火花点火式发动机燃用变组分煤层气电控单元的研究

摘要

城市环境的污染问题和能源问题迫切要求对现有车用发动机进行改造,以降低其有害废气排放以及提高发动机的经济性和动力性.针对世界石油资源的日益减少,采用新的替代燃料逐步成为人们关注的问题.煤层气是汽油的一种有效替代物,而中国煤层气资源比较丰富,目前国家对最近探明的大型煤层气田进行开发,因而煤层气有很好的发展前景.在变浓度煤层气发动机燃气组分浓度变化的情况下,只有对进气空燃比进行精确控制,才能使煤层气发动机满足较好的动力性和低排放的要求,针对这一独特问题,该文设计了一种以PIC16F877单片机为核心的新型电控单元,它采用双单片机系统,通过对十六路模拟量信号和三路数字信号采集及处理后,根据MAP图查出相应的燃气量和空气量,通过输出接口电路驱动两路步进电机,并以转速传感器和氧传感器作为反馈器件,实现对转速和空燃比的有效控制.该系统功能较强,工作可靠,具有较好的抗干扰能力.根据发动机的工作特性用汇编语言设计相应的综合控制软件,它包括发动机起动、怠速、加速、减速、恒速和变速变负荷等工况的空燃比控制程序、串行和并行通讯程序、信号采集及数据处理程序和控制量输出程序.由于采用了模块化结构设计方法,从而提高了软件的可扩展性和可维护性.通过对电控单元的硬件电路和软件程序调试,该电控单元满足了实际需求.为了验证电控单元实际工作的正确性,对电控单元的控制过程进行了计算机仿真和模拟实验以及发动机台架试验,台架试验表明,电控单元较好地完成了对火花点火式煤层气发动机的信号采集与处理和各种基本工况下的空燃比控制.

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致谢

第一章绪论

1.1概述

1.2代用燃料特点简介

1.3变浓度煤层气的特点和研究状况

1.4代用燃料发动机电控技术的发展与研究状况

1.5本文课题选题意义及主要研究内容

第二章电控单元总体控制设计思想

2.1变浓度煤层气发动机的总体控制思想

2.2变浓度煤层气发动机的控制特点和要求

2.3电控煤层气发动机的组成及重要部件的功能

2.4变浓度煤层气发动机的控制

第三章变浓度煤层气发动机电控单元的硬件电路设计

3.1电控单元的总体硬件设计

3.2 PIC系列微控制器简介

3.3电控单元的电源电路设计

3.4电控单元的模拟电路设计

3.5电控单元的数字电路设计

3.6电控单元的功率驱动电路设计

3.7电控单元的印刷电路板设计和抗干扰设计

第四章变浓度煤层气发动机电控单元的软件设计

4.1电控单元的总体软件设计

4.2发动机管理模块

4.3发动机控制模块

4.4其它子程序

4.5主单片机与PC机串行通讯软件设计

第五章电控单元的仿真试验与模拟调试

5.1电路的计算机仿真实验

5.2电路的调试与实验

5.3模拟控制实验

第六章电控煤层气发动机台架初步实验

6.1实验方案的选择和实验内容

6.2实验用发动机和仪器设备

6.3初步实验结果

第七章全文总结与展望

参考文献