基于CAN总线技术的燃气发动机进气系统的研究

摘要

近来，环境改善和能源问题日益成为世界范围内关注的焦点，天然气因其丰富的资源和清洁燃烧的特性而成为改善这些问题的良好的代用燃料。目前气体燃料发动机主要存在以下两方面的问题：首先燃气供给以混合器供气方式为主，该方式对空燃比的控制精度低，同时由于燃气在混合气中占有相当的体积比，降低了容积效率；其次由于燃气成分的变动以及各缸进气量分配不均，发动机各缸做功能力存在差异。这两方面的原因使得燃气发动机功率下降、燃油消耗率增加。 为了解决这些问题，本文通过对各种燃气供给方式的分析，提出了一种新的基于进气阀喷射方式的燃气供给机构。该机构为由步进电机驱动的气阀机构，通过气阀的开启和关闭，实现燃气供给。该系统能够实现对供给时刻和供给量的调节，而且成本低，技术难度不大，因此具有一定的实用价值。为了实现燃气供给时刻和燃气供给量的调节，同时独立控制各缸燃气供给量，降低各缸做功不均匀性，本文主要进行了以下工作： （1）针对12V190天然气发动机建立了一维BOOST模型，为下一步分析其各缸进气量之间的差异和制定控制策略提供条件； （2）对12V190发动机进气管系统进行了三维数值模拟，通过计算，分析进气管结构型式及进气管压力波动对进气不均匀性的影响；计算结果表明，进气管结构型式对进气不均匀性的影响很小。而由于各缸压力波相互干涉造成的进气不均匀较为严重。 （3）由于各缸进气量存在着差异，采用进气歧管喷射方式供给燃气时，各缸燃气量必须独立控制，否则各缸做功能力就将存在差异。为此本文开发了基于CAN总线技术的分布式控制系统，实现对燃气供给量的独立控制。 （4）最后，针对燃气供给系统的控制策略进行了研究，并通过模拟实验验证了系统的可行性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2气体燃料发动机燃气供给方式国内外研究现状

1.2.1进气管混合器供气方式

1.2.2缸外进气阀喷射方式

1.2.3缸内直接喷射方式

1.3燃气发动机进气系统存在的问题

1.4课题的研究意义及主要内容

第二章进气不均匀性模拟计算

2.1一维模型的建立

2.2一维模型参数设置

2.2.1发动机多气门的模拟

2.2.2气门升程曲线的设置

2.2.3气道流量系数的输入

2.2.4发动机燃烧模型和传热模型的选择

2.3发动机模型的验证

2.4一维模型计算结果

2.5三维模型的建立

2.5.1网格划分

2.5.2数值模拟参数设置

2.6计算结果与分析

2.6.1流场特性分析

2.6.2流量特性分析

2.7消除各缸做功不均匀性的措施

2.7.1容积腔直径对进气压力波的影响

2.7.2进气歧管长度对进气压力波的影响

2.7.3进气管中间进气时对进气压力波的影响

2.8本章小节

第三章基于CAN总线技术的分布式控制系统

3.1 CAN总线简介

3.2 CAN总线硬件电路

3.2.1微控制器STC89C51

3.2.2 CAN通信控制器SJA1000

3.2.3 CAN总线收发器82C250

3.2.4 LED数码管显示模块

3.3 CAN总线软件设计

3.3.1 SJA1000的初始化

3.3.2数据发送过程

3.3.3数据接收过程

3.4 CAN总线通信协议的制定

3.4.1自定义通讯协议示例

3.4.2 CAN通信协议

3.4.3通讯错误处理机制

3.5本章小节

第四章控制策略的制定及模拟试验

4.1系统总体结构

4.2传感器及其参数

4.2.1转速传感器

4.2.2节气门位置传感器

4.2.3进气管压力传感器

4.2.4排气温度传感器

4.3执行器及其参数

4.4系统工作原理

4.4.1利用瞬时转速信号评价各缸做功不均匀性

4.4.2排气温度及功率随过量空气系数的变化趋势

4.5系统控制策略的制定

4.5.1步进电机

4.5.2步进电机控制算法

4.6模拟试验及结果分析

4.6.1试验方案

4.6.2试验结果及分析

4.7本章小节

第五章 全文总结

5.1本文工作总结

5.2不足与展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文