南京航空航天大学金城学院
毕业设计（论文）开题报告
题 目
系 部
专 业
学生姓名
指导教师
毕设地点 海拔高度变化对发动机充气效率的影响规律探索 车辆工程系 车辆工程 步靖忠 学号 2011012307 毛建国 职称 副教授
2015年 3 月16 日
填 写 要 求
1．开题报告只需填写“文献综述”、“研究或解决的问题和拟采用的方法”两部分内容，其他信息由系统自动生成，不需要手工填写。
2．为了与网上任务书兼容及最终打印格式一致，开题报告采用固定格式，如有不适请调整内容以适应表格大小并保持整体美观，切勿轻易改变格式。
3．任务书须用A4纸，小4号字，黑色宋体，行距1.5倍。
4．使用此开题报告模板填写完毕，可直接粘接复制相应的内容到毕业设计网络系统。
行性和性能特性进行了研究，讨论了煤油在不同预热温度下的功率输出。研究了汽油机改燃烧煤油针对冷起动所需解决的问题和方法，得出发动机分别燃烧汽油和煤油的性能基本相同，除了在小节气门开度，指示平均压力(IMEP) 的标准差煤油要大于汽油，和节气门全开条件下，指示燃油消耗煤油(ISFC) 要大于汽油。从最小点火能量考虑，煤油的最小点火能量与发动机的工作温度与压力密切相关，同时还依赖于煤油燃料的雾化蒸发情况，需注意的是如果火花塞能产生30 ～ 50mJ 的能量，大部分的热量将会被热传递所带走。
2) 利用单片机控制温度的研究：传感器是测量温度信号的主要载体，通过传感器把经过的温度信号放大到电路，先转换成毫伏级的电压信号，把弱电压信号慢慢放大到单片机能够自由处理的可调控范围之内，然后再通过输入A/D转换器把电压信号转换成数字信号，然后通过相应的软件把得到的数字信号成功的输入到主机中去。在使用单片机对信号进行采集的时候，一般为了提高测量的精度，必须要求在采集的同时对信号进行数字滤波。同时，经过数字滤波的信号，就会逐渐转换成相应的标度，把得到的温度指数显示在IED 屏上。此外，还可以把得到的温度值与提前设定的温度值进行比较，然后按照积分分离的PID 控制算法分析两者之间存在偏差的大小，并由此得出最后的输出控制量值。再通过输出控制的数值来确定导通的时间及加热的功率，从而达到有效的调节温度环境的目的。 在国内，针对在工业生产过程中经常需要高稳定的恒温环境，传统模拟仪表结合简单的PID 控制较难达到目标的情况，提出了基于数字PID 控制算法和89C52单片机的温度控制系统。该系统通过温度传感器DS1820对温度进行采样和转换，然后执行数字PID 输出控制量来调节可控硅触发器的通断，从而实现对温度的控制。结果表明：通过将数字PID 算法和89C52单片机结合使用，使整个控制系统的温度控制精度提高了10%，输出温度的误差小于2%，不仅满足了对温度控制的要求，而且还可应用到对其他变量的控制过程当中。
在国外，Tang 通过对常规模糊控制器机理的分析，最早提出了一般模糊控制器和PI 控制器的相似性；Abdelnon ：从PID 控制角度提出了Fuzzy-PI ，Fuzzy-PID 三种形式的模糊控制器，随后各种模糊PID 控制器都证明是非线性PID 控制器，Ying 最先提出模糊PID 控制器的解析结构，证明了各类Mamdani 模糊控制器是可变增益的非线性PI 控制器，Ying 和刘向杰等还采用各类方式得出了模糊控制器的量化因子和比例因子同PID 控制器的kp ，ki 和kd 之间的关系。
3) 影响充气效率方面的研究： 进气终了压力对充气效率ηv 的影响。在进气终了，活塞处于下止点时，缸内的压力总是小于大气压的，这是因为新鲜混合气有进入气缸的过
程中要克服一系列的流动阻力和气流惯性。进气系统的阻力越大，则进入气缸的新鲜混合气愈少，充气效率ηv 愈小。
进气终了温度对充气效率的影响。由于被缸壁等高温机件及高温残余废气加热，使进气终了活塞在下止点时缸内气体温度高于大气温度，缸内气体温度越高，充入气体密度越小，充气系数下降。当负荷不变，转速增加时，新鲜工质与高温机件接触时间缩短，温升不大; 而转速不变，负荷增加时，由于缸壁温度提高，使缸内气体温度上升。为了增加充气量，应尽量降低缸内进气终了温度，以提高充气效率。
残余废气压力和温度对充气效率的影响。排气终了时，气缸内总会残留一部分废气，由于排气系统存在阻力，使残余废气压力高于大气压，排气系统阻力特别是排气阀处阻力最大，残余废气压力越高; 转速越高流动阻力越大，残余废气压力越高; 残余废气压力高，残余废气密度大，废气量多，则新鲜充量减少，充气效率下降。另一方面若废气量越多，残余废气温度越高，使新鲜充量温升过高，相对密度下降，也使充气减少，而且还将影响混合气质量，破坏正常的燃烧过程，使排气污染严重。
压缩比对充气效率的影响。压缩比增大，则燃烧室容积减少，留在缸内的残余废气相对减少，充气效率提高。
1.3发展前景
活塞发动机目前主要用做低成本无人机和初级教练机、行政机、小型运动飞机的动力装置。该类发动机使用的都是航空汽油（含铅）。欧美国家已经明确提出禁止使用含铅燃料的时间限制，而且在军舰等军事设施上严禁配备汽油，同时各大航线也不配备航空汽油。活塞发动机的燃料问题成为通航和军事领域的一道难题。解决方式一是使用车用的无铅汽油替代航空汽油，二是研制航空重油发动机，使用航空煤油或者柴油作为燃料。由于车用汽油有较高的饱和蒸汽压和添加剂腐蚀性，会给飞机带来安全隐患，因此使用航空重油是最佳的解决方案。航空重油的燃料供应有保障，其比能量高于汽油，运输和存储更加安全，而且带涡轮增压，高空性能优越，燃烧效率提高，可大大提升轻型飞机的性能。国际上能开发不使用含铅的活塞式航空重油发动机的国家有美国、德国、英国、法国等发达国家，通用航空技术被西方发达国家垄断，由西方发达国家研发的活塞重油发动机占领了通航市场。据美国联邦航空管理局（FAA ）数据显示，2012年美国拥有超过30万架安装活塞发动机的通用航空飞行器，这一数据仍在增长。随着中国低空领域的逐渐开放，轻型飞机在国内将会有广阔的前景，活塞重油发动机的研发也开始受到关注。
发动机在燃烧过程中需要充足的氧气，影响发动机充气效率的因素有进气终了压
力、进气终了温度、进气终了残余废气压力和温度。提高发动机充气效率的措施有：减小进气系统的流动损失、减少排气系统对气流的阻力、减少排气系统对气流的阻力、气门叠开角、合理选择配气正时，保持最好的充气效率。基于小型活塞发动机的进排气系统来研究压力和温度变化对发动机充气效率的影响规律，可以帮助提高燃油效率，弥补现阶段对于该方面研究的不足之处，将重油作为轻型飞机的燃料这一研究成果真正投入实际应用之中。
参考文献
[1]刘迪，谭春亮，李建海，孙晶基于数字PID 和89C52单片机的温度控制系统[J]，控制工程系，2010
[2]李冰林，魏民祥，活塞式发动机燃烧煤油研究现状与技术分析[J]，小型内燃机与摩托车，2012,41（6）；87-90
[3]吕俊亚。一种基于单片机的温度控制系统设计与实现[J].计算机仿真，2012，（7）：230-233
[4]夏志华。基于单片机的温度控制系统的研究与实现[J].产业与科技论坛，2011:71-72.
[5]赵涌，侯敏杰，黄振南等。航空发动机高空模拟试验飞行高度模糊PID 控制系统[J].机电工程，2010，（1）：68-71。
[6] 周大森，崔占刚，不详。492Q 汽油机进气温度控制的研究[J].小型内燃机与摩托车，1989（1）：6-9.
[7]衣玉兰。影响发动机充气效率的因素与提高措施[J].产业与科技论坛，2011:71-72.
[8]Chen,G.,Asmus, T.,and Weber, G., ”Fuel Mixture Temperature Variations in the Intake Port,” SAE Technical Paper 961194,1996, doi:10.4271/961149.
[9]Alkidas,A.,”Intake-value Temperature and the factors Affecting It, ”SAE Technical Paper 971729, 1997, doi:10.4271/971729.
[10]Livengood, J.,Rogowski, A.,and Taylor, C., ” THE VOLUMETRIC EFFICIENCY OF FOUR-STROKE ENGINES, ” SAE Technical Paper 520259,1952, doi:10.4271/520259.
南京航空航天大学金城学院
毕业设计（论文）开题报告
题 目
系 部
专 业
学生姓名
指导教师
毕设地点 海拔高度变化对发动机充气效率的影响规律探索 车辆工程系 车辆工程 步靖忠 学号 2011012307 毛建国 职称 副教授
2015年 3 月16 日
填 写 要 求
1．开题报告只需填写“文献综述”、“研究或解决的问题和拟采用的方法”两部分内容，其他信息由系统自动生成，不需要手工填写。
2．为了与网上任务书兼容及最终打印格式一致，开题报告采用固定格式，如有不适请调整内容以适应表格大小并保持整体美观，切勿轻易改变格式。
3．任务书须用A4纸，小4号字，黑色宋体，行距1.5倍。
4．使用此开题报告模板填写完毕，可直接粘接复制相应的内容到毕业设计网络系统。
行性和性能特性进行了研究，讨论了煤油在不同预热温度下的功率输出。研究了汽油机改燃烧煤油针对冷起动所需解决的问题和方法，得出发动机分别燃烧汽油和煤油的性能基本相同，除了在小节气门开度，指示平均压力(IMEP) 的标准差煤油要大于汽油，和节气门全开条件下，指示燃油消耗煤油(ISFC) 要大于汽油。从最小点火能量考虑，煤油的最小点火能量与发动机的工作温度与压力密切相关，同时还依赖于煤油燃料的雾化蒸发情况，需注意的是如果火花塞能产生30 ～ 50mJ 的能量，大部分的热量将会被热传递所带走。
2) 利用单片机控制温度的研究：传感器是测量温度信号的主要载体，通过传感器把经过的温度信号放大到电路，先转换成毫伏级的电压信号，把弱电压信号慢慢放大到单片机能够自由处理的可调控范围之内，然后再通过输入A/D转换器把电压信号转换成数字信号，然后通过相应的软件把得到的数字信号成功的输入到主机中去。在使用单片机对信号进行采集的时候，一般为了提高测量的精度，必须要求在采集的同时对信号进行数字滤波。同时，经过数字滤波的信号，就会逐渐转换成相应的标度，把得到的温度指数显示在IED 屏上。此外，还可以把得到的温度值与提前设定的温度值进行比较，然后按照积分分离的PID 控制算法分析两者之间存在偏差的大小，并由此得出最后的输出控制量值。再通过输出控制的数值来确定导通的时间及加热的功率，从而达到有效的调节温度环境的目的。 在国内，针对在工业生产过程中经常需要高稳定的恒温环境，传统模拟仪表结合简单的PID 控制较难达到目标的情况，提出了基于数字PID 控制算法和89C52单片机的温度控制系统。该系统通过温度传感器DS1820对温度进行采样和转换，然后执行数字PID 输出控制量来调节可控硅触发器的通断，从而实现对温度的控制。结果表明：通过将数字PID 算法和89C52单片机结合使用，使整个控制系统的温度控制精度提高了10%，输出温度的误差小于2%，不仅满足了对温度控制的要求，而且还可应用到对其他变量的控制过程当中。
在国外，Tang 通过对常规模糊控制器机理的分析，最早提出了一般模糊控制器和PI 控制器的相似性；Abdelnon ：从PID 控制角度提出了Fuzzy-PI ，Fuzzy-PID 三种形式的模糊控制器，随后各种模糊PID 控制器都证明是非线性PID 控制器，Ying 最先提出模糊PID 控制器的解析结构，证明了各类Mamdani 模糊控制器是可变增益的非线性PI 控制器，Ying 和刘向杰等还采用各类方式得出了模糊控制器的量化因子和比例因子同PID 控制器的kp ，ki 和kd 之间的关系。
3) 影响充气效率方面的研究： 进气终了压力对充气效率ηv 的影响。在进气终了，活塞处于下止点时，缸内的压力总是小于大气压的，这是因为新鲜混合气有进入气缸的过
程中要克服一系列的流动阻力和气流惯性。进气系统的阻力越大，则进入气缸的新鲜混合气愈少，充气效率ηv 愈小。
进气终了温度对充气效率的影响。由于被缸壁等高温机件及高温残余废气加热，使进气终了活塞在下止点时缸内气体温度高于大气温度，缸内气体温度越高，充入气体密度越小，充气系数下降。当负荷不变，转速增加时，新鲜工质与高温机件接触时间缩短，温升不大; 而转速不变，负荷增加时，由于缸壁温度提高，使缸内气体温度上升。为了增加充气量，应尽量降低缸内进气终了温度，以提高充气效率。
残余废气压力和温度对充气效率的影响。排气终了时，气缸内总会残留一部分废气，由于排气系统存在阻力，使残余废气压力高于大气压，排气系统阻力特别是排气阀处阻力最大，残余废气压力越高; 转速越高流动阻力越大，残余废气压力越高; 残余废气压力高，残余废气密度大，废气量多，则新鲜充量减少，充气效率下降。另一方面若废气量越多，残余废气温度越高，使新鲜充量温升过高，相对密度下降，也使充气减少，而且还将影响混合气质量，破坏正常的燃烧过程，使排气污染严重。
压缩比对充气效率的影响。压缩比增大，则燃烧室容积减少，留在缸内的残余废气相对减少，充气效率提高。
1.3发展前景
活塞发动机目前主要用做低成本无人机和初级教练机、行政机、小型运动飞机的动力装置。该类发动机使用的都是航空汽油（含铅）。欧美国家已经明确提出禁止使用含铅燃料的时间限制，而且在军舰等军事设施上严禁配备汽油，同时各大航线也不配备航空汽油。活塞发动机的燃料问题成为通航和军事领域的一道难题。解决方式一是使用车用的无铅汽油替代航空汽油，二是研制航空重油发动机，使用航空煤油或者柴油作为燃料。由于车用汽油有较高的饱和蒸汽压和添加剂腐蚀性，会给飞机带来安全隐患，因此使用航空重油是最佳的解决方案。航空重油的燃料供应有保障，其比能量高于汽油，运输和存储更加安全，而且带涡轮增压，高空性能优越，燃烧效率提高，可大大提升轻型飞机的性能。国际上能开发不使用含铅的活塞式航空重油发动机的国家有美国、德国、英国、法国等发达国家，通用航空技术被西方发达国家垄断，由西方发达国家研发的活塞重油发动机占领了通航市场。据美国联邦航空管理局（FAA ）数据显示，2012年美国拥有超过30万架安装活塞发动机的通用航空飞行器，这一数据仍在增长。随着中国低空领域的逐渐开放，轻型飞机在国内将会有广阔的前景，活塞重油发动机的研发也开始受到关注。
发动机在燃烧过程中需要充足的氧气，影响发动机充气效率的因素有进气终了压
力、进气终了温度、进气终了残余废气压力和温度。提高发动机充气效率的措施有：减小进气系统的流动损失、减少排气系统对气流的阻力、减少排气系统对气流的阻力、气门叠开角、合理选择配气正时，保持最好的充气效率。基于小型活塞发动机的进排气系统来研究压力和温度变化对发动机充气效率的影响规律，可以帮助提高燃油效率，弥补现阶段对于该方面研究的不足之处，将重油作为轻型飞机的燃料这一研究成果真正投入实际应用之中。
参考文献
[1]刘迪，谭春亮，李建海，孙晶基于数字PID 和89C52单片机的温度控制系统[J]，控制工程系，2010
[2]李冰林，魏民祥，活塞式发动机燃烧煤油研究现状与技术分析[J]，小型内燃机与摩托车，2012,41（6）；87-90
[3]吕俊亚。一种基于单片机的温度控制系统设计与实现[J].计算机仿真，2012，（7）：230-233
[4]夏志华。基于单片机的温度控制系统的研究与实现[J].产业与科技论坛，2011:71-72.
[5]赵涌，侯敏杰，黄振南等。航空发动机高空模拟试验飞行高度模糊PID 控制系统[J].机电工程，2010，（1）：68-71。
[6] 周大森，崔占刚，不详。492Q 汽油机进气温度控制的研究[J].小型内燃机与摩托车，1989（1）：6-9.
[7]衣玉兰。影响发动机充气效率的因素与提高措施[J].产业与科技论坛，2011:71-72.
[8]Chen,G.,Asmus, T.,and Weber, G., ”Fuel Mixture Temperature Variations in the Intake Port,” SAE Technical Paper 961194,1996, doi:10.4271/961149.
[9]Alkidas,A.,”Intake-value Temperature and the factors Affecting It, ”SAE Technical Paper 971729, 1997, doi:10.4271/971729.
[10]Livengood, J.,Rogowski, A.,and Taylor, C., ” THE VOLUMETRIC EFFICIENCY OF FOUR-STROKE ENGINES, ” SAE Technical Paper 520259,1952, doi:10.4271/520259.