天然氣發(fā)動機起動及怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的試驗研究

【摘要】： 隨著世界能源危機問題的突顯和環(huán)境保護呼聲的日益高漲,近年來天然氣作為一種新型的代用燃料已經(jīng)得到了人們廣泛的關(guān)注與支持。 本文介紹了自主開發(fā)的發(fā)動機信號模擬發(fā)生裝置,其可以真實地模擬出發(fā)動機的傳感器信號;內(nèi)置數(shù)碼管顯示,且人機界面友好,操作簡單;該發(fā)動機信號模擬發(fā)生裝置能夠為電控單元ECU的調(diào)試提供各種發(fā)動機傳感器信號,能夠較好地反應(yīng)出在發(fā)動機工況變化中傳感器的內(nèi)在關(guān)系,為ECU動態(tài)軟件調(diào)試提供了良好的傳感器信號模擬條件,是一種便攜、低廉的發(fā)動機ECU輔助調(diào)試工具。 本文還介紹了自主開發(fā)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng),其可以實時準確地對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號進行采集,而且采集到的試驗數(shù)據(jù)可以存儲在Excel文件內(nèi),便于進行后期的離線數(shù)據(jù)分析;轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)能夠為發(fā)動機臺架試驗提供輔助作用,是一種方便、低廉的發(fā)動機臺架試驗測試工具。 除此之外,本文的主要研究內(nèi)容就是應(yīng)用自主開發(fā)的車用天然氣發(fā)動機多片式ECU控制系統(tǒng),通過獨立的控制策略設(shè)計與程序開發(fā),采用經(jīng)過改裝后的JL465Q5發(fā)動機作為試驗臺架,進行了天然氣發(fā)動機的冷起動試驗、怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制試驗、斷缸試驗和過渡工況試驗等一系列研究工作。 在進行起動試驗過程中,通過自主開發(fā)的天然氣發(fā)動機冷起動試驗監(jiān)控系統(tǒng)在線調(diào)整冷起動時的天然氣噴射脈寬、點火提前角、旁通空氣閥開度等參量進行起動過程的對比試驗研究,論述了發(fā)動機缸內(nèi)殘余廢氣、冷卻水溫度、點火能量、多次點火等因素對天然氣發(fā)動機起動過程的影響。 在進行怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制試驗過程中,分別采用了怠速單閉環(huán)和雙閉環(huán)兩種控制策略。所謂的單閉環(huán)控制就是在怠速工況下只對旁通空氣進氣量進行PID算法控制,而點火提前角和天然氣噴射脈寬采用固定值,通過試驗研究了影響旁通空氣進氣量的比例項系數(shù)Air_Kp、積分項系數(shù)Air_Ki、天然氣噴射脈寬和點火提前角對天然氣發(fā)動機怠速工況的影響,并分別選取目標轉(zhuǎn)速為1600rpm、1200rpm和850rpm進行了試驗研究分析。所謂雙閉環(huán)控制就是在怠速單閉環(huán)的基礎(chǔ)上衍生出來的,發(fā)動機的電控系統(tǒng)ECU除了對旁通空氣進氣量進行PID控制之外,同時也對天然氣噴射脈寬進行PID算法控制,兩者之間相互獨立,具備各自的PID參數(shù)設(shè)置。試驗針對怠速目標轉(zhuǎn)速分別為1200rpm、850rpm和800rpm進行了單閉環(huán)與雙閉環(huán)的對比試驗研究,并得到了一些試驗結(jié)論。除此之外,還進行了750rpm和700rpm的較低怠速目標轉(zhuǎn)速的試驗研究。 所謂的斷缸試驗,其目的就是為了驗證天然氣發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的效果,通過模擬出發(fā)動機在怠速工況下火花塞的故障情況,切斷發(fā)動機連接一缸火花塞的高壓線,從而研究怠速閉環(huán)控制的可靠性。 所謂的過渡工況試驗,其目的就是要控制天然氣發(fā)動機在不同的怠速轉(zhuǎn)速之間過渡的平順性試驗。由于怠速目標轉(zhuǎn)速設(shè)定與發(fā)動機的冷卻水溫度有著較大的聯(lián)系,隨著冷卻水溫度的逐漸升高,怠速目標轉(zhuǎn)速應(yīng)逐漸降低。為了使不同的目標轉(zhuǎn)速之間的怠速轉(zhuǎn)速過渡較為平穩(wěn),進行了天然氣發(fā)動機過渡工況試驗研究。 【關(guān)鍵詞】：天然氣發(fā)動機 冷起動 怠速轉(zhuǎn)速 閉環(huán)控制
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TK437
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 天然氣資源簡介11-13
• 1.2.1 天然氣作為代用燃料的優(yōu)勢11-13
• 1.2.2 天然氣作為代用燃料的劣勢13
• 1.3 天然氣發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀13-16
• 1.4 天然氣發(fā)動機燃料噴射技術(shù)的發(fā)展16-17
• 1.4.1 進氣道混合器預(yù)混合供氣方式16
• 1.4.2 電控單點噴射系統(tǒng)（SPI）16-17
• 1.4.3 電控多點噴射系統(tǒng)（MPI）17
• 1.4.4 缸內(nèi)直接噴射17
• 1.5 發(fā)動機冷起動過程概述17-20
• 1.5.1 發(fā)動機冷起動特性分析18-19
• 1.5.2 發(fā)動機冷起動過程的階段劃分19-20
• 1.6 發(fā)動機怠速過程概述20-26
• 1.6.1 怠速控制系統(tǒng)分類21-24
• 1.6.2 怠速控制的基本要求24-25
• 1.6.3 發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速的控制方法25-26
• 1.7 本論文的主要研究內(nèi)容26-29
• 第2章 發(fā)動機信號模擬發(fā)生裝置的研制29-51
• 2.1 概述29-30
• 2.1.1 研究背景及意義29
• 2.1.2 研究現(xiàn)狀分析29-30
• 2.1.3 系統(tǒng)構(gòu)成30
• 2.2 發(fā)動機信號模擬發(fā)生裝置的硬件設(shè)計30-40
• 2.2.1 硬件開發(fā)工具30-31
• 2.2.2 硬件電路設(shè)計31-40
• 2.3 發(fā)動機信號模擬發(fā)生裝置的軟件設(shè)計40-43
• 2.3.1 軟件開發(fā)工具40-42
• 2.3.2 軟件控制策略42-43
• 2.4 發(fā)動機信號模擬發(fā)生裝置的調(diào)試43-49
• 2.4.1 仿真調(diào)試43-44
• 2.4.2 試驗調(diào)試44-49
• 2.5 本章小結(jié)49-51
• 第3章 發(fā)動機轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)的研制51-63
• 3.1 研究背景及意義51
• 3.2 發(fā)動機轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)的下位機設(shè)計51-60
• 3.2.1 系統(tǒng)方案51-53
• 3.2.2 單片機選型53
• 3.2.3 硬件設(shè)計53-58
• 3.2.4 軟件設(shè)計58-60
• 3.3 發(fā)動機轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)上位機設(shè)計60-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第4章 天然氣發(fā)動機冷起動過程的試驗研究63-81
• 4.1 試驗臺架63-66
• 4.1.1 試驗裝置的方案設(shè)計63
• 4.1.2 發(fā)動機試驗臺架63-66
• 4.2 控制系統(tǒng)ECU66-68
• 4.2.1 控制系統(tǒng)ECU介紹66-67
• 4.2.2 多片式ECU的優(yōu)點67-68
• 4.3 控制策略68-69
• 4.4 天然氣發(fā)動機冷起動試驗監(jiān)控系統(tǒng)69-70
• 4.5 試驗結(jié)果分析70-78
• 4.5.1 天然氣噴射脈寬對起動過程的影響71
• 4.5.2 點火提前角對起動過程的影響71-72
• 4.5.3 缸內(nèi)殘余廢氣對起動過程的影響72
• 4.5.4 旁通空氣閥開度對最大起動轉(zhuǎn)速的影響72-73
• 4.5.5 旁通空氣閥開度對起動過程的影響73-74
• 4.5.6 冷卻水溫度對起動過程的影響74-75
• 4.5.7 多次點火控制對起動過程的影響75-76
• 4.5.8 點火能量對起動過程的影響76-77
• 4.5.9 發(fā)動機連續(xù)起動對起動過程的影響77-78
• 4.6 本章小結(jié)78-81
• 第5章 天然氣發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的試驗研究81-137
• 5.1 步進電機的控制方法81-84
• 5.1.1 步進電機的控制思想81-82
• 5.1.2 步進電機的驅(qū)動電路82-84
• 5.2 冷卻水溫度信號的調(diào)理84-87
• 5.2.1 目標轉(zhuǎn)速的設(shè)定84
• 5.2.2 冷卻水溫度傳感器的信號特性84-86
• 5.2.3 冷卻水溫度信號調(diào)理電路的設(shè)計86-87
• 5.3 天然氣發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制的試驗研究87-117
• 5.3.1 增量式PID控制算法87-88
• 5.3.2 怠速單閉環(huán)控制策略88-89
• 5.3.3 怠速單閉環(huán)控制軟件流程圖89
• 5.3.4 怠速單閉環(huán)試驗監(jiān)控界面89-90
• 5.3.5 怠速單閉環(huán)試驗結(jié)果及分析90-117
• 5.4 天然氣發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制的試驗研究117-126
• 5.4.1 控制策略117-119
• 5.4.2 怠速雙閉環(huán)試驗監(jiān)控界面119-120
• 5.4.3 怠速雙閉環(huán)與單閉環(huán)的試驗結(jié)果對比120-126
• 5.5 天然氣發(fā)動機斷缸試驗研究126-129
• 5.5.1 目標轉(zhuǎn)速為1200rpm時的斷缸試驗126-129
• 5.5.2 目標轉(zhuǎn)速為850rpm時的斷缸試驗129
• 5.6 天然氣發(fā)動機過渡工況試驗研究129-132
• 5.6.1 目標轉(zhuǎn)速1200rpm→850rpm過渡工況試驗130-131
• 5.6.2 目標轉(zhuǎn)速850rpm→1200rpm過渡工況試驗131-132
• 5.7 其他目標轉(zhuǎn)速的怠速閉環(huán)控制132-134
• 5.8 本章小結(jié)134-137
• 總結(jié)與展望137-141
• 參考文獻141-145
• 附錄1 發(fā)動機信號模擬發(fā)生裝置軟件145-157
• 附錄2 發(fā)動機轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)軟件157-177
• 附錄3 天然氣發(fā)動機冷起動試驗監(jiān)控軟件177-191
• 附錄4 天然氣發(fā)動機怠速雙閉環(huán)試驗監(jiān)控軟件191-209
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文209-211
• 致謝211

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電控噴射稀燃天然氣發(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)研究    竇慧莉

進氣預(yù)熱降低汽油機冷起動排放及相關(guān)技術(shù)研究    倪培永

4SH-N天然氣發(fā)動機工作過程優(yōu)化及排放控制    楊立平

氧化劑設(shè)計改善內(nèi)燃機燃燒的研究    肖廣飛

混合動力汽車汽油機起動工況瞬態(tài)燃燒和排放特性研究    于水

天然氣發(fā)動機起動及怠速轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的試驗研究    鄭軼

公交車用天然氣發(fā)動機國產(chǎn)化的層次分析法研究與規(guī)?；瘧?yīng)用    竇寶華

滿足國Ⅴ排放的天然氣發(fā)動機開發(fā)    張坤鵬

天然氣發(fā)動機電控噴射系統(tǒng)的研究    范龍飛

大馬力天然氣發(fā)動機工作過程數(shù)值模擬及分析    李春節(jié)

天然氣發(fā)動機稀薄燃燒試驗研究與數(shù)值模擬    吳家平

天然氣發(fā)動機進排氣系統(tǒng)及配氣相位優(yōu)化研究    潘芝桂

天然氣發(fā)動機空燃比控制系統(tǒng)研究與開發(fā)    趙海艷

天然氣發(fā)動機電控系統(tǒng)匹配及標定方法研究    鄔斌揚

天然氣發(fā)動機電控單元原型的研制    劉誠誠