧传感器仿真信号发生器4为一个方波发生器，由两个运算放大器U3、U4，充电电阻RP2、充电电容C4和电阻R8、R9、R10、R11等组成。此方波发生器的工作原理如下：当电源接通后，充电电容C4通过充电电阻RP2充电。此时U3的两个输入端的电压V3＞V2，U3输出端为高电位，U4的两输入端V5＜V6，U4输出端为低电位。当C4上的电压升高到V3＜V2时，U3输出端转为低电位，V5＜V6，U4输出端转为高电位。C4通过RP2放电，放电到一定时间，又转为V3＞V2，U3输出端又转为高电位，U4的两端入端V5＜V6，U4输出端转为低电位。如此循环不已，即得到一个方波振荡信号。

4 仿真控制器的安装与调试

4.1 安装注意事项

1）确认信号仿真控制器的线束与需要改装的车型一致。

2）安装时应远离雨水潮湿处及高温处。

3）应远离点火高压线，并保持良好的绝缘。

4.2 接线

图1 仿真器的结构及工作原理图

仿真控制器的接线分为三束，一束为接到喷嘴的线束（图1中的③-④、⑤-⑥、⑦-⑧、⑨-⑩），一束为接到氧传感器的线束（图1中的⑪-⑫），一束为电源线束（图1中的①-②），具体安装步骤如下：

1）将原车的喷嘴线束从喷嘴拨下，插到仿真控制器线束相应的接播件上，仿真器控制线束上的另外一个接插件插到喷嘴上。

2）先将氧传感器信号输出线剪断，白色线（即图1中⑪）与氧传感器相接，黄色线（即图1中⑫）与原车电脑的氧传感器信号输入端相接，（注意：为了方便更换氧传感器，通常在氧传感器插头后做剪断处理）。

3）电源线束中，蓝色线（即图1中①）接到转换开关的气态输出端，黑色线（即图1中②）接电源负极（搭铁）。

4.3 开关设定

仿真器上有二个微动开关（S3和S4），具体设置方法如表1所示。

表1 仿真器输出信号设置方法

4.4 车辆氧传感器信号输出线的判定

先找到氧传感器，一般氧传感器具有四根线，其中只有一根为氧传传感器与发动机ECU的信号连接线，将万用表打至直流电压档，量程选2.5 V档，将万用表红表笔接到氧传感器插头中的任一根线，黑表笔搭铁，在烧油状态下,氧传感器信号线向发动机ECU输出的直流电压应在0～1V之间波动，每10s约7次左右，否则就是另外三根线，依次判定，直到找出为止。

4.5 车辆氧传感器测量中的注意事项

测量氧传感器要用高内阻的电压表，以防测试时损坏氧传感器，另外电压表量程以直流2V为宜，电压表要用指针式的，便于观察。

4.6 仿真器控制器信号频率的调整方法

在烧气模式下，用直流电压表测量仿真器控制器与原车ECU连接端的对地电压，输出电压应在0.2～0.8 V之间波动，调整仿真器控制器的电位器，直到仿真信号在0.2～0.8 V之间的波动频率与烧油时相同为止，即仍为每10s约7次左右。

5 结束语

针对目前天然气汽车改装后所出现的不足，重庆工贸职业技术学院项目组对CNG/汽油双燃料汽车的仿真控制器进行了设计与仿真，并进行了多次台架试验及道路装车试验，实验测试结果表明该设计方案合理可行。

[1]邵毅明.压缩天然气汽车改装与维修[M].北京: 人民交通出版社, 2004.

[2]阮登芳,邓兆祥.恢复改装天然气发动机动力性能的措施[J].重庆大学学报(自然科学版),2005,(5).