基于替代燃料的单缸沼气发动机关键控制技术研究

论文摘要

随着社会的加速发展,汽车正面临着日益严峻的环保压力和能源安全问题,寻找汽车的替代燃料已成为人们的当务之急。在众多替代燃料中,沼气是一种具有资源广泛、价格便宜、燃烧安全、排放清洁特点的可再生能源;然而,目前常用的沼气发动机大多数由汽油/柴油机改造而成,缺乏对沼气组分与发动机性能的影响关系,对进气、点火控制与沼气发动机性能关系的认识,采用控制方法仅注重单一性能,而忽略发动机的整体性能;引起沼气发动机动力不足、燃气消耗高、排放性差的问题。为此,论文以DLH1110沼气发动机为对象,研究沼气发动机控制方法,研制沼气发动机硬件在环实验系统,并以此对控制方法进行实验验证。论文首先介绍了国内外沼气发动机的研究、应用状况及发展趋势;根据发动机工作原理,以DLH1110单缸沼气发动机为对象,建立了沼气发动机燃气喷射和点火控制模型,以及沼气发动机性能评价的动力输出模型、燃气消耗模型及尾气排放模型,分析了沼气组分、压缩比、点火提前角及混合气浓度等对发动机动力性、经济性及排放性的影响规律,并以此为基础分析了三种不同的沼气发动机燃气喷射和点火联合控制方法;其次根据控制原理对沼气发动机控制系统进行了设计,主要包括ECU硬件电路和软件程序设计;再次,利用GT-power和MATLAB/Simulink平台建立沼气发动机及其控制仿真模型,以节气门加速和减速工况作为模型输入,分析了三种控制方法对沼气发动机性能的影响效果,从中提出了点火与喷气MAP前馈和空燃比fuzzy反馈闭环控制方法控制效果较好,并以城郊工况验证其可行性;为进一步验证沼气发动机此控制方法的控制效果,搭建了基于GT-power、LabVIEW及NI DAQ的沼气发动机硬件在环实验系统,并进行了硬件在环实验及结果分析,以提高沼气发动机的动力性、经济性和排放性。论文最后对所研究的沼气发动机控制效果较好的控制方法及其研究结果进行了归纳和总结,指出了其不足之处并对今后的研究工作提出建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.3 发动机使用替代燃料的研究现状
• 1.3.1 天然气
• 1.3.2 液化石油气（LPG）
• 1.3.3 生物质能源（沼气）
• 1.4 国内外沼气发动机研究现状
• 1.4.1 国外沼气发动机研究现状
• 1.4.2 国内沼气发动机研究现状
• 1.5 研究意义和研究内容
• 1.5.1 论文研究意义
• 1.5.2 论文研究内容
• 第二章 沼气发动机控制原理的研究
• 2.1 沼气发动机控制模型
• 2.1.1 燃气喷射控制模型
• 2.1.2 点火控制模型
• 2.2 沼气发动机性能评价模型
• 2.2.1 动力性能模型
• 2.2.2 燃气消耗模型
• 2.2.3 尾气排放模型
• 2.3 沼气发动机性能影响因素
• 2.3.1 沼气组分对沼气发动机性能的影响
• 2.3.2 压缩比对沼气发动机性能的影响
• 2.3.3 点火提前角对沼气发动机性能的影响
• 2.3.4 混合气浓度对沼气发动机性能的影响
• 2.4 沼气发动机的控制方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 沼气发动机控制系统设计
• 3.1 沼气发动机控制系统组成及基本原理
• 3.1.1 沼气发动机控制系统组成
• 3.1.2 沼气发动机控制系统工作原理
• 3.2 沼气发动机电子控制单元设计
• 3.2.1 微处理器
• 3.2.2 ECU 输入信号处理电路设计
• 3.2.3 ECU 输出信号驱动电路设计
• 3.2.4 ECU 控制程序设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 沼气发动机控制方法的研究
• 4.1 基于GT-power 软件的沼气发动机计算机仿真建模
• 4.1.1 沼气发动机进排气模块建模
• 4.1.2 沼气发动机气缸模块建模
• 4.1.3 沼气发动机曲轴模块建模
• 4.2 沼气发动机计算机仿真模型验证
• 4.3 沼气发动机控制方法研究
• 4.3.1 沼气发动机燃气喷射控制方法的研究
• 4.3.2 沼气发动机燃气点火控制方法研究
• 4.4 沼气发动机控制方法仿真对比分析
• 4.5 城郊工况下沼气发动机控制方法仿真分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 沼气发动机控制方法的硬件在环实验研究
• 5.1 硬件在环实验系统及实验原理
• 5.1.1 硬件在环实验原理
• 5.1.2 硬件在环实验系统
• 5.1.3 Simulink-LabVIEW 的连接
• 5.1.4 LabVIEW-虚拟仪器 DAQ 的连接
• 5.2 沼气发动机控制硬件在环实验
• 5.2.1 沼气发动机稳态工况硬件在环实验
• 5.2.2 沼气发动机加速工况硬件在环实验
• 5.3 本章小结
• 全文总结与展望
• 全文总结
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件