高压喷雾容弹控制系统设计与开发开题报告

全文总字数：4764字

1. 研究目的与意义（文献综述）

如今, 环境与能源问题随着我国不断的城市化及工业化日益突出，人们生活水平的提高，使得汽车保有量迅猛增长，不可避免地带来了石油短缺及尾气排放等问题，使得能源与环境形式越来越严峻。因此不断研究开发高效低耗和低排放的发动机具有重大意义。柴油机的热效率比汽油机高，但由于排放及噪音等问题，在国内的占有率不及汽油机。当今愈趋严格的排放法规要求、对高性能柴油机的需求以及化石能源的枯竭，传统模式的柴油机已经不能满足市场的需求，因此人们对传统柴油机进行了改进^[1][2]。双燃料柴油机极大的改善了传统柴油机的缺点，具体的优点表现为经济型好，两种燃料可按合理的配比燃烧，在保证柴油机功率和转速的同时废气的排放低，颗粒物排放少，大大降低了碳烟的生成^[3]。而喷雾特性是关系燃油消耗及尾气排放的关键因素，因此研究柴油机的电控喷油及测试燃油的喷雾特性对柴油机的推广具有重要意义。

柴油机的喷雾雾化、蒸发燃烧过程是一个非常复杂的过程，对其进行系统准确的描述是一个非常困难的工作。为了测试、优化柴油机的性能，需要进行大量的柴油机喷雾燃烧试验。传统的发动机试验是在发动机试验台上进行的，主要测量量有缸内压力、温度以及转速、负荷、油耗、冷却水温等参数。这些参数只能宏观的描述发动机的运行工况及缸内平均压力及温度，无法准确描绘喷雾燃烧状况及缸内气体压力和温度的空间分布等。为了深入研究燃油的喷射、雾化、着火燃烧、碳烟生成等过程，需要开发研制新型的燃烧实验设备进行喷雾燃烧试验研究^[4]。目前各国内燃机行业、高校及研究所广泛使用的燃烧试验设备主要有燃烧容弹、快速压缩机、透明引擎等。sandia 国家实验室早期研制的透明引擎结构被很多试验研究所采用，这种装置是通过在传统的单缸试验机缸盖上设计改造出光学通道改造而成，与真实发动机仿真度高，但是由于缸内环境复杂，不利于试验参数的可控性和可重复性，而且缸盖上增设的光学通道视域有限，对于基础的喷雾研究收到一定的限制。威尔士大学的 sinead 等人设计的一种双活塞快速压缩机是一种依靠外力压缩活塞，进行一次性喷雾燃烧试验的试验装置，这种装置可以比较精确的控制喷雾燃烧时的热力学参数，但由于受结构限制，传感器、喷油器的安装不是很方便，试验周期比较长，也存在一定的局限性。燃烧容弹是目前使用最广泛的燃烧试验研究设备，它设计自由度高，结构相对简单，可视化程度高，便于安装多种传感器以及各种辅助设备。

国内外研究学者已对燃烧容弹进行了一些研究，2006年timothy white 等人^[5]利用cfd 数值模拟方法和纹影法对天然气/柴油双燃料射流发展进行了研究。通过设计不同结构的双燃料喷射器，探究了两种燃料的喷射位置、喷射夹角等对射流混合过程的影响。

2. 研究的基本内容与方案

本课题以高压喷雾容弹的控制系统为研究对象，依据定容弹系统的各模块的功用，分析并确定数据采集及驱动控制的各项需求，在此基础上进行芯片的选取及控制系统的软硬件设计。在规划好芯片的底层结构后，研究控制系统中温度压力采集、配气电磁阀、喷油器电磁阀及点火驱动等各个模块的设计思路，其中供气系统、供油及喷油系统、点火系统、温控系统的设计是重要内容。且借助 Proteus工程软件，研究完成控制系统的设计。研究工作主要围绕高压喷雾容弹控制系统，主要研究目标是完成高压喷雾定容弹控制系统的开发与设计，利用控制系统的手段，更加方便的模拟研究柴油机高负荷状态下在高温高压环境中的柴油喷雾燃烧。

本次设计大体分四步走，第一步，经过对高压喷雾容弹系统的功用及各个子系统的文献调研分析，归纳出控制系统需要完成的任务；第二步，学习使用单片机编程，数字电路和模拟电路等基本知识；第三步，设计配气电磁阀驱动电路、喷油器电磁阀驱动电路、点火系统驱动电路以及温控系统驱动电路；第四步，运用Proteus软件平台对部分系统模块功能电路进行仿真。高压喷雾容弹控制系统的研究对的喷雾燃烧试验及喷雾燃烧特性研究具有重要的意义。（附件内有技术路线图）

3. 研究计划与安排

第1周：查阅文献，完成文献综述和开题报告，上交翻译材料；

第2周：制作ppt，进行开题报告汇报后学习单片机相关应用知识；

第3-6周：继续学习单片机应用、数字电路、模拟电路测量温度压力等的相关

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 林辉，定容燃烧弹的研制，青岛大学硕士学位论文，2009 年

[2]白小磊，基于定容弹的甲烷掺氢燃烧特性研究 [硕士学位论文] 北京工业大学工学

[3] 邓 鹏、黄荣华、张永林、马寅杰,一种预混燃烧加热式定容弹的研发华中科技大学学报 (自然科学版)