天然气发动机电控喷射系统的研究

论文摘要

天然气以其资源丰富、价格便宜等突出优点,被认为是21世纪有发展前途的清洁代用燃料之一。随着对天然气汽车的推广使用,以及电子控制技术的进一步发展,天然气发动机电控系统的控制功能要求越来越高。因此开展电控技术研究,进一步完善天然气发动机的性能,对深入研究气体燃料发动机电控理论和优化清洁燃料发动机性能具有重要的学术意义和工程应用价值。本文通过深入分析天然气发动机的发展与现状,对WT615型天然气发动机的喷射系统进行了总体设计,进行了喷射系统所使用的传感器和执行器的选型分析,完成了天然气发动机单点喷射系统的改装及调试。通过对发动机电控喷射系统控制方式的研究及天然发动机电控系统的特点分析,针对不同的发动机工况采用不同的空燃比控制方式。采用增量式PID控制理论作为闭环控制算法理论。进行了天然气发动机电控单点喷射系统控制策略的研究并开发了相应的实时控制软件,实现了天然气喷射量和喷射时刻的控制。为了缩短ECU的开发周期,减小匹配试验的工作量,基于CAN总线协议,本文开发了标定软件与ECU之间的通信模块,实现了标定软件对ECU内存数据的读写操作,开发了标定软件中的数据块标定、曲线标定、MAP标定以及BUF数据实时显示等功能。本文利用信号发生器、电位器等装置模拟传感器产生信号,对所开发的喷射系统软硬件进行了调试并完成了喷射模拟试验,试验结果表明,控制软件能够实现对天然气喷射时刻和喷射脉宽的准确控制。本文进行了电控系统与天然气发动机初步的台架匹配试验与调试,完成了喷射脉宽MAP的初步标定。台架试验结果表明,发动机的动力性、经济性和排放性基本满足了设计要求,发动机怠速运转具有良好的平稳性,ECU的实际控制效果得到检验。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外天然气发动机电控系统的研究现状
• 1.2.1 天然气发动机电控喷气技术的发展
• 1.2.2 国外研究发展现状
• 1.2.3 国内研究发展现状
• 1.2.4 天然气发动机电控技术的发展趋势
• 1.3 控制器局域网（CAN）总线
• 1.3.1 CAN总线概述
• 1.3.2 CAN总线分层结构
• 1.3.3 CAN总线的性能特点
• 1.4 课题的来源及研究意义
• 1.5 论文的主要研究工作
• 2 天然气发动机电控单点喷射系统设计开发
• 2.1 天然气发动机燃料供给系统的设计
• 2.2 天然气发动机电控单点喷射系统总体设计
• 2.2.1 电控喷射系统结构及工作原理
• 2.2.2 ECU芯片选型及性能分析
• 2.2.3 传感器选型设计
• 2.2.4 执行器选型设计
• 2.3 电控喷射系统的控制方案研究
• 2.3.1 电控喷射系统控制方式的研究
• 2.3.2 电控喷射系统控制算法理论的研究
• 2.3.3 电控喷射系统控制单元的设计
• 2.4 电控喷射系统软件开发
• 2.4.1 软件功能设计
• 2.4.2 电控喷射系统控制策略
• 2.4.3 电控喷射系统的控制软件实现
• 2.5 本章小结
• 3 ECU与标定系统的CAN通信模块设计开发
• 3.1 CAN通信模块总体设计
• 3.1.1 CAN通信模块构成
• 3.1.2 CAN通信模块硬件选型及设计
• 3.1.3 CAN通信模块协议的设计
• 3.2 CAN通信模块的软件开发
• 3.2.1 软件开发环境分析
• 3.2.2 标定系统与ECU的通信流程
• 3.2.3 标定系统通信软件的开发
• 3.2.4 ECU通信程序开发
• 3.3 CAN通信调试
• 3.3.1 CAN通信调试环境
• 3.3.2 CAN通信调试结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 电喷系统与发动机的匹配标定及性能试验
• 4.1 电控单点喷射天然气发动机匹配标定试验系统
• 4.1.1 试验用发动机
• 4.1.2 发动机控制台及测试设备
• 4.1.3 标定软件
• 4.2 发动机台架试验条件及试验方案
• 4.2.1 台架试验的燃料及环境条件
• 4.2.2 试验主要内容及方案
• 4.3 电控系统匹配标定试验
• 4.3.1 喷射模拟试验结果分析
• 4.3.2 基本喷射MAP标定试验结果分析
• 4.4 发动机性能试验
• 4.4.1 动力性分析
• 4.4.2 经济性分析
• 4.4.3 排温分析
• 4.4.4 排放性能分析
• 4.4.5 怠速稳定性分析
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 作者简历
• 学位论文数据集