基于C167CS实现柴油机电控掺烧乙醇的多点喷射系统研究

论文摘要

随着世界经济的发展，各国对能源的依赖性越来越强，开发利用可再生资源已成为世界各工业国家的重大课题。乙醇作为一种强劲的新兴能源，在汽油机上应用已经比较成熟。随着世界范围内车用发动机柴油机化趋势的发展，乙醇在柴油机上的研究越来越受到众多国内外科研机构的重视。本文通过利用单片机强大的控制功能，设计出一套柴油／乙醇双燃料发动机的电控多点喷射系统。电控系统的核心单元是Infineon公司生产的16位C167CS单片机，该单片机作为电子控制单元(ECU)的核心部件，根据采集到的凸轮轴位置信号作为乙醇喷射的定时信号，根据采集到的转速和油门位置等信号由微控制器区分判断出柴油机的不同工况，最后将通过分析、计算、查表得到的该工况下最佳的柴油／乙醇掺比送至单片机的PWM输出口，用来调节喷醇电磁阀的开启时间，从而得到所需的精确乙醇喷量。喷醇脉冲宽度值与乙醇喷射量呈线性关系。不同工况下的最佳掺比可通过发动机台架试验获得。在CY495QBZL型柴油机台架上，结合现有的试验条件，采用乙醇进气管多点喷射的方法，进行电控系统试验研究。试验结果表明：该电控系统具有较高的可靠性和稳定性等特点，并可以根据柴油机不同的转速、负荷实时改变柴油乙醇混合比，控制响应迅速、数据采集显示准确。同时试验结果也表明，柴油／乙醇双燃料发动机动力性能不减原柴油机；烟度较原机降低幅度较大，在中高负荷阶段尤为明显；在经济性能上，发动机当量燃油消耗率在高负荷高转速时接近于原柴油机，而在中低负荷时优于原柴油机，利于节省柴油、降低排放。此外，为了开发该电控系统而进行的软硬件设计，PCB板的电路设计等都通过调试和试验并得到验证，可以作为相近课题研究的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 柴油/乙醇发动机的发展状况
• 1.1.1 国内外乙醇燃料的发展概述
• 1.1.2 国内外柴油机掺烧乙醇的现状
• 1.1.3 柴油/乙醇混燃技术介绍
• 1.1.4 车用发动机柴油机化和柴油车燃用乙醇相比汽油车的优势
• 1.2 柴油/乙醇发动机的供醇方式
• 1.2.1 利用原有供油系统直接供给柴油醇
• 1.2.2 进气管上加装化醇器供醇
• 1.2.3 输油泵上加装柴油/乙醇混合装置供醇
• 1.2.4 气缸内直接喷射乙醇
• 1.2.5 利用微控器控制喷射乙醇
• 1.3 单片机在双燃料发动机上的应用
• 1.4 本课题的研究目的及意义
• 1.5 本题的主要研究内容以及所做的工作
• 第二章 燃料乙醇的特性和乙醇掺烧时柴油机的性能分析
• 2.1 柴油/乙醇的理化性质和燃烧特性分析
• 2.1.1 乙醇燃料的优势
• 2.1.2 乙醇燃料的劣势
• 2.2 柴油机主要排放物的生成机理
• 2.2.1 碳烟颗粒PM
• 2.2.2 碳氢化合物HC
• 2.2.3 一氧化碳CO
• 2.2.4 氮氧化合物NOx
• 2'>2.2.5 二氧化硫SO₂
• 2.3 乙醇掺烧对柴油机性能的影响分析
• 2.3.1 乙醇掺烧对柴油机燃烧的影响
• 2.3.2 乙醇掺烧对柴油机排放的影响
• 2.3.2.1 对碳烟排放的影响
• 2.3.2.2 对HC排放的影响
• 2.3.2.3 对CO排放的影响
• 2.3.2.4 对NOx排放的影响
• 第三章 柴油/乙醇双燃料发动机电控多点喷射系统的总体设计
• 3.1 电控喷射系统的基本要求
• 3.2 电控多点乙醇顺序喷射系统简介
• 3.3 电控喷射系统的组成及功能
• 3.4 电子控制单元的设计
• 3.4.1 单片机型号的选择
• 3.4.2 单片机C167CS的特性
• 3.4.3 单片机引脚扩展电路
• 3.5 电控喷射系统的整体设计方案
• 第四章 柴油/乙醇双燃料发动机电控多点喷射系统的外围部件设计
• 4.1 转速传感器
• 4.2 油门位置传感器
• 4.3 霍尔效应式凸轮轴位置传感器
• 4.4 乙醇供给系统
• 4.4.1 乙醇容器
• 4.4.2 乙醇泵
• 4.4.3 乙醇压力调节器
• 4.4.4 喷醇导轨的改装
• 4.4.5 喷醇电磁阀
• 第五章 柴油/乙醇双燃料发动机电控多点喷射系统的软硬件设计
• 5.1 下位机扩展硬件电路设计
• 5.1.1 振荡器时钟电路
• 5.1.2 复位电路
• 5.1.3 转速信号处理电路
• 5.1.4 喷醇电磁阀控制输出模块
• 5.1.5 矩阵键盘设计
• 5.1.6 LED显示及其接口电路
• 5.1.7 印刷电路板（PCB）设计
• 5.2 下位机软件设计
• 5.2.1 转速信号采集程序
• 5.2.2 油门位置处理程序
• 5.2.3 凸轮轴脉冲捕获程序
• 5.2.4 BCD码转换程序
• 5.2.5 驱动喷醇电磁阀程序
• 5.2.6 键盘扫描程序
• 5.2.7 动态LED显示程序设计
• 5.2.8 查表程序
• 5.3 上位机软件介绍
• 5.3.1 Tasking集成开发环境
• 5.3.2 程序调适器CrossView Pro
• 5.3.3 Prote1DXP电路板设计软件
• 第六章 柴油/乙醇双燃料发动机试验系统及方案设计
• 6.1 试验设备及使用仪器
• 6.1.1 试验用设备和仪器
• 6.1.2 CY495QBZL柴油机及其附件的主要参数
• 6.1.3 试验用柴油、乙醇
• 6.1.4 试验所测试的项目和目的
• 6.2 喷醇电磁阀的标定
• 6.3 电控多点喷射系统时序逻辑的实现
• 6.4 CY495QBZL增压柴油机台架试验
• 6.4.1 乙醇喷射时刻的确定
• 6.4.2 掺烧乙醇对发动机烟度排放的影响
• 6.4.3 掺烧乙醇对发动机经济性的影响
• 第七章 全文总结及工作展望
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B