空气动力发动机转速控制系统

摘要

随着现代工业的发展，能源危机与环境污染问题日益严重，因此节能减排成了人们面临的艰巨任务。开发清洁能源越发受到人们的重视，空气动力发动机的研制便成为解决该问题的重要措施之一。
　　空气动力发动机是利用高压压缩空气膨胀做功，将压缩空气的内能转化为机械能，实现从原料到排放都无污染，并且压缩空气做功后又会排放到外界，实现原料的零消耗，充分满足节能减排的要求。
　　目前，国内外的研究主要针对空气动力发动机的机械系统，例如对发动机的构造、配气系统等的研究。在满足空气动力发动机运行控制的要求下，作者采用一种新的控制方法以实现发动机转速的控制。通过课题研究，主要完成了以下几个方面的工作：
　　(1)通过对空气动力发动机做功过程的分析，在传统转速控制方法的基础上提出了一种通过控制发动机进、排气量来控制发动机转速的新方法，并实现其控制算法。
　　(2)建立了低转速单缸空气动力发动机转速控制系统，在搭建好的单缸空气动力发动机上进行台架实验，对所提出的控制方法进行了验证。
　　(3)将提出的控制方法应用到四缸空气动力发动机上，采用PIC18F4525单片机作为控制器，单弹簧电磁驱动气门机构为执行器，完成了对四缸空气动力发动机转速控制系统的软、硬件设计。
　　(4)在一台由汽油机改装成的四缸空气动力发动机上进行初期台架试验，实现对发动机转速的控制，以及测试进气压力对转速的影响。
　　研究结果表明：所提出的控制方法可以很好的实现对发动机转速的控制。四缸气动发动机台架试验测得，其发动机最高转速为1340r/min，并且通过调节发动机的进气压力，测得发动机的转速变化率随进气压力的增大而增大，随进气压力的减小而减小。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 目前的技术难题及其解决方案

1.4 课题主要研究内容

第2章 空气动力发动机工作原理及其控制方法

2.1 空气动力发动机工作原理

2.2 往复活塞式空气动力发动机工作过程

2.3 控制方法及算法

2.4 控制器方案论证与选择

2.5 本章小结

第3章 单缸空气动力发动机低转速控制系统

3.1 控制系统硬件电路设计

3.2 控制系统软件设计

3.3 控制系统调试

3.4 单缸空气动力发动机台架试验

3.5 本章小结

第4章 四缸空气动力发动机转速控制系统硬件设计

4.1 控制系统硬件总体方案

4.2 主要器件选型

4.3 控制系统硬件设计

4.4 本章小结

第5章 四缸空气动力发动机转速控制ECU软件设计

5.1 A/D采集程序

5.2 转速的测量与计算

5.3 主、从单片机SPI通信

5.4 工况判断及处理程序

5.5 气门磁阀顺序控制程序

5.6 显示程序

5.7 本章小结

第6章 四缸空气动力发动机台架试验

6.1 四缸空气动力发动机台架组成

6.2 控制系统调试与仿真

6.3 四缸空气动力发动机台架试验

6.4 本章小结

第7章 结 论

7.1 本文主要内容与总结

7.2 展望

参考文献

附录1 隔离驱动部分电源电路原理图

附录2 四缸空气动力发动机转速控制系统硬件原理图总图

附录3 单片机部分硬件PCB布局图(双面)

附录4 隔离驱动部分硬件PCB布局图(双面 )

附录5 控制系统硬件电路主要元器件清单

作者攻读学位期间的科研成果

致谢