摘 要

发动机性能试验台是为了测试和检验发动机在生产出厂前或者使用过程中的各种性能、参数等而特别制作的一种试验台。发动机性能实验一般需要做转速特性、负荷特性等，而传统的发动机性能实验是在水力测功机性能试验台上完成的。但水力测功机的缺点是精度较差、不能数字化测量，所以现在的发动机性能测试一般是用电涡流测功试验台。

本论文研究的内容是研究替代能源的发动机实验台电涡流测功机系统的控制方案与控制系统设计。利用控制电路对电涡流加载装置的电流进行动态控制，从而实现对发动机的负载进行控制。试验台架依据上位机设定的速度及节气门开度参数，对测功机输出控制信号，实现测功机的加载。本课题依据测功机的工作原理，完成对测功机电涡流发生器可控硅控制电路的设计以及相关硬件的选型。主要技术路线是利用下位MCS51单片机接收上位机发送的可控硅的导通角数据，通过驱动电路实现对可控硅电压调节器的控制，从而实现对电涡流测功机工作电流等控制，即负载扭矩的控制。本文设计了可控硅与下位MCU的工作原理图，并实现了PCB与实物的制作，经过初步实验，系统工作正常，为发动机进一步的性能实验提供了条件。

关键词：电涡流测功机 可控硅 发动机性能实验台

Abstract

An engine performance test-bed is a tool that can test and inspect various functions and parameters of an engine which is in usage or before it was originally produced. Generally speaking, speed characteristics and load characteristics are needed in an engine performance test, and the traditional engine performance test was completed on the hydraulic dynamometer. However, the shortcomings of the hydraulic dynamometer is less accuracy, digitalless measurement. So, instead, the engine performance test is usually eddy dynamometer test now.

The content of the paper is to study the control program and the design of the control system to a kind of alternative fuel engine performance test bed. We control the current of eddy load devices dynamically by control circuit to achieve the control of the load on the engine. Based on the parameters as speed and throttle opening set by PC, test bed gives input of control signal for the dynamometer which will be loaded. In this paper, we will complete the design of SCR circuit and the selection of related hardware based on the working principle of dynamometer. The main technical circuit is that the lower MCS51 will receive the conduction angle data of SCR which was sent by the host computer. It will control the SCR voltage regulator by the drive circuit and then work out the constant-current control of eddy current dynamometer, which we call it as the control of the relationship between load and torque .we will has completed the design of schematic for SCR and lower MCU and also we got the PCB drawings and practical productions. After a preliminary experiment, the system works properly and it will be a good factor for further study of engine performance test.

Key words: Eddy current dynamometer SCR engine performance test-bed

目 录

第一章 替代能源发动机的应用情况 1

1.1替代燃料及其在发动机中的应用（以乙醇燃料为例） 1

2.2生物柴油 6

第二章 电涡流测功机的工作原理 9

2.1电涡流测功机的组成结构 9

2.2电涡流测功机工作原理 10

2.3测功机功率计算 10

第三章 可控硅元件的工作原理及基本特性 11

3.1可控硅元件的工作原理及基本特性 11

3.2可控硅元件的结构 14

3.3可控硅元件—可控硅整流电路 14

第四章 电涡流测功机系统的硬件设计 18

4.1 8051单片机简介 18

4.2 51MCU下位机电路设计 19

4.3 SCR控制电路设计 24

第五章 电涡流测功机系统的软件设计 29

5.1设计思路 29

5.1 SCR控制软件 30

第六章 结论与展望 33

致 谢 34

参考文献 35

附录（软件程序） 36

第一章 替代能源发动机的应用情况

1.1替代燃料及其在发动机中的应用（以乙醇燃料为例）

近年来，我国汽车工业发展迅速，汽车的保有量也在逐年增加。目前的汽车燃料主要以石油等化石燃料为主，而随着世界石油资源的日益减少，发动机燃料供应势将越来越紧张。因此，使用替代燃料是解决我国石油资源短缺的重要措施。此外，车用柴油、气油造成的生态环境污染也日益严重。使用清洁的替代燃料是减少汽车排放的有效途径之一。在众多清洁替代能源中，乙醇燃料由于具有原料来源广泛、抗爆性好、与石油燃料的理化性能相近等特点，因而受到更多的重视。在乙醇燃料的推广使用中，尽管遇到了一些问题，影响了乙醇燃料的发展，但是通过采取有效的措施，仍可以解决大部分的困难。

乙醇（ethyl alcohol）是一种无色透明、易燃易发挥的液体。通常内燃机使用的石油燃料（汽油、柴油等）属于烃类燃料，而醇是由烃基和羟基组成的化合物。这从化学性质上决定了醇类燃料可以作为内燃机的代用燃料。乙醇与汽油、柴油在物化性质上，有众多相似的地方，但也有不同之处。乙醇与汽油、柴油的主要理化性质差异表现在分子结构、含氧量、沸点、密度、挥发性、着火温度、低热值、汽化潜热、燃烧性能、理论空燃比（汽油机的理论空燃比约是14.7）、十六烷值、抗爆性等方面。