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新型燃烧方式电控系统设计与PIV技术在发动机测量中的应用

作　者: 董明哲
导　师: 汪洋
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 发动机电控 PIV 误差评价燃油喷雾汽油机缸内流场
分类号: TK403
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

内燃机的控制和测试技术一直伴随着内燃机的发展,内燃机测控技术的发展,保证了内燃机高效、可靠而最优运行。随着内燃机技术和科学技术的发展,电子控制技术和激光测试技术被大量应用到发动机的测控上来,本文工作主要围绕这两方面展开。根据课题组提出的新型燃烧方式的需求,研制开发了一套电控系统。该电控系统采用上位机和ECU控制相结合。ECU完成新型燃烧方式的发动机控制功能和发动机运行循环参数的测量;上位机主要完成接收发动机运行参数并显示和处理,完成发动机示功图的采集,同时提供人机界面实现对发动机运行参数的设定。通过实际发动机实验表明,该电控系统控制功能满足实际研究要求,运行稳定可靠。同时通过调节进气加热温度,在实际发动机上基本实现所提出的新型燃烧方式——均质受激燃烧。在内燃机的测试,尤其是内燃机的燃烧测试中,光学测试技术应用最为广泛,光学测试最大的优越性是对被测对象无干扰,测量精度高。粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)是近年来发展很快的一种定量化的瞬时二维及三维流场速度场测量技术。本文将PIV技术应用到高压共轨柴油喷雾速度场和汽油机缸内流场的测量上。利用PIV技术对柴油高压共轨喷雾速度场进行测量,拍摄了共轨压力为60、80、100MPa,喷油时刻开始后的1.3-8.0ms各时刻喷雾图像,分析得到了不同压力下各时刻喷雾的速度矢量场,对喷雾速度场分布规律进行了分析,对不同共轨压力下喷雾速度的变化进行了对比研究。同时,利用PIV图像的可视化,对不同共轨压力下喷雾体的喷雾锥角、贯穿度等进行了分析比较。在一台四气门光学发动机上,应用PIV技术对四气门汽油机分别在单、双进气门工作时缸内横截面和纵截面在进气和压缩冲程中的速度矢量场进行了测量。对两种情况下缸内大尺度涡流和滚流结构的形成和演化过程进行了分析研究,对其空间速度场的平均速度和湍流强度进行了统计分析。

全文目录

第一章绪论  8-19
  1.1 HCCI 技术发展历程及研究现状概述  8-12
    1.1.1 HCCI 技术的发展历程  9
    1.1.2 HCCI 燃烧方式面临的困难  9-10
    1.1.3 汽油 HCCI 运行工况范围及燃烧过程的控制  10-12
  1.2 新型燃烧模式的提出及其电控系统的要求  12-13
    1.2.1 新型燃烧模式的提出  12-13
    1.2.2 新型燃烧模式电控系统要求  13
  1.3 PIV 测量技术原理及系统组成  13-18
    1.3.1 PIV 测量技术原理  14-15
    1.3.2 PIV 测量系统组成  15-18
  1.4 本课题的研究内容  18-19
第二章新型燃烧模式发动机电控系统的开发  19-32
  2.1 新型燃烧模式发动机电控系统总体结构  19-20
  2.2 新型燃烧模式发动机电控系统硬件设计  20-23
    2.2.1 MSP430F149 单片机的功能和结构  20-21
    2.2.2 ECU 硬件的模块化设计  21-22
    2.2.3 ECU 硬件的可靠性设计  22-23
  2.3 新型燃烧方式发动机电控系统软件设计  23-27
    2.3.1 ECU 软件的分层结构和运行机制  23-24
    2.3.2 ECU 软件常用的控制算法  24-26
    2.3.3 电控系统上位机程序  26-27
  2.4 进气道电控燃油喷射系统  27-30
    2.4.1 总体方案  27
    2.4.2 喷油器安装方式  27-28
    2.4.3 传感器和执行器  28-29
    2.4.4 喷油器的标定  29-30
  2.5 本章小结  30-32
第三章电控系统在新型燃烧方式实验研究中的应用  32-39
  3.1 实验装置  32-33
  3.2 进气加热温度对 HCEI 燃烧模式的实现  33-34
  3.3 不同燃油喷射量对模式切换界限的影响  34-36
  3.4 点火提前角对发动机性能及排放的影响  36-37
  3.5 本章小结  37-39
第四章 PIV 测量误差的实验评价及实验参数优化  39-46
  4.1 PIV 实验参数及测量误差分析概述  39-41
    4.1.1 PIV 实验参数  39-40
    4.1.2 PIV 测量误差分析概述  40-41
  4.2 PIV 系统测量误差的实验评价方法  41-43
    4.2.1 PIV 系统测量误差的实验评价原理  41-42
    4.2.2 PIV 系统实际测量误差分析  42-43
  4.3 PIV 测量实验参数的优化  43-45
  4.4 本章小结  45-46
第五章 PIV 技术在燃油喷雾测量上的应用  46-55
  5.1 实验装置  46-47
  5.2 柴油高压共轨喷雾特性的研究  47-52
  5.3 共轨压力对喷雾的影响  52-53
  5.4 本章小结  53-55
第六章 PIV 技术在汽油机缸内流场测量中的应用  55-74
  6.1 实验装置及瞬态流速场的分析处理方法  55-58
    6.1.1 实验装置  55-57
    6.1.2 瞬态流速场的分析处理方法  57-58
  6.2 四气门汽油机缸内横截面流场分析  58-66
    6.2.1 双气门进气时缸内横截面流场分析  59-60
    6.2.2 单气门进气时缸内横截面流场分析  60-66
  6.3 四气门汽油机缸内纵截面流场分析  66-73
    6.3.1 双气门进气时缸内纵截面流场分析  67-72
    6.3.2 单气门进气时缸内横截面流场分析  72-73
  6.4 本章小结  73-74
第七章全文总结  74-75
参考文献  75-77
发表论文和参加科研情况说明  77-78
致谢  78

新型燃烧方式电控系统设计与PIV技术在发动机测量中的应用

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