摘 要

随着越来越严格的排放法规要求，提高柴油机燃烧效率、降低氮氧化合物和颗粒污染物的排放已经变成一个亟需解决的问题，利用高压喷雾容弹研究喷油情况和燃烧特性就是其中的方法之一，容弹控制系统的设计与开发对于容弹系统是非常重要的一部分。

本文通过选取80C52单片机作为控制系统的控制芯片，利用控制芯片完成对点火控制系统、温度采集系统、配气系统、供油系统和纹影系统的控制。点火控制系统通过IGBT模块进行功率放大实现了利用小电流控制点火线圈充电后给火花塞点火，延时程序的编写延长初级点火线圈的充电时间，保证了点火的成功率；温度采集系统利用TDA2030功率放大器实现了对预混气温度变化精确的显示，并利用Proteus仿真软件与Keil编程软件结合，对点火控制系统电路图和温度采集系统电路图进行仿真，仿真结果显示所设计的电路图均满足系统要求；配气系统通过单片机控制电磁阀的开启和关闭实现了乙烯、氮气和氧气按比例配比；供油系统利用高压共轨系统实现了储存稳定压力的高压油并通过电子控制单元调整喷油参数来控制电控喷油器的喷油量和喷油时间，使得喷油过程易于控制，喷油精度更加高；纹影系统通过时序控制实现了高速摄像机拍摄的准确性。

本文设计的高压喷雾容弹控制系统经过计算和仿真显示，能实现各个小系统的功能，可以控制高压容弹正常运作，对于下一步研究喷油特性具有重要的意义。

关键词：高压容弹；点火控制系统；温度采集；电控系统

Abstract

As more and more stringent emission regulations, improve the diesel engine combustion efficiency and reduce nitrogen oxides and particulate emissions of pollutants have become a need to solve the problem, using the high pressure fuel injection spray, let play research situation and the combustion characteristic is one of the methods, let play the control system design and development for the elastic system is a very important part of it.

In this paper, by selecting 80C52 microcontroller as the control chip of the control system, the control chip is used to control the ignition control system, temperature acquisition system, gas distribution system, oil supply system and schlieren system. The ignition control system USES IGBT module for power amplification to control the ignition of spark plug after charging the ignition coil. The writing of delay program prolongs the charging time of the primary ignition coil and ensures the success rate of ignition. The temperature acquisition system USES TDA2030 power amplifier to realize the accurate display of premix temperature degree change, and the Proteus simulation software is combined with Keil programming software to simulate the ignition control system circuit diagram and the temperature acquisition system circuit diagram. The simulation results show that the circuit diagram designed meets the system requirements. The distribution system realizes the proportional ratio of ethylene, nitrogen and oxygen through the single-chip microcomputer controlling the opening and closing of the solenoid valve. The oil supply system USES the high pressure common rail system to store the high pressure oil with stable pressure, and through the electronic control unit to adjust the injection parameters to control the amount of oil and the injection time of the electronic injector, so that the injection process is easy to control and the injection accuracy is higher. Schlieren system achieves the accuracy of high-speed camera shooting through timing control.

The high pressure spray bomb capacity control system designed in this paper, through calculation and simulation, can realize the function of each small system and control the normal operation of high pressure bomb capacity, which is of great significance for the next study on the characteristics of oil injection.

Key words: high pressure bomb; ignition control system; temperature acquisition; electronic control system

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现况 1

1.3 高压容弹控制系统 2

1.4 本文研究的基本内容 3

第二章 点火控制系统 4

2.1 工作原理 4

2.2 电路图设计 4

2.3 电路图仿真 7

2.4 本章小结 8

第三章 温度采集系统 9

3.1 工作原理 9

3.2 热敏电阻 10

3.3 A/D转换器 10

3.4 电路图及仿真 11

3.5 本章小结 12

第四章 配气、供油与纹影系统 13

4.1 配气系统 13

4.1.1 工作原理 13

4.1.2 电磁阀驱动电路设计 14

4.2 供油系统 15

4.2.1 高压共轨系统 15

4.2.2 喷油器 16

4.3 光学纹影系统 16

4.4 本章小结 16

第5章 全文总结及展望 17

5.1 总结 17

5.2 设计不足与展望 17

参考文献 19

致 谢 21

第一章 绪论

1.1 研究背景

近些年，随着我国工业迅速的发展，环境与能源问题逐渐成为制约我国可持续发展的重要因素。我国汽车保有量逐年增加，为人们提供便利生活条件的同时带来了严峻的环境污染问题，其中汽车发动机所产生的颗粒物排放对大气造成的巨大影响^[1]，因此解决发动机的排放问题，研究高效率低排放的大气友好型发动机迫在眉睫。柴油机的排放污染大于汽油机，导致我国柴油机市场份额较小，但采用高压缩比的柴油机燃烧效率高于汽油机。当今越来越严格的排放法规要求、对高效率低排放柴油机的需求以及石油等天然资源的枯竭，市场对于传统的柴油机已经不再满足，因此人们对传统柴油机进行了改进^[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、具有强劲的动力性和较高的天然气替代率等^[3][4]。在经过计算实验后可以将两种燃料按照计算后的比例混合，使其燃烧更加充分，污染物减少，大大降低了碳烟的生成。而提高柴油机的排放标准和燃油燃烧效率最重要的因素的研究喷油特性，燃料的喷雾特性对于柴油机的排放影响很大，因此研究燃油的喷雾特性对于减少柴油机污染物的排放具有重要意义^[5]。

1.2 研究现况

柴油机的喷油雾化与蒸发燃烧过程是一个复杂的过程，因此对其进行系统的准确的描述是一个非常困难的工作。为了测试并优化柴油机的性能，需要进行大量的柴油机喷雾燃烧试验。传统发动机试验台做的试验主要的测量量有缸内压力、转速以及温度、油耗、负荷、冷却水温等发动机参数^[6]。这些参数只能部分描述发动机的运行工况以及缸内平均温度及压力，无法精准描绘喷雾燃烧状况及缸内气体温度和压力的空间分布等，对于燃油的喷射、燃烧及燃烧后产物的生成等过程的研究不够方便，因此新型的燃烧实验设备需要被设计用来进行燃油喷雾燃烧试验研究^[7]。

现在被内燃机行业、各大高校和研究机构广泛使用的燃烧试验设备主要有透明引擎、快速压缩机和燃烧容弹。首先Sandia 国家实验室是稍早期研制燃烧实验设备的机构，其开发设计的透明引擎比较成功，被研究机构所采用比较多，透明引擎的优点是与真实的发动机仿真度很高，相对于传统单缸发动机，透明引擎只在其缸盖上有所不同，透明引擎采用透明缸盖便于观察燃烧情况，但是由于缸内工作环境复杂，不可控量多，不利于实验的控制变量研究和多次重复实验，燃烧后产生的烟雾与杂质会对实验产生较多影响，一定程度上限制了基础的喷雾研究。被采用较多的双活塞快速压缩机是由威尔士大学的 Sinead 等人研制，这是一种需要依靠外力压缩活塞，相对于透明引擎，其具有容易控制实验参数，能够更加精准的控制变量实验，但其也有许多缺点，因其结构限制，在快速压缩机上面安装实验所需传感器与点火装置比较困难，试验的周期长也使其推广应用存在一定的局限性。