脉冲多次缸内直喷天然气发动机控制策略及试验研究

【摘要】：缸内直喷稀薄燃烧是当今内燃机有效节能技术方向之一。本论文利用脉冲多次缸内直喷形成缸内天然气分层混合,在临界触发点火模式下,实现天然气分层快速稀燃。采用具有高速响应特性的喷气阀,实现火花点燃式发动机特定工况条件下天然气的预喷和主喷的控制策略,达到使燃料分层的效果,结合新型燃烧室中气流的合理组织,实现发动机全工况所要求的分层混合气特性。 本文首先研制了具有自主知识产权的火花点燃式天然气缸内直喷系统及开发系统,其中包括天然气缸内直喷单缸实验发动机新型燃烧室;可变点火能量的高能点火系统;控制单元ECU以及发动机测试、燃烧参数采集系统等。 同时进行了脉冲多次缸内直喷天然气发动机软件开发及控制策略的研究。本控制软件是基于AUTOSAR软件结构,将其分为四个层次:用户应用层、数据交换区、ECU层和MCU层。ECU层提供了直喷发动机控制所需的各种模拟信号采集、数字信号采集、曲轴凸轮轴信号分析、喷气阀控制、点火控制等功能,并提供各功能模块的接口函数。MCU层提供了对XC164CM单片机管脚、ASC、SSC、CAN、RAM、CC2及其他外部设备的操作。数据交换区为用户应用层程序和ECU基础软件间的数据提供通讯服务。用户应用层装载各类数据MAP及相应算法,它主要包括输入信号故障判断、运行故障判断、运行工况判断、各工况控制、补偿控制等。 最后本文开展了脉冲多次缸内直喷天然气发动机的试验研究,试验结果表明:随着过量空气系数的增大,低压缸内直喷CNG发动机燃烧性能变差,燃烧循环变动增大;对于低压缸内直喷CNG发动机一定工况条件下,存在一个“喷射窗口”,此时缸内的最大爆发压力、最大压力升高率以及最大放热率最大,燃烧循环变动率最小;提高点火能量有助于改善CNG发动机的燃烧过程,促进火焰在燃烧初期快速稳定传播,使CNG燃烧更加充分,HC的排放量下降显著,从而改善发动机缸内的燃烧过程,燃气消耗率降低,动力性得以部分恢复;脉冲多次喷射有利于低压缸内直喷CNG发动机的分层燃烧。通过脉冲多次喷射,可以提高稀薄燃烧条件下的燃烧效率和燃烧稳定性。 【关键词】：天然气 发动机 缸内直喷 控制策略
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK437
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 天然气燃料的特点9-11
• 1.3 缸内直喷发动机的特点及优势11
• 1.4 CNG 缸内直喷发动机的研究现状11-13
• 1.5 本文的选题意义和研究内容13-14
• 第二章 火花点燃式天然气缸内直喷系统及开发系统的研制14-27
• 2.1 自主研发的CNG 直喷喷气阀15-16
• 2.2 缸内直喷天然气发动机燃烧室的改造16
• 2.3 可变能量的高能点火系统的设计16-17
• 2.4 缸内直喷天然气发动机控制系统的研制17-22
• 2.5 控制软件及控制策略22
• 2.6 上位机标定系统的开发22-23
• 2.7 电喷发动机多通道瞬态燃烧分析系统23-26
• 2.7.1 基本参数设定模块24
• 2.7.2 缸压采集模块24-25
• 2.7.3 示功图分析模块25
• 2.7.4 燃烧分析模块25-26
• 2.8 本章小结26-27
• 第三章 脉冲多次缸内直喷天然气发动机控制策略及软件开发27-45
• 3.1 控制策略概述27-28
• 3.2 ECU 软件构架及流程图28-31
• 3.2.1 AUTOSAR 软件构架28-29
• 3.2.2 ECU 软件分层定义29
• 3.2.3 软件流程图29-31
• 3.3 功能模块31-43
• 3.3.1 A/D 采样模块31-33
• 3.3.2 发动机转速的测量33-36
• 3.3.3 点火控制模块36-37
• 3.3.4 脉冲多次喷气控制模块37-39
• 3.3.5 CAN 通讯模块39-40
• 3.3.6 故障诊断模块40-42
• 3.3.7 其他模块42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 脉冲多次缸内直喷天然气发动机的试验研究45-61
• 4.1 缸内直喷天然气发动机单次喷射条件下燃烧规律的研究45-52
• 4.1.1 过量空气系数对燃烧性能的影响45-47
• 4.1.2 喷气时刻对燃烧性能的影响47-49
• 4.1.3 点火提前角对燃烧性能的影响49-50
• 4.1.4 点火能量对燃烧性能的影响50-52
• 4.2 缸内直喷天然气发动机脉冲多次喷射条件下燃烧规律的研究52-57
• 4.2.1 过量空气系数对缸内脉冲多次喷射燃烧性能的影响52-53
• 4.2.2 点火提前角对缸内脉冲多次喷射燃烧性能的影响53-54
• 4.2.3 点火能量对缸内脉冲多次喷射燃烧性能的影响54-55
• 4.2.4 点火能量对缸内脉冲多次喷射排放及稀燃极限的影响55-56
• 4.2.5 喷气策略对缸内脉冲多次喷射燃烧性能的影响56-57
• 4.3 脉冲多次喷射与单次喷射对燃烧性能的影响规律的比较研究57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 全文总结与工作展望61-63
• 5.1 全文总结61-62
• 5.2 工作展望62-63
• 参考文献63-66
• 发表论文和参加科研情况说明66-68
• 致谢68

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