天然气发动机空燃比控制系统研究与开发

【摘要】：对天然气发动机空燃比控制系统的研究与开发,在保证发动机有效动力的同时可进一步提高燃料利用效率和发动机排放水平,具有较大的科研价值和应用价值。由于天然气发动机具有复杂的非线性和时变性,所以对其空燃比控制系统具有较高的控制要求。 本文首先对天然气发动机结构及空燃比控制原理进行了研究分析,并在此基础上,制定了天然气发动机空燃比控制方案。空燃比控制系统依据节气门开度和发动机转速信号确定理论空燃比,并根据发动机工况,通过开环控制和闭环控制的结合,进行有效的差别控制,以确保天然气发动机空燃比控制速度和精度。 然后,对空燃比控制方案中所涉及的控制器、传感器及执行器进行了选型,并设计了包括信号调理电路、系统电源电路、时钟及复位电路、EPR阀控制驱动电路、报警电路及显示电路在内的控制系统硬件,为后续天然气发动机空燃比控制系统软件设计奠定了基础。 最后,根据天然气发动机空燃比控制系统的硬件,设计包括了主程序模块、稳定工况控制模块、过渡工况控制模块、故障诊断模块和中断服务子程序模块的空燃比控制系统软件。软件设计过程中,根据天然气发动机空燃比控制特点及所要实现的功能,采用了结构化和模块化的设计方法,并提出了软件抗干扰措施。在完成天然气发动机空燃比控制系统设计之后,对控制系统软硬件进行了联机调试,并取得了较好的空燃比控制效果,达到了预期控制目标。 【关键词】：天然气发动机 空燃比 控制系统 硬件设计 软件设计
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK433
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景8-11
• 1.2 天然气发动机研究现状11-15
• 1.2.1 天然气发动机发展简况11-12
• 1.2.2 天然气发动机分类12
• 1.2.3 天然气发动机国外研究现状12-13
• 1.2.4 天然气发动机国内研究现状13-15
• 1.3 论文的内容主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 天然气发动机结构及控制原理16-25
• 2.1 天然气发动机结构16-17
• 2.1.1 天然气发动机总体结构16-17
• 2.1.2 天然气发动机结构及工作特性17
• 2.2 燃气供给系统17-21
• 2.2.1 燃气供给系统组成17-18
• 2.2.2 高压气瓶装置18-19
• 2.2.3 减压装置19
• 2.2.4 电子压力调节装置19-21
• 2.2.5 燃气混合器21
• 2.3 天然气发动机增压中冷系统21-22
• 2.4 天然气发动机空燃比控制理论22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 天然气发动机空燃比控制系统硬件设计25-37
• 3.1 空燃比控制系统硬件方案设计25
• 3.2 控制器的选择25-27
• 3.3 传感器的选择27-30
• 3.3.1 曲轴转速传感器27-28
• 3.3.2 节气门位置传感器28
• 3.3.3 压力温度传感器28-29
• 3.3.4 氧传感器29-30
• 3.4 天然气供气量控制装置选择30
• 3.5 传感器信号调理电路设计30-32
• 3.5.1 发动机转速信号调理电路30
• 3.5.2 节气门位置信号调理电路30-31
• 3.5.3 温度、压力信号调理电路31
• 3.5.4 氧传感器信号调理电路31-32
• 3.6 单片机外围电路设计32-36
• 3.6.1 系统电源电路设计32-33
• 3.6.2 时钟电路及复位电路设计33-34
• 3.6.3 EPR阀控制驱动电路设计34
• 3.6.4 报警电路设计34-35
• 3.6.5 显示电路电路设计35-36
• 3.7 硬件抗干扰设计36
• 3.8 本章小结36-37
• 第四章 天然气发动机空燃比控制系统软件设计37-44
• 4.1 空燃比控制系统软件主程序的设计37-38
• 4.2 控制算法的选取与编程实现38-39
• 4.3 稳定工况控制模块程序设计39-40
• 4.4 过渡工况控制模块程序设计40-41
• 4.5 故障诊断模块程序设计41-42
• 4.6 中断响应服务子程序设计42
• 4.7 软件抗干扰设计42-43
• 4.8 本章小结43-44
• 第五章 天然气发动机空燃比控制系统调试及分析44-50
• 5.1 概述44
• 5.2 调试方案44
• 5.3 调试设备44
• 5.4 调试过程44-49
• 5.4.1 硬件电路(脱机)调试44-45
• 5.4.2 软件程序调试45-46
• 5.4.3 联机调试46-49
• 5.5 本章小结49-50
• 第六章 总结与展望50-52
• 6.1 总结50
• 6.2 展望50-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 攻读硕士学位期间发表的论文57-58
• 学位论文评阅及答辩情况表58

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