基于MC9S12的自由活塞式内燃机电控系统设计.pdf

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1、第32卷第1期2011年2月内燃机工程ChineseInternalCombustionEngineEngineeringVoI．32NO．1February．2011文章编号：1000—0925(2011)01--0019--05320004基于MC9S12的自由活塞式内燃机电控系统设计李庆峰，刘涛。肖进。黄震(上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室，上海200240)DesignofFreePistonEngineECUBasedonMC9S12LIQing-feng，LIUTao，XIAOJin，HUANGZhen(KeyLaboratoryforPowerMachin

2、eryandEngineeringofMinistryofEducation，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Hardwareandsoftwareofelectron—controlunit(ECU)forthefreepistonengineweredevel—opedbasedonMC9S12DP512．TheECUcontainedsuchmodulesasMCU，powersupply，drivingcircuitandcommunicationinterface．Theirparticu

3、larfunctionsanddesignmethodswereexplained．Experimentsdem—onstratethatthemodularizationdesignedcontrolunitisofverystrongfunctionandabletofulfillthemonitorandcontrolobjectivesforthefreepistonengineaccurately．0概述摘要：利用MC9S12DP512针对性地设计了适合自由活塞式内燃机的电控系统硬件，并匹配编制了对应软件。分析了ECU的具体功能，阐述了设计使用的微处理器模块、电源模块、

4、传感器信号处理模块、驱动模块以及通信模块的基本设计方法。试验结果表明：电控系统采用模块化设计，功能性强，能够精确地完成对自由活塞式内燃机的监测和控制，实现目标控制功能。关键词：内燃机；自由活塞式发动机；电控系统；硬件设计Keywords：ICengine；freepistonengine(FPE)；electron—controlunit(ECU)；hardwaredesign中图分类号：TK411文献标识码：A自由活塞式内燃机(freepistonengine，FPE)起源于20世纪初，作为一种新型的热力装置，与传统内燃机相比，具有结构简单、体积小、摩擦力小、机械振动小、燃料适

5、应性广等特点n]，但是由于活塞同步结构复杂以及电控系统不完善导致变负荷运行时经济性较差，在经历了50年左右的发展后热潮逐渐冷却r2

6、。伴随着环保和能源紧缺的双重压力，内燃机的发展处于一个转折点，开发新燃料、新能源以及研发高效、低排放的新型动力系统成为当前的研究热点。FPE可以通过改变压缩比来优化燃烧，提高燃烧效率；运动时非常小的摩擦力避免了摩擦损失，可以显著提高机械效率。而内燃机电控技术的日趋成熟也促使FPE在沉默了近半个世纪后，重新被提上研究日程Ls-73。现阶段研究主要利用双自由活塞式内燃机作为一次动力装置，直接耦合液压泵或者直线发电机，分别对外输出液压能或者电能。这样，既有

7、利于充分发挥FPE高压缩比下超高效率优势，也有利于提高整个复合机构的能量转换效率。研究表明：目前已有针对自由活塞式内燃机控制器展开的研究[6’8]，但其使用的控制器原理是利用霍尔开关定点触发火花塞点火，属于纯硬件控制，在变工况时不能收稿日期：2009-06-22基金项目：国家自然科学基金项目{50806046)作者简介：李庆峰(1982一)。男，博士生．主要研究方向为自由活塞式内燃机，E-mail：qfli@sjtu．edn．ca。·20·内燃机t程2011年第1期灵活调整点火位置以及点火能量，很难发挥自由活塞式内燃机压缩比可变的优势。本文针对自由活塞的特殊运动规律，提出新的判缸

8、方式——利用软件方式使点火和喷油时刻等参数可以随外部负载灵活调节。此外，本控制系统采用模块化设计，有利于各个子功能模块的进一步移植和扩展。1．针对FPE的控制系统功能分析图1为一种常见的FPE的基本结构。该机构主要由两个对置的两冲程自由活塞式内燃机组成，燃烧室分置于两端，两个活塞通过连杆连接为一体。可燃混合气由进气门进入燃烧室，当活塞向左运动时，压缩左端燃烧室内可燃混合气(同时右端气体完成膨胀和扫气过程)，在左端燃烧室TDC附近火花塞点火，混合气着火燃烧，推动活塞向右运动，压缩右