缸内直喷汽油机工作模式转换试验研究

发布时间：2017-06-02 05:08

  本文关键词：缸内直喷汽油机工作模式转换试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：国际能源组织的数据表明可以经济开采的原油只有1.1万亿桶,只够开采30多年,然而二氧化碳(CO2)的浓度升高,致使气温升高,所以当前世界面临两大挑战：可靠和廉价的能源供应；迅速向低碳、高效、环保的能源供应体系转变。 中国过半的石油是汽车消耗的,而且随着汽车保有量的增加,消耗的石油越来越多,排出的污染物和二氧化碳越来越多,中国迫切的需要发展高效率、低能耗和低排放的发动机,其中缸内直喷汽油机(Gasoline Direct Injection, GDI)是一个十分好的选择。它具有高效率和超低排放的潜力,是当今内燃机的重要技术之一。 缸内直喷汽油机一般有三种工作模式,在中小负荷的时候采用分层燃烧,此时节气门大开,节流损失小,空燃比在24到44之间,热效率高；在部分负荷时,采用均质稀燃,这时节气门部分开启,节流损失较小,空燃比在15到22之间,热效率比较高；在大负荷和全负荷时候,采用均质混合气或功率混合气,此时主要保证发动机的动力输出。本文主要研究发动机在均质混合气到均质稀混合气的转换。 本文主要做了如下工作： 1.分析了缸内直喷汽油机电控系统组成,总结了传感器和执行器的特性。 2.设计了以MC9S12XDP512单片机为控制芯片的发动机控制硬件系统,具体设计了温度采集电路、压力采集电路、转速采集电路、凸轮轴采集电路和位置信号采集电路；还设计了各个执行器的驱动电路。 3.专门设计了喷油器升压驱动电路,实现喷油器的PEAK-HOLD电流驱动。 4.移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统到MC9S12XDP512单片机上,控制软件实现分层设计；喷油计算、点火计算、模拟量采集、电子节气门控制、高压油泵电磁阀控制和工况管理等采用任务管理,方便控制功能的增减。 5搭建试验台架,研究转速2500转/分,平均有效压力(BMEP)为0.15Mpa(42.9N.m)时,从理论均质混合气向均质稀混合气(λ=1.4)转换。先通过调整喷油量和节气门开度,实现转速2500转/分,转矩40N.m,λ=1.4的稀燃,然后调整喷油提前角找到最佳喷油提前角为350°(CA),在该喷油提前角下调整点火提前角,找到最佳点火提前角为13°(CA)。最终在喷油脉宽为8.3ms,节气门开度为11°,喷油提前角350°(CA)和点火提前角13°(CA)时得到转速2500转/分,转矩42.5N.m,λ=1.4的稀燃。同样的试验方法得到转速2500转/分,转矩42.5N.m左右,λ=1.0到λ=1.3的喷油脉宽,节气门开度,最佳喷油提前角和最佳点火提前角。在得到以上参数以后采用两种方法来研究工作模式转换,一种是固定喷油提前角和点火提前角,通过调节喷油脉宽和节气门开度来实现工作模式转换,试验结果表明这个方法不能很好的完成工作模式转换；另一种方法是采用λ=1.0到λ=1.4的最佳点火提前角和最佳喷油提前角(简称最优参数),然后调节喷油脉宽和节气门开度来完成工作模式转换。本文采用了多种调节节气门开度和喷油脉宽的方式,第一种方式是先降低喷油脉宽,再增加节气门开度,第二种方式是先增加节气门开度,再降低喷油脉宽,第三种方式是先降低喷油脉宽再增加节气门开度,最后再降低喷油脉宽,第四种方式是先降低喷油脉宽,再同时降低喷油脉宽和增加节气门开度,最后一种方式是同时降低喷油脉宽和增加节气门开度。最终在最优参数线性插值后,同时降低喷油脉宽和增加节气门开度,能够完成工作模式转换。
【关键词】：汽油机 缸内直喷 电控系统 μC/OS-Ⅱ实时操作系统 工作模式转换
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK417.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1. 引言17-19
• 1.2. GDI简介19-27
• 1.2.1. GDI发动机的优缺点19-20
• 1.2.2. 分层燃烧概念20-24
• 1.2.3. 工作模式24-26
• 1.2.4. 工作模式转换26-27
• 1.3. 本文研究的主要内容27-29
• 第二章 控制系统硬件平台设计29-59
• 2.1. GDI发动机电控系统的组成29-31
• 2.2. 控制系统硬件总体设计31-34
• 2.2.1. 控制系统硬件的功能31-32
• 2.2.2. 控制系统硬件的方案设计32
• 2.2.3. 控制系统硬件系统的总体设计32-34
• 2.3. 控制系统的详细设计34-54
• 2.3.1. 单片机介绍及外围电路设计34-38
• 2.3.2. 喷油器驱动设计以及试验验证38-48
• 2.3.3. 电子节气门驱动设计和闭环控制48-54
• 2.3.4. 电源设计54
• 2.4. PCB设计54-56
• 2.4.1. PCB的布局54-55
• 2.4.2. PCB的布线55-56
• 2.5. 控制系统硬件的组装56
• 2.6. 本章小结56-59
• 第三章 基于嵌入式实时操作系统的控制软件设计59-83
• 3.1. μC/OS-Ⅱ介绍59-61
• 3.2. μC/OS-Ⅱ实时操作系统的移植61-62
• 3.3. 软件总体设计62-68
• 3.3.1. 发动机控制软件的结构62-63
• 3.3.2. 控制软件任务的划分63-65
• 3.3.3. 控制软件源文件和头文件的结构65-66
• 3.3.4. 单片机资源分配66-68
• 3.3.5. 软件的运行流程68
• 3.4. 控制软件的具体设计68-82
• 3.4.1. 转速中断处理函数68-70
• 3.4.2. 查表函数设计70-73
• 3.4.3. 工况管理任务设计73-75
• 3.4.4. 喷油控制相关函数设计75-78
• 3.4.5. 点火控制相关函数设计78-80
• 3.4.6. 高压油泵电磁阀控制相关函数80
• 3.4.7. 模拟量采集相关函数80-81
• 3.4.8. 通信函数设计81-82
• 3.5. 本章小结82-83
• 第四章 工作模式转换试验研究83-107
• 4.1. 试验台架的搭建83-85
• 4.2. 点火提前角和喷油提前角对稀燃的影响85-88
• 4.2.1. 稀燃的实现(λ=1.4)85
• 4.2.2. 点火提前角对稀燃的影响85-86
• 4.2.3. 喷油提前角对稀燃的影响86-87
• 4.2.4. 确定稀燃最佳喷油提前角和点火提前角87-88
• 4.3. λ=1.0到λ=1.3的最佳喷油提前角和最佳点火提前角88-95
• 4.3.1. λ=1.3的最佳喷油提前角和最佳点火提前角88-90
• 4.3.2. λ=1.2的最佳喷油提前角和最佳点火提前角90-92
• 4.3.3. λ=1.1的最佳喷油提前角和最佳点火提前角92-93
• 4.3.4. λ=1.0的最佳喷油提前角和最佳点火提前角93-95
• 4.4. λ=1.4到λ=1.0参数汇总95
• 4.5. 工作模式转换研究95-102
• 4.5.1. 固定喷油提前角和点火提前角的工作模式转换96-98
• 4.5.2. 最佳喷油提前角和最佳点火提前角的工作模式转换98-102
• 4.5.3. 小结102
• 4.6. 排放性102-104
• 4.6.1. λ=1.0到λ=1.4的排放102-104
• 4.6.2. 工作模式转换的排放104
• 4.7. 本章小结104-107
• 第五章 全文总结和工作展望107-109
• 5.1. 全文总结107
• 5.2. 工作展望107-109
• 参考文献109-113
• 附录Ⅰ113-114
• 附录Ⅱ114-119
• 致谢119

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