一汽CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统毕业设计.docx

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一汽CA6GHL电控LPG单燃料发动机点火系统毕业设计

摘要

21世纪以来由于能源和环境的双重压力，加强以气体燃料取代石油燃料，开发以清洁燃料为主导的低排放和零排放汽车已成为各国当前及今后面临的主要问题之一。

高辛烷值气体燃料LPG作为替代能源被广泛地加以应用。

目前面临的关键问题是在稀燃条件下提高点火系统电火性能及工作的安全可靠性，从而达到提高发动机热效率和降低排放的目的。

因此，本课题以一汽CA6GH-L电控LPG单燃料发动机点火系统为研究对象，采用电喷的形式，从LPG的物化特性出发，研究LPG在发动机点火系统对发动机动力性的影响，在不同工况下通过对电流的稳定控制、实现点火和喷射时刻的实时优化调整以提高现有LPG发动机动力性。

具体研究内容如下：

1、为进一步提高点火系统电火性能及工作的安全可靠性考虑，设计了电子点火系统的电子点火器闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路和初级电流稳定控制电路。

2、设计了电控高能异步双火花塞点火系统。

系统包括新缸头（半球型燃烧室、双火花塞位置、燃烧室内气流组织等）、两套独立的可变点火能量的高能点火系统。

通过电控单元ECU及控制策略根据发动机工况的变化，提供可变的同步、异步双火花点火。

3、依据LPG液化石油燃气公交车发铁磁性材料制成。

当齿圈旋转时，齿顶与齿隙轮流交替对向磁芯，当齿圈转到齿顶与传感头磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最小，由永久磁芯产生的磁力线就容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就强，如图（5）（a）所示;而当齿圈转动到齿隙与传感磁芯相对时，传感头磁芯与齿圈之间的间隙最大，由永久磁芯产生的磁力线就不容易通过齿圈，感应线圈周围的磁场就弱，如图（5）（b）所示。

此时，磁通迅速交替变化，在感应线圈中就会产生交变电压，交变电压的频率将随车轮转速成正比例变化。

电子控动机点火系统工作原理和控制方法，结合发动机上各种传感器的电信号利用单片机设置的程序对发动机进行精确的点火时刻控制。

4、利用MATLAB仿真软件对发动机进行实验分析发动机动力性，主要为确定发动机功率、扭矩及燃气消耗率，并以公交车为对象进行各档位运行状况仿真，以验证LPG高能异步双点火发动机的实际效果。

关键词：

LPG公交车发动机，快速燃烧系统，电控点火系统

Abstract

Sincethe21stcenturyduetothedoublepressureofenergyandenvironment,strengthentoreplacepetroleumfuels,fuelgasdevelopmenttocleanfuelforcarswithlowemissionszerodischargecurrentandfutureworldhasbecomeoneofthemajorproblemsfacing.HighoctanefuelgasLPGalternativessuchaswidelyapplied.Thekeyproblemisfacinginj.theconditionstoimprovetheignitionsystem,electricalfireperformanceandreliabilityofwork,soastoimprovetheefficiencyandreducetheemissionsoftheengine.Therefore,thesubjecttofawCA6GH-LsinglefuelengineignitioncontrolLPGsystemastheresearchobject,byemsform,fromthechemicalproperties,LPGengineignitionsysteminthestudyofLPGengineperformance,theinfluenceofdifferentconditionsinthecurrentthroughthestabilitycontrol,realizingtheignitionandinjectiontimetoimprovethereal-timeoptimizationengineperformanceexistingLPG.

1、inordertofurtherenhancetheignitionsystem,theelectricalactivitycanworkandthesafetyandreliabilityoftheconsiderationofelectronicignitionsystem,thedesignofelectronicignitionAngleclosure,primaryloopcircuitcontrolledfunctionresistancecontrolcircuit,parkingelectricityprotectivecircuitandcontrolcircuitistheprimarycurrentstability.

2、thedesignrequirementsofhigh-energysparkrapidburningsystemofdouble.Thenewsystemincludescylinderhead（fireboxcompressionratio,doublesparkposition,thecombustionchamberairfloworganization,etc.）,twosetsofindependentvariableignitionenergyhigh-energyignitionsystem.Throughtheelectroniccontrolunit（ECUandcontrolstrategyaccordingtothecondition,providesenginevariablesynchronousandasynchronousdoublesparkignition.

3、LPGliquefiedpetroleumgasbusengineignitionsystemworkingprincipleandcontrolmethods,combiningvarioussensorsignalsonenginemicrocontrollerprogramtosettheprecisemomentengineignitioncontrol.

4、useMATLABsimulationsoftwaretoengineforexperimentalanalysistodeterminethepower,themainenginepower,torqueandgasconsumptionbybus,andforeachgearoperationconditiontoverifythesimulationofLPGhigh-energyignitionengineasynchronousdoublethe.

Keywords：

LPGrapidfireengines，Fastcombustionsystem，electronicignitionsystem

摘要..............................................................................................................................................Ⅰ

Abstract.......................................................................................................................................Ⅱ

第一章绪论....................................................................................................................................1

1.1引言.......................................................................................................................................1

1.2LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的设计目的和意义......................................1

1.3LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的设计内容..................................................2

1.3.1研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的原理及其控制方法......................2

1.3.2研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统硬件与软件的设计与开发..............2

1.3.3设计与绘制LPG液化石油气公交车发动机点火系统的典型机械结构图..................3

1.3.4研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的计算机仿真与分析......................3

1.4本章小结..................................................................................................................................4

第二章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的原理及其控制方法...................5

2.1基于CA6GH-L电控LPG单燃料发动机点火系统的工作原理及其控制方法................5

2.1.1CA6GH-L电控LPG单燃料发动机点火系统的工作原理及其控制方法....................5

2.1.2LPG发动机点火系统系统的组成与基本原理...............................................................7

2.1.3LPG发动机电子点火系统系统的组成与基本原理.......................................................8

2.1.4微机控制点火系统点火提前角的确定............................................................................9

2.1.5发动机爆震的控制过程..................................................................................................11

2.1.6基于微机控制发动机高能异步双点火系统控制方法的提出......................................12

2.2CA6GH-L电控LPG单燃料发动机点火系统的闭环控制的原理...................................14

2.3本章小结...............................................................................................................................15

第三章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统硬件的设计与开发.......................17

3.1基于CA6GH-L电控LPG单燃料发动机的系统结构原理...............................................19

3.1.1发动机的选择..................................................................................................................20

3.2基于CA6GH-L电控LPG单燃料发动机点火系统的硬件设计.......................................21

3.2.1LPG发动机电子点火系统的磁感应信号发生器的组成及工作原理..........................22

3.2.2LPG发动机电子点火器电路的设计与开发..................................................................24

3.2.3LPG公交车发动机燃烧室的选择原则及其特性..........................................................26

3.2.4点火方式对LPG公交车发动机的燃烧过程的影响......................................................27

3.2.5火花塞位置优化及高能点火的优点..............................................................................29

3.2.6ECU的硬件结构设计......................................................................................................30

3.3设计与绘制LPG公交车发动机点火系统的典型机械结构图.........................................33

3.3.1LPG发动机点火系统总电路图的目的和意义..............................................................33

3.3.2LPG发动机点火控制系统电路图的目的和意义..........................................................33

3.3.3LPG发动机燃烧室的组成与尺寸的选择......................................................................34

3.3.4燃烧室的设计和CAD图纸的绘制.................................................................................34

3.4本章小结.................................................................................................................................34

第四章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统软件的设计与开发.....................36

4.1LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统软件的结构原理..........................................36

4.2单片机MC9S12DP256程序设计.......................................................................................37

4.3ECU的控制软件设计 .........................................................................................................38

4.3.1程序流程图......................................................................................................................38

4.3.2系统软件的功能..............................................................................................................39

4.3.3输入捕捉和输出比较的中断服务程序..........................................................................39

4.3.4程序算法说明..................................................................................................................41

4.3.5程序以及分析..................................................................................................................42

4.4本章小结...............................................................................................................................42

第五章研究LPG液化石油燃气公交车发动机点火系统的计算机仿真与分析.................44

5.1MATLAB软件的介绍..........................................................................................................44

5.2基于CA6GH-L电控LPG单燃料发动机点火系统的仿真实验目的..............................44

5.3基于CA6GH-L电控LPG单燃料发动机点火系统仿真实验选用的实验装置….…….45

5.4CA6GH-L电控LPG单燃料发动机不同工况下的点火实验分析...................................45

5.4.1LPG高能异步双点火发动机外特性曲线的仿真计算.................................................45

5.5LPG高能异步双点火发动机与原柴油发动机动力性仿真对比......................................49

5.6LPG高能异步双点火发动机的燃气消耗率仿真实验分析..............................................50

5.7总结.......................................................................................................................................52

第六章总结................................................................................................................................53

参考文献........................................................................................................................................55

致谢................................................................................................................................................56

附录1............................................................................................................................................57

附录2............................................................................................................................................65

第一章绪论

1.1引言

21世纪以来由于能源和环境的双重压力，加强以气体燃料取代石油燃料，开发以清洁燃料为主导的低排放和零排放汽车已成为各国当前及今后面临的主要问题之一。

其中液化石油气（LiquefiedPetroleumGas，LPG）作为当今世界应用最为普及的清洁代用燃料，是现阶段最为现实和技术上比较成熟的石油代用燃料，LPG公交汽车以其低排放、节能等优点受到世界各国的高度重视，作为发展LPG公交汽车的关键技术之一的是要提高汽车的动力性、排放性和经济性。

目前制约LPG公交汽车推广的最大瓶颈是发动机的动力性和排放性。

在目前电控LPG发动机技术水平下，通过改进发动机点火控制系统，可以有效地利用液化石油气，提高发动机寿命，降低整车的使用成本。

未来的汽车控制系统都以基于网络化的电子控制设备为载体，因此，对点火控制系统的研究能为LPG公交汽车的进一步发展积累经验，对我国国民经济和科技的提高有着重大的意义。

LPG公交汽车点火系统的研究主要集中在两个方面，一个是研究LPG在发动机中的燃烧过程对发动机动力性和排放性的影响，另一个合理的点火系统结合发动机在不同工况下的稀薄燃烧条件，通过空燃比和点火时刻的优化调整，达到理想的动力性和排放性的要求。

这两个问题一直是LPG公交汽车点火系统中最复杂的问题，本文