AVR单片机驱动的CNG发动机电控系统设计与优化

本文主要探讨了AVR单片机在天然气发动机电控系统中的应用。AVR单片机以其高效、灵活和低成本的优势，被选为电控单元的核心技术。作者以北京工业大学的研究团队为例，他们针对车用压缩天然气（CNG）发动机开发了一套完整的电控系统，旨在提高动力性能和替代燃油发动机，实现环保和节能目标。 首先，燃料供给系统是改造的重点，通过高压气瓶提供压缩天然气，并构建一套压力转换和实时监测系统，确保天然气的可靠供应和压力控制。CNG供气系统采用高压天然气，压力高达20MPa，图1展示了系统的结构和工作原理。 电控单元的设计中，Atmel公司的AVR系列单片机被选为关键组件，采用C语言进行程序开发，采取了多片式ECU（电子控制单元）架构。多片式ECU将复杂的控制任务分解到多个MCU上，以实现更高效的协同工作。具体来说，一个MCU负责点火控制，精确调整点火时刻和点火线圈通断，以实现电子点火；另一个MCU则负责燃气喷射控制，包括喷射时刻和喷射量，以支持电控燃气喷射。主MCU则作为核心处理器，接收传感器数据，进行计算，控制怠速、进气量和与监控系统的通信，确保发动机稳定运行。 文章还提及了使用PID算法进行怠速转速的闭环控制，通过调节旁通空气量来维持稳定的怠速状态。此外，采用脉宽调制（PWM）技术控制天然气喷射阀，可以实现对喷射流量的精确控制。通过控制初级点火线圈的通断，电控系统能够主动控制点火能量和点火正时，进一步提升发动机性能。 总结起来，本文详细介绍了AVR单片机在天然气发动机电控系统中的应用，包括燃料供给系统的改造、多片式电控单元的设计、以及关键控制策略如PID控制和PWM控制。这一技术对于推动清洁能源汽车的发展，降低尾气排放，具有重要意义。