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天然气发动机电控系统控制器的研制

吴本成  
【摘要】:石油资源危机和日益恶化的环境状况迫切要求对现有车用发动机进行改造,以便能够使用替代燃料,并降低其废气排放。因此研究代用燃料发动机,发展清洁汽车已成为不可阻挡的潮流,天然气作为替代柴油和汽油的一种理想清洁燃料在国内外受到广泛关注,天然气发动机也以其良好的低排放性能和经济性能而具有广泛的应用前景。对天然气发动机稀燃技术的研究是发动机技术的一个重要发展方向,开发高性能的电控系统已成为天然气发动机的研究热点。我国已正式启动空气净化工程——清洁汽车行动,为了推动我国天然气汽车技术的发展,实现天然气发动机技术国产化,本文以压缩天然气(CompressedNatural Gas)发动机为研究对象,以提高天然气发动机排放性能和动力性能为主要目标,开展CNG发动机电子控制系统的理论和实验研究,具有重要意义。 论文通过深入分析天然气发动机的发展与现状,将原宗申YH465Q-1E四缸发动机改装为单一燃料CNG发动机,并设计了其电子控制系统的总体方案,对电控燃气喷射和高能点火控制系统进行了硬件设计,包括电源模块、输入输出模块、微处理器模块,并编制了相应工况下喷气和点火软件。 由于瞬态空燃比与发动机的动力性、经济性及排放性能密切相关,因此很有必要对发动机的空燃比控制策略进行研究。论文具体研究了模糊控制、PID控制、二维线性插值等几种典型的控制策略,并进行了Matlab/Simulink仿真,分析了它们的特点,根据不同的工况采用不同的控制策略。 论文在单一燃料CNG发动机上,通过缸外进气阀处喷射供气,采用稀燃、空燃比闭环控制及顺序多点间歇喷射技术,将空燃比控制在理论空燃比附近,并实现喷射时刻的精确控制。为了简化编程降低成本,点火定时采用开环、分组点火方式实现。论文还通过研制高能点火模块以确保足够的点火能量。 论文利用信号发生器、电位器等装置模拟传感器产生信号,对所做的硬件和软件进行了调试,对四缸燃气喷射和点火进行了模拟实验,通过实验可观察高速输出口的喷气和点火波形。结果分析表明电控单元能够基本实现空燃比和点火定时的控制。


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