电动增压器电控系统的设计及试验研究

摘要

在人类高度关注环境污染和能源问题的今天,柴油机因具有较好的热效率和燃油经济性,在很多行业中得到了越来越广泛的应用。但是,柴油机的NOx和碳烟等排放物较多,这些排放物严重威胁着人类的健康。对于涡轮增压柴油机,由于加速时涡轮增压器响应较慢,导致柴油机加速瞬间冒出大量黑烟,这一问题亟待解决。采用电动增压器对加速工况瞬态补气以消除黑烟是重要的解决途径,而适时控制电动增压器工作是完成此项工作的根本保证。本研究主要是通过对电动增压补气系统电控系统的优化设计及试验研究,大幅度地降低柴油机加速碳烟排放。
　　 研究表明,电动增压补气系统中的电机长时间频繁工作后温度较高,电机的润滑油被稀释,会影响电机的寿命,因此,新设计的电控系统中增加了电机冷却部分。同时,为了直观地观察压气机的响应速度,增加了压气机转速显示模块。首先,确定了电控系统的控制策略,使用Protel DXP软件设计了各个功能模块的电路,设计时充分考虑电磁兼容性,采用添加滤波和去耦电容等方法增强硬件电路的抗干扰能力。其次,将软件分为压气机驱动、电机冷却和压气机转速显示三个功能模块,采用模块化原则,自顶向下、逐步细化的方法进行了软件设计。软件编写时采用软件滤波、“看门狗”技术等方法提高抗干扰能力。随后,在台架上验证了系统的各个功能模块,并进行了初步的可靠性试验。得到满意结果后,将电控系统安装在公交车上进行道路试验。检测结果表明,在所设计的电控单元控制下,电动增压补气系统极大地减少了柴油机加速时的黑烟,压气机转速在1.3s左右时到达工作转速,电机也一直工作在允许温度范围内。此外,还进行了七个月的道路跟踪试验,以考察系统的可靠性,结果表明电控系统能够适应公交车的工作环境,具有较强的抗干扰能力,满足可靠性要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 环境保护和能源危机

1.1.2 柴油机的排放问题

1.2 柴油机加速黑烟的生成与改善措施

1.2.1 碳烟生成机理及影响因素

1.2.2 加速黑烟的改善措施

1.3 本课题的任务

第二章 电控单元硬件系统的开发

2.1 控制策略

2.1.1 压气机开启和关闭的控制策略

2.1.2 电机冷却的控制策略

2.1.3 压气机转速显示的控制策略

2.2 控制管理系统

2.2.1 微控制器的选型

2.2.2 电源模块

2.2.3 系统时钟和复位电路

2.3 电控单元功能设计

2.3.1 油门位置传感器及其调理电路

2.3.2 温度传感器及其调理电路

2.3.3 压气机转速采集及调理电路

2.3.4 压气机驱动电路设计

2.3.5 冷却水泵驱动电路设计

2.3.6 压气机转速显示电路设计

2.4 本章小结

第三章 电控系统可靠性设计

3.1 电控系统的工作环境和可靠性设计的意义

3.1.1 电控系统的工作环境

3.1.2 电控系统可靠性设计的意义

3.2 电控单元电磁兼容性设计

3.2.1 电磁兼容(EMC)设计基础

3.2.2 电控单元EMC设计的措施

3.3 电控单元软件可靠性设计

3.4 其他可靠性设计

3.5 本章小结

第四章 电动增压补气系统控制软件的设计

4.1 控制软件的设计

4.1.1 主体程序模块

4.1.2 系统初始化模块

4.1.3 信号处理模块

4.1.4 中断处理模块

4.1.5 运行控制模块

4.2 软件的编写

4.2.1 压气机驱动模块

4.2.2 压气机转速显示模块

4.2.3 电机冷却模块

4.3 本章小结

第五章 电控系统台架试验和道路试验

5.1 ECU测试

5.2 台架试验及结果分析

5.2.1 压气机的驱动模块

5.2.2 压气机转速显示模块

5.2.3 电机冷却模块

5.3 可靠性试验

5.4 道路试验及结果分析

5.5 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢