部分流等动态微粒采样系统适用性评测及关键参数选取

发布时间：2017-09-16 09:13

  本文关键词：部分流等动态微粒采样系统适用性评测及关键参数选取

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【摘要】：柴油机发明100多年以来，因为具有较高的热效率和耐久可靠性而得到大力发展，但是柴油机的微粒（PM）排放一般要比汽油机大几十倍，成为了大气环境的主要污染源之一，且会对人体的健康产生极大的危害。因此，必须使用微粒测量系统来检测柴油机的微粒排放水平。国际上将微粒测量系统分为全流稀释微粒测量系统和部分流稀释微粒测量系统两种。因为部分流稀释取样系统体积小、成本低廉的优点而得到广泛使用，因此本课题决定在现有硬件结构的基础上研制一套部分流等动态微粒采样系统，其不仅可以测量稳态工况下的微粒排放，也具有测量瞬态工况下微粒排放的潜力。 本文首先介绍了部分流等动态微粒采样系统的工作原理和比排放的计算公式，并在前期已完成硬件选型的基础上，搭建了该部分流等动态微粒采样系统。然后，，本文以飞思卡尔MC9S12XS128开发板为基础，搭建了该部分流等动态微粒采样系统的控制平台。完成了对压差传感器信号、温度传感器信号以及流量控制阀位置反馈信号的采集，制定了流量控制阀和电磁阀的控制策略，并根据PID算法制定了压差稳定性控制策略。为了方便的实时监测本系统的工作状态，本文基于LABVIEW完成了该系统上位机软件的编写，并模拟了LABVIEW上位机与电控单元下位机的通讯试验，验证了上、下位机之间的通讯功能。 考虑到实验室的震动、温度等因素可能会对压差传感器的测量带来影响，本文搭建了部分流等动态微粒采样系统的静态调试系统，使用变频风机模拟发动机排气，在排气测量管后方安装蝶阀模拟排气背压，模拟了不同排气流量、不同排气背压下该系统的压差稳定性，验证了该系统的可行性。在使用本课题自行研制的部分流等动态微粒测量系统测量发动机微粒排放之前，本文对PID参数进行了整定，选取了最适合该系统的PID参数。然后使用该系统对4D20发动机B50工况下的微粒排放进行了五次测量，验证了该系统测量结果的一致性，并计算了B50工况下的比排放,比排放为0.67g/kw.h。然后使用现有的微粒测量系统测量了4D20发动机B50工况下的比排放，比排放为0.61g/kw.h，并对两个系统的测量结果进行了对比，试验结果验证了该系统的适用性。 最后本文根据LABVIEW编写了一款上位机通用软件，在该通用软件中，用户可以输入发动机参数，便可以得到该系统的关键参数。从而针对任何排量的发动机，用户可以选取该部分流等动态微粒采样系统的关键参数，并搭建符合自己要求的部分流等动态微粒测量系统，对该发动机的微粒排放水平进行测量。
【关键词】：部分流等动态 微粒采样系统 静态调试 PID参数整定 适用性评测
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 稀释取样系统的国内外研究现状12-18
• 1.2.1 全流定容稀释取样系统12-14
• 1.2.2 部分流稀释取样系统14-18
• 1.3 部分流稀释取样系统的研究意义与难点18-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 部分流等动态微粒采样系统台架搭建21-31
• 2.1 部分流等动态微粒采样系统原理21-24
• 2.2 部分流等动态微粒采样系统比排放计算24-26
• 2.3 部分流等动态微粒采样系统台架搭建26-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 部分流等动态微粒采样系统电控系统开发31-53
• 3.1 飞思卡尔 MC9S12XS128 开发板介绍31-32
• 3.2 流量控制阀及其驱动模块32-38
• 3.2.1 流量控制阀介绍32-34
• 3.2.2 流量控制阀的驱动板介绍34-36
• 3.2.3 流量控制阀的控制策略36-38
• 3.3 压差传感器及其采集模块38-39
• 3.4 温度传感器及其采集模块39-41
• 3.5 电磁阀及其驱动模块41
• 3.6 控制系统硬件电路设计41-42
• 3.7 部分流等动态微粒采样系统压差稳定性控制策略42-45
• 3.8 LABVIEW 上位机控制软件开发45-51
• 3.8.1 上、下位机 RS232 串口通讯模块46-47
• 3.8.2 LABVIEW 上位机监测模块47-48
• 3.8.3 LABVIEW 上位机控制模块48-49
• 3.8.4 上、下位机功能匹配性验证49-51
• 3.9 本章小结51-53
• 第4章 部分流等动态微粒采样系统静态调试及适用性评测53-73
• 4.1 部分流等动态微粒采样系统静态调试53-58
• 4.1.1 部分流等动态微粒采样系统静态系统搭建53-55
• 4.1.2 部分流等动态微粒采样系统压差测量值分析55-56
• 4.1.3 部分流等动态微粒采样系统静态调试56-58
• 4.2 部分流等动态微粒采样系统适用性评测58-71
• 4.2.1 部分流等动态微粒采样系统 PID 参数整定59-63
• 4.2.2 压差传感器零点漂移63-64
• 4.2.3 部分流等动态微粒采样系统试验验证64-66
• 4.2.4 带浓度测量的微粒采样系统试验验证66-68
• 4.2.5 压差对部分流等动态微粒测量系统测量结果的影响68-71
• 4.3 本章小结71-73
• 第5章 基于发动机特征的关键参数优选、软件开发73-81
• 5.1 部分流等动态微粒采样系统通用软件开发73-77
• 5.2 采样系统参数与发动机参数关联性分析77-79
• 5.3 本章小结79-81
• 第6章 全文总结与工作展望81-83
• 6.1 工作总结81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-87
• 作者简介87-89
• 致谢89

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本文编号：862158