四冲程发动机怠速阀控制器设计毕业论文
2020-04-15 17:41:32
摘 要
本文的研究对象为某型四冲程发动机，其为机械式怠速调整机构，控制方法为通过调整螺钉来控制，但这种控制方法很难使发动机在各种不同的条件下都保持怠速稳定，故要将其改装为电控式，通过在原发动机上加装一个步进电机式怠速阀来实现，从而来完成各种不同条件下都能实现发动机怠速稳定控制的目的。
本文先简明扼要地介绍了发动机怠速控制的目的、意义、国内外研究现状及发展趋势，以分析某型四冲程发动机怠速控制要求为基础，并在此基础上加装了一个步进电机式怠速阀，并准备采用单片机STM32来实现控制的功能，设计了基于单片机STM32的软件模块和硬件电路，进行了一系列实验，其中包括发动机冷起动及怠速实验，得到了很多实验数据，由实验数据得出的实验结果表明，此怠速控制器可以使发动机在各种不同条件下保持怠速稳定，稳定可靠，发动机的怠速控制这一要求可以得到满足。
关键词：怠速 发动机 控制器 STM32
Design of Idle Valve Controller for Four Stroke Engine
Abstract
The research object of this paper is a four-stroke engine, which is a mechanical idle adjusting mechanism. The control method is to adjust the screw. But this control method can hardly keep the engine idle stable under various conditions. Therefore, it is necessary to refit the engine into an electronic control mode by installing a stepping motor idle valve on the primary engine, so as to complete all kinds of tasks. The goal of idle speed stability control can be achieved under different conditions.
This paper first briefly introduces the engine idle speed control of the purpose, significance, research status and development trend at home and abroad, with analysis of a certain type of four-stroke engine idle speed control requirements, and on this basis, adding a stepper motor type idle valve, and prepared by single chip micro-computer STM32 to realize the control function, design based on single chip microcomputer STM32 software module and hardware circuit, a series of experiments, including engine cold start and idle speed experiment, got a lot of experimental data, the experimental results show that the obtained from experimental data This idling controller can make the engine in various conditions to maintain the idling stability, stability and reliability, the engine idling control requirements can be met.
Key words: Idle speed;Engine;Controller;STM32
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1概述 1
1.2 国内外研究现状及发展趋势 3
1.2.1 怠速控制在实际生产中的应用 4
1.2.2怠速控制的理论研究 5
1.3怠速控制研究的意义 6
1.4 本文研究的主要内容 7
第二章 发动机怠速控制原理 9
2.1 怠速阀结构及原理 9
2.2 STM32基本功能 13
2.2.1 STM32简介 13
2.2.2 STM32的系统架构 14
2.3 Keil软件介绍 17
2.4 Altium Designer软件介绍 17
第三章 怠速阀控制器设计 19
3.1 怠速阀控制方式 19
3.2 硬件设计 20
3.2.1 单片机最小系统设计 20
3.2.2 怠速阀驱动电路 22
3.2.3 转速信号转换电路 24
3.2.4 RS232串口通信电路 26
3.3 程序设计 27
3.3.1 初始化程序 27
3.3.2 步进电机正反转程序 27
3.3.3 按键动作控制程序 29
3.3.4 串口通信控制程序 30
第四章 怠速阀控制系统的试验验证 33
4.1 实验测试设备 33
4.2 监控界面 33
4.3 发动机实验结果及分析 34
第五章 总结与展望 37
5.1 全文总结 37
5.2 课题展望 37
5.3 成本估算 38
参考文献 39
致谢 41
第一章 绪论
1.1概述
对于汽车发动机来说，电子控制是很重要的一部分，而怠速控制是电子控制中重要组成之一，其功能就是在不需要人为的干预下，可以按照预定程序在既定的情况下使发动机在怠速时以一个稳定的转速运转。怠速控制系统由不同
表1-1 怠速控制系统组件和功能
组 件 | 功能 | |
传 感 器 | 转速传感器（Ne信号） | 检测发动机转速 |
节气门位置传感器 | 检测发动机处于怠速状态 | |
冷却液温度传感器 | 检测发动机冷却液温度 | |
起动开关信号 | 检测发动机正在起动中 | |
空调开关（A/C信号） | 检测空调的工作状态（ON、OFF） | |
车速传感器 | 检测车速 | |
空挡起动开关信号（P/N） | 检测换挡手柄位置 | |
液力变矩器负荷信号 | 检测液力变矩器负荷变化 | |
动力转向开关信号 | 检测动力转向工作状态 | |
发动机负荷信号 | 检测发动机负荷的变化 | |
执行器 | 怠速控制阀（ISC） | 控制节气门旁通空气通道 |
ECU | 根据从各传感器输入的信号，把发动机的实际转速与各传感器输入的信号所决定的目标转速就行比较。根部比较得出的差值，确定相当于目标转速的控制量，去驱动控制空气量的执行机构，使怠速转速保持在目标转速上。 | |
种类的传感器、执行器和电控单元组成。其具体组件以及各自功能如表1.1所示。
发动机怠速工况是指其不对外输出对车轮做功时以最低稳定转速运行的状态[1]。发动机有起动、暖机、加速、减速、电控负载等运行工况，种类较复杂，其中很多工况都会引起怠速转速的变化。运行工况一般来说有两种，有稳定的，也有相对稳定的，分别是稳定工况和过渡工况。对于前面一种工况而言，发动机已经完全加热至适当温度，节气门的开度保持在一定位置，转速和负荷一般都很稳定，不会产生突然性波动。而对于过渡工况而言，发动机在运行过程中，它的基本参数会不间歇地改变。对应的稳定工况有小负荷和大负荷等工况，而对应的过渡工况有冷机起动和急加减速工况等。
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