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原文传递甲醇/柴油双燃料发动机控制软件开发与性能研究

论文题名：	甲醇/柴油双燃料发动机控制软件开发与性能研究
关键词：	甲醇/柴油双燃料;双燃料发动机;控制软件;模块化设计
摘要：	人们在享受内燃机带给世界方便的同时，能源问题和环境问题日益严重。内燃机的主要能源是储量有限且不可再生的石油，然而传统内燃机排放大量的有害气体到空气中，特别是表现出“trade-off”关系的颗粒物和氮氧化物，很难同时降低这两类排放物。通过对传统内燃机进行改装，添加清洁能源甲醇参与燃烧，可以改善发动机的热效率和排放性能，具有广阔的应用前景。为此，甲醇/柴油双燃料发动机控制软件研究具有一定的理论意义和实际应用价值。　　本文在一台直列四缸高压共轨柴油机上，对原机硬件进行改装，并加装甲醇供给系统，在此基础上设计开发甲醇/柴油双燃料发动机控制软件，通过单元测试和系统测试，并搭建双燃料发动机试验台架，验证双燃料电控系统控制稳定可靠，并对双燃料发动机的性能和排放特性进行试验研究。　　基于模型的设计开发理念和模块化设计思想，按照汽车电子行业广泛采用的V字型开发流程，设计开发一套甲醇/柴油双燃料发动机控制软件，V字型开发流程包括需求分析，系统概要设计，软件设计，代码生成，单元测试，集成测试，系统测试和台架试验验证。首先根据条件确定双燃料电控系统设计需求，然后确定系统总体方案为进气道多点顺序喷射。接下来对控制软件进行设计，将控制软件模型划分为数据管理模块、工况判断模块、发动机管理模块和执行模块，分别用于管理传感器数据、工况迁移判断、计算执行器参数和驱动执行器工作。设计甲醇停缸策略改善发动机小负荷下的性能；设计替代率控制策略改善传统发动机急加速工况时缸内局部缺氧的情况。为实现“控制替代率”的需求，采用双燃料控制单元输出模拟量信号模拟原机油门位置信号间接控制柴油喷射。　　在完成双燃料电控系统控制软件设计后，进行一系列测试以验证软件功能正确，测试步骤包含单元测试、系统测试和最终的台架试验。对软件各功能模块进行单元测试，编写测试用例和自动化测试脚本，单元测试的结果验证各功能模块可以正确执行功能。系统测试用于测试整个系统功能的正确性，将模型自动生成代码，烧录至控制器，再与系统中其它部分连接，系统测试结果表明双燃料电控系统功能正确，多缸均匀性良好，足以进入台架试验阶段。　　台架试验结果表明，双燃料电控系统控制精确稳定，可以满足系统设计需求，相较于纯柴油模式，双燃料发动机在大负荷下具备更加优良的经济性能，有效燃料消耗率降低最明显的工况下双燃料模式比纯柴油模式低4.98%，Soot和NOx排放有所降低，而HC和CO排放比纯柴油略大。小负荷下，运用甲醇停缸策略，明显降低发动机的有效燃料消耗率，并且排放指标总体上也得到了改善。急加速工况下，通过双燃料模式控制算法，双燃料发动机更快满足油门踏板变化产生的加速需求。
作者：	房晟
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	李捷辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021