【導讀】為了減少石油等燃料的消耗，改善環(huán)境狀況，尋求清潔能源汽車迫在眉睫?；癁闄C械能對外輸出?？諝鈩恿Πl(fā)動機無燃燒過程，不消耗化石燃料，噪音小，響空氣動力發(fā)動機性能的一些運行因素。個小型的發(fā)電機作為空氣動力發(fā)動機的負載進行測功。發(fā)動機本身的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性問題，使得本測功系統(tǒng)尚不能測出確定的電功率。分累加的方法得到電功率。

　　

【正文】 7 產(chǎn)生以上問題的原可能由于以下幾點因素： （ 1）氣動發(fā)動機本身就是一缸機，工作的不平穩(wěn)性較大，轉(zhuǎn)速波動大； （ 2）進氣管較長，空氣動力發(fā)動機工作時，進氣管內(nèi)形成一定頻率的壓力波，進氣壓力一直波動，影響發(fā)動機的功率輸出； （ 3）如果發(fā)電機作為負載 ，由氣動發(fā)動機驅(qū)動時，阻力較大，發(fā)動機不能正常工作，發(fā)動機的排氣沖程是靠飛輪的慣性到達上止點，如果進氣提前角增大，也會影響發(fā)動機的正常工作。 發(fā)動機加上皮帶后轉(zhuǎn)速較低，改變進氣提前角，轉(zhuǎn)速變化不大。當進氣提前角從 5176。變?yōu)?50176。左右時，發(fā)動機停止工作。 相應轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，經(jīng)過剔除不合理的數(shù)據(jù)，進行簡單地處理，可用 VB軟件求出轉(zhuǎn)速平均值，作出相應的轉(zhuǎn)速變化趨勢圖，其界面如下： 圖 轉(zhuǎn)速的處理 加上皮帶后，平均轉(zhuǎn)速為 178r/min，剛啟動時進氣提前角較小，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，通過增加進氣提前角，轉(zhuǎn)速緩慢增加。 本章小結(jié) 本章對試驗臺架各部件作了簡要的介紹，對發(fā)電機的原理和選擇進行了分析，對實驗的進展和所遇到的問題及其原因作了分析。河北工業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)論文 28 4 測功系統(tǒng)的改進 由于本課題改裝的空氣動力發(fā)動機本身的不穩(wěn)定所造成的測功問題無法消除。為了進一步減小發(fā)動機的轉(zhuǎn)動阻力，我們可以重新選擇一種非永磁的小型發(fā)動機，可通過減小勵磁線圈的電流以減小轉(zhuǎn)動阻力。然而本課題要測出發(fā)動機所輸出的波動功率，必須測出發(fā)電機波動的電功率。從多方面考慮，利用積分累加的辦法得到發(fā)電機的輸出功率是一種最可行的辦法。 電功率積分累加測量法的 基本原理 由于本課題所測的空氣動力發(fā)動機是單缸發(fā)動機，所產(chǎn)生的功率波動較大，不能用常規(guī)的測功儀器測量。如果用萬用表測量電功率，其讀數(shù)會一直變化，無法讀出。要得到平均的電功率，只能測出一段時間所做的功，然后通過計算得出。測一段時間的功，可以通過測出電阻的發(fā)熱量，即該段時間內(nèi)的電功。但是由于其測量精度不高。我們最終采用單片機測量一段時間電流所做的功，采用微機控制的采樣疊加法測量。 計算平均電功率的基本公式為： dtiuTp iT i??01 式中 iu 和 i 為電壓和電流的瞬時值， T 是 u 和 i的共同周期。發(fā)動機產(chǎn)生的電流時任意波形的，沒有固定的解析式來計算，從數(shù)學分析上來看，這個積分是t? 趨于 0時 ii iu? 的和的極限 ： tiuTdtiuTp jNj itiTi ??? ?? ??? 100l i m11 式中 N 是周期 T 中總的采樣和疊加求和的次數(shù)， ? t 為每兩次采樣的時間河北工業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)論文 29 間隔。 當 ? t→ 0， N ?? 且 T = N? t ，上式可改寫為： jNj jiuNp ???11 如果利用微機對波動的信號進行采樣，只能夠進行有限次求和。即使微機再快速的采集，在實際的測量中，也不可能實現(xiàn)數(shù)學上理想地 t? → 0 和 ??N 的要求，只能 根據(jù)具體實驗的要求，在允許的誤差范圍內(nèi)，選擇合適的采樣速度 [21]。 當波動信號 )(tXa 為有限次諧波，其最高諧波次數(shù)是 L，則只要在一個周期內(nèi)等間隔地對 )(tXa 進行采樣，使周期 t? 剛好等分信號周期 T，而且如果在一個周期內(nèi)的采樣次數(shù) N 比 L大（即 tTN ?? L），則 N 次求和與積分的實際結(jié)果相等，亦即存在如下的等式： ?? ??? 100)(1)(1 NnTa nXNdttXT 由實驗情況可得被測空氣動力發(fā)動機加上皮帶的轉(zhuǎn)速最高不超過500n/min，則發(fā)電機的輸出電流的周期約為 120ms。在 1個工頻周期內(nèi)至少等間隔采集 10 個點，采樣周期可以大致確定為 12ms。，可得采樣頻率為 ?？赏ㄟ^單片機設置每隔 12ms 采樣一次，即可較為精確的得到功率的在變化情況，通過計算，從而都得到精確的平均功率。 電功率測量單元的設計 測功電機產(chǎn)生的電流經(jīng)過降壓后，電壓變?yōu)?A/D轉(zhuǎn)換器可識別操作的 0~+5V電流。電壓的模擬量經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量，再由按鍵等控制單片，將所測到的電壓存入外部的 RAM 中。經(jīng)過軟件的處理，最終算出空氣動力發(fā)動機的平均功率。 河北工業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)論文 30 圖 電功率測量單元 A/D 轉(zhuǎn)換器基本原理簡介 A/D 轉(zhuǎn)換器即 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ，把 模擬信號轉(zhuǎn) 變 成數(shù)字信號的電路 。 A/D 轉(zhuǎn)換 即是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號 。A/D 轉(zhuǎn)換 通常 要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼 4 個過程。 A/D 轉(zhuǎn)換可以分為 逐次逼近法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法、雙積分法 三種方法。本系統(tǒng)所涉及到的 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片采用 PCF8591。 PCF8591 是單片、單電源， 8 位 CMOS 數(shù)據(jù)采集器件，功耗較低，有 4 個模擬輸入、一個輸出、一個串行 I2C 總線接口。 3 個地址引腳 A0、A1 和 A2。器件的地址、控制和數(shù)據(jù)通過兩線雙向 I2C 總線傳輸。該 A/D 轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術(shù)，由 一個比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、控制邏輯電路及緩沖寄存器組成 ，如圖 所示。 逐次逼近法 的 基本原理是從高位到低位逐位試探比較 ，其 轉(zhuǎn)換過程是：初始化時 把 逐次逼近 的 寄存器各位 都 清零；轉(zhuǎn)換開始時， 將片內(nèi) D/A 轉(zhuǎn)換器輸入1000 0000，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器， 記作 Ｖ o，與 A/D 轉(zhuǎn) 換器的輸入電壓，即 待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖ i進行比較， 如果 Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清 零 。 再向 D/A 轉(zhuǎn)換輸入 1100 0000，Ｖ o 再與Ｖ i比較， 如果 Ｖ oＶ i，該位 1 被保留，否則被清 零 。重復此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換 過程 結(jié)束后，將逐次逼近寄存器 里 的數(shù)字量送入緩沖寄存器， 最終 得到數(shù)字量的輸出 。 河北工業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)論文 31 圖 A/D 轉(zhuǎn)換器原理圖 本章小結(jié) 本章介紹了用單片機累加積分的方法測量發(fā)電機波動的輸出電功率，簡單的分析了其測量原理和大體設計思路。由于時間有限，沒有對電壓測量的相關(guān)程序進行編寫，積分方法沒能用于實測。河北工業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)論文 32 5 全文總結(jié)及工作展望 內(nèi)燃機的出現(xiàn)推動了社會的快速發(fā)展，同時也帶來了能源和環(huán)境上的各種問題?？諝鈩恿Πl(fā)動機作為一種新型的“零排放”發(fā)動機，在國內(nèi)外逐漸引起人們的重視。本文是對一車用壓縮機改裝的空氣動力發(fā)動機測功，主要介紹了在測功系統(tǒng)的設計中的一些探索。 本文所做的主要工作是： 工圖進行分析，分別改變發(fā)動機的進氣壓力、進氣提前角、進氣持續(xù)角和轉(zhuǎn)速，用熱力學知識分析發(fā)動機功率等性能的變化規(guī)律。理論上的分析可以指明實驗的研究內(nèi)容和方向，對實驗的結(jié)果進行簡單的預測。 ，選擇了一個小型發(fā)電機作為發(fā)動機的負載，并在發(fā)電機的輸出端接上負載電路，改變電路中的滑動變阻器滑片位置，可以調(diào)節(jié)負載的大小。 ，對測功系統(tǒng)的測量電功率部分做了簡單的設計，但是由于時間有限，沒有對具體的軟件進行編寫，沒有完成最終的功率測量。 對于該發(fā)動機 的測功系統(tǒng)還需要做的工作或者還需要改進的地方有： 該測功系統(tǒng)，對發(fā)電機輸出的電功率的測量是本實驗的關(guān)鍵。對于不穩(wěn)定的電壓的測量，采用單片機采樣累加計算可以得到，而且單片機積分計算波動電功率也是最為可行的一種方法。發(fā)動機進排氣是通過 51 系列單片機中的 AT89S52單片機 作為 ECU 控制的，電功率的測量可以用同一個單片機進行控制信號采集，相應的程序也需要整合到一起。其編程工作很復雜，由于時間有限沒有對程序進行設計。 為了進一步減小發(fā)動機加上發(fā)電機負載后運轉(zhuǎn)的阻力，增大啟動的穩(wěn)定性，可以采用轉(zhuǎn)動阻力較小的發(fā)電機。若 采用非永磁發(fā)電機，則可以適當減小勵磁電流以減小阻力，從而使增加轉(zhuǎn)速。 河北工業(yè)大學 20xx 屆本科畢業(yè)論文 33 參 考 文 獻 [1]馬艷麗 ,高月娥 . 我國未來汽車保有量情景預測研究 [J]. 公路交通科技 ,20xx,01:121125. 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