【正文】 最后感謝評審小組的老師們對本文的審閱。在此對黎蘇教授表示衷心的感謝。你們淵博的知識讓我深感欽佩，嚴謹扎實的學(xué)術(shù)作風以及寬以待人的胸懷將讓我受用終生。畢業(yè)設(shè)計是我們告別大學(xué)之前最后的考驗，半年的畢業(yè)設(shè)計使我受益匪淺。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。其編程工作很復(fù)雜，由于時間有限沒有對程序進行設(shè)計。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。，對測功系統(tǒng)的測量電功率部分做了簡單的設(shè)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。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(yù)測。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(shè)計中的一些探索。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。 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(shè)計思路。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。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Ｖo，與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，即待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖi進行比較，如果ＶoＶi，該位1被保留，否則被清零。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。3個地址引腳A0、A1和A2。本系統(tǒng)所涉及到的A/D轉(zhuǎn)換器芯片采用PCF8591。A/D轉(zhuǎn)換通常要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼4個過程。 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。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。可通過單片機設(shè)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。當波動信號為有限次諧波，其最高諧波次數(shù)是L，則只要在一個周期內(nèi)等間隔地對進行采樣，使周期剛好等分信號周期 T，而且如果在一個周期內(nèi)的采樣次數(shù)N比 L大（即 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：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。當t→ 0， N且T = Nt ，上式可改寫為：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。計算平均電功率的基本公式為：式中和為電壓和電流的瞬時值，T是u和i的共同周期。但是由于其測量精度不高。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。 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。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。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。相應(yīng)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(yīng)的轉(zhuǎn)速變化趨勢圖，其界面如下： 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。變?yōu)?0176。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。主要的問題如下：（1） 發(fā)動機加上皮帶后，啟動較困難，啟動后轉(zhuǎn)速低且不穩(wěn)定；（2） 發(fā)動機運轉(zhuǎn)后，低壓燈泡一直閃爍不定；（3） 加上發(fā)電機負載后，會造成進氣提前角變化范圍變小，不能充分地描述發(fā)動機功率隨進氣提前角變化的特性；（4） 發(fā)動機發(fā)電電壓不穩(wěn)定，不能測出穩(wěn)定的電壓和電流，無法對發(fā)電機發(fā)電量進行計算。 實驗的進展及遇到的問題實驗臺架各部分固定和連接好以后，啟動氣動發(fā)動機，改變近期提前角等，觀察燈泡的亮度變化，然后用數(shù)字萬用表測出電壓，計算可得到電功率。改變空氣動力發(fā)動機的進氣提前角，進氣持續(xù)角，進氣壓力等使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩等發(fā)生變化，通過對轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩的測量和計算，記錄并作出相應(yīng)的性能曲線圖，從而可以得到被測空氣動力發(fā)動機的工作性能狀況。所以空氣動力發(fā)動機每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)速信號，該轉(zhuǎn)速信號為發(fā)動機旋轉(zhuǎn)一周的平均轉(zhuǎn)速。當發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞處于上止點位置時增量旋轉(zhuǎn)光電編碼器的Z相脈沖觸發(fā)單片機外部中斷INT0一次。 實驗臺架的搭建、厚10mm的鋼板的左側(cè)；增量式光電編碼器通過聯(lián)軸器與發(fā)動機曲軸聯(lián)接，用厚3mm的L型鋼片固定在實驗臺架基座上；發(fā)動機、穩(wěn)壓腔、壓縮機通過直徑為1/4英寸的高壓軟管聯(lián)接；發(fā)電機與發(fā)動機通過皮帶傳動，發(fā)電機是靠角鋼焊接的T形架，和形架固定；發(fā)電機尾部的兩個接線頭，有絕緣墊圈的接頭為正極，另一個為負極，通過導(dǎo)線和整流器連接，然后在接入負載電路。發(fā)電機產(chǎn)生的電流經(jīng)過整流器整流后變成直流電流（如果電壓的頻率太小則不能得到電壓恒定的電流），然后電流通過負載電路。負載電路由低壓燈泡和滑動變阻器組成。發(fā)電機是永磁恒壓發(fā)電機，采用了新磁性材料和特殊結(jié)構(gòu)，具有安裝方便，性能穩(wěn)定，接線方便，發(fā)電量大小隨轉(zhuǎn)速大小成正比關(guān)系。式中，為發(fā)電機的最大轉(zhuǎn)速，n為發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)速，Dm為飛輪外緣直徑，d為發(fā)電機皮帶輪外緣直徑。這里的計算可以借鑒同學(xué)對空氣動力學(xué)發(fā)動機循環(huán)仿真研究里面的結(jié)論和計算結(jié)果。在選擇發(fā)電機負載的時候還應(yīng)該考慮，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和發(fā)電的功率。 發(fā)動機的確定和基本參數(shù)該二沖程空氣動力發(fā)動機的排氣沖程中，活塞依靠飛輪的慣性上行，將氣體排到缸外，到達上止點進入下一個循環(huán)。由上面的公式可知，一個給定的發(fā)電機的電動勢只與發(fā)電機轉(zhuǎn)速和磁通量有關(guān)，通過改變轉(zhuǎn)速和磁通量即可控制電動勢。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，定子與磁場相對旋轉(zhuǎn)，從而使定子3相繞組切割磁力線從而產(chǎn)生電動勢。E、F端通電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如果是永磁發(fā)電機則不需要給E、F端通電。交流發(fā)電機按照總體結(jié)構(gòu)可分為五類：整體式交流發(fā)電機、帶泵交流發(fā)電機、普通交流發(fā)電機、永磁交流發(fā)電機、無刷交流發(fā)電機；按照整流器結(jié)構(gòu)可分為：六管交流發(fā)電機、八管交流發(fā)電機、九管交流發(fā)電機、十一管交流發(fā)電機；按照按磁場繞組搭鐵形式可分為外搭鐵型交流發(fā)電機和內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機兩類。空氣動力發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，測出發(fā)電機所發(fā)電功率，即可得到發(fā)動機的功率。使用壓力（Kgf/cm2）氣體：1液體：125最大耐壓力（Kgf/cm2） 60工作溫度范圍（℃）5~150℃使用電壓范圍177。電磁閥的具體參數(shù)如下表： 電磁閥基本參數(shù)適用介質(zhì)空氣、水、油動作方式先導(dǎo)式形式常閉型流量孔徑（mm）25CV值（m3/h）接管口徑（mm）139。通過ECU控制電磁閥的開閉，能夠方便和精確地控制進排氣門的開啟和關(guān)閉時刻，而且方便對配氣相位進行改變，從而可以研究發(fā)動機性能隨進氣提前角、進氣持續(xù)角等變化的特性。5%脈沖數(shù)360最高響應(yīng)頻率180kHz絕緣電阻100MΩ以上接收方式電纜輸出方式啟動扭矩耐沖擊50G以下最大轉(zhuǎn)速5000rpm重量約160克該編碼器在發(fā)動機能正常運轉(zhuǎn)中起著非常重要的作用，它將得到的上止點位置信號和轉(zhuǎn)速信號傳輸給ECU，ECU根據(jù)上止點位置信號判斷何時打開和關(guān)閉進排氣電磁閥，實現(xiàn)發(fā)動機的正常運轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)速/曲軸位置傳感器中，編碼器可以把角位移或者線位移轉(zhuǎn)換成為電信號。?㎡。而且原飛輪的重量輕，直徑也較小，使得飛輪的轉(zhuǎn)動慣量不夠，不能使飛輪很好地靠慣性通過上止點。進排氣接口分別設(shè)計在壓縮機頂蓋的頂部和側(cè)面[6]。 3509010BW04C型車用空氣壓縮機該空氣壓縮機的基本參數(shù)如下表所示： 原型機的基本參數(shù)產(chǎn)品毛重15kg包裝尺寸375x270x210mm冷卻方式水冷產(chǎn)地中國廊坊皮帶輪尺寸(mm)200品牌美聯(lián)缸徑（mm）90曲柄半徑（mm）進氣壓力（MPa）1曲柄連桿比1/進氣持續(xù)角（176。 本章小結(jié)本章主要分析了空氣動力發(fā)動機的工作過程和理論循環(huán)，簡要的分析了影響氣動發(fā)動機工作性能的運行因素，為在試驗測量發(fā)動機功率時，功率變化作了簡單的預(yù)測，為之后的實驗作了鋪墊。 轉(zhuǎn)速發(fā)動機性能的影響當空氣動力發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增加時，在一定的進氣提前角下，進氣時間會縮短，進氣量減少，進氣能量減小，進而排氣能量也減小，循環(huán)做功量減少，能量利用率增加。 進氣提前角對發(fā)動機性能的影響進氣提前角增大時，由于進氣時間延長，進氣量增加，進氣能量增大，排氣能量也隨之增大，則循環(huán)指示功增大，動力性變好，耗氣率增大，能量利用率變小。隨著進氣持續(xù)角的增大，進氣量增多，進氣能量增大，而循環(huán)功的增大幅度較小，持續(xù)角超過一定值，循環(huán)功