汽油机掺烧甲醇裂解气的控制单元设计

摘要

随着世界汽车行业的高速发展，化石燃料的短缺已成为所有学者专家讨论的一个重大话题。新能源汽车的发展是当下最为人们所关心的问题，业内专家认为甲醇是新世纪优秀的替代能源之一。汽油掺烧甲醇裂解气发动机的优点在于通过利用发动机余热的方式，来制取甲醇裂解气，以改善发动机缸内燃烧、并提高发动机热效率，同时改善燃油经济性。
　　本文以四缸汽油机为研究对象，将其改装为汽油掺烧甲醇裂解气发动机，并安放于东风S30乘用车。针对掺烧系统，研发了一套相应的控制单元，包括：控制器硬件设计、CAN总线代码编写、监控界面设计、甲醇裂解反应器控制策略等。
　　首先，控制器硬件设计包括主芯片、执行器、CAN通讯、WIFI模块、电源模块、传感器等的电路图的编写与整合，进而完成PCB板的制作与接口整合，并完成了样件制作。
　　其次，通过对该机CAN协议原理的分析，完成了该发动机ECU与所设计MCU之间的信号通信，获取实时信号数据并进行串口上传处理，同时完成了监控界面设计。
　　最后，基于STM32为主芯片，开发编写了嵌入式C代码，并且基于SIMULINK/STATEFLOW建立了甲醇喷射控制模型，自动生成嵌入式C代码，并植入主芯片中，完成控制策略的编写。
　　实验结果表明，在2000rpm、60km/h情况下，甲醇裂解气发动机的热效率明显要高于原机，可以在很大程度上提高裂解气发动机的热效率。同时平均节油10％，最大节油（燃油下降率）18.5%。

目录

声明

1 绪论

1.1引言

1.2 甲醇燃料特点

1.3 甲醇燃料应用于发动机

1.4 国内外研究现状

1.5 发动机电控系统发展现状

1.6 本文主要内容

2 甲醇裂解系统的设计

2.1 甲醇裂解反应

2.2 裂解反应器

2.3 裂解系统

2.4 本章小结

3 控制单元硬件模块

3.1 总体框架设计

3.2 控制单元硬件电路设计

3.3 抗干扰设计

3.4 控制单元硬件实现

3.5 本章小结

4 控制单元上位机设计

4.1 总体框架设计

4.2 Modbus通讯协议

4.3 CAN总线

4.4 上位机设计

4.5 本章小结

5 控制策略以及整车实验

5.1 甲醇喷射控制方案

5.2 台架试验

5.3 整车实验

5.4 实验结果

5.5 MAP图绘制

5.6 结合Simulink的控制策略

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表的论文

附录2 甲醇MAP图查表程序