对天然气发动机空燃比控制系统的研究与开发,在保证发动机有效动力的同时可进一步提高燃料利用效率和发动机排放水平,具有较大的科研价值和应用价值。由于天然气发动机具有复杂的非线性和时变性,所以对其空燃比控制系统具有较高的控制要求。本文首先对天然气发动机结构及空燃比控制原理进行了研究分析,并在此基础上,制定了天然气发动机空燃比控制方案。空燃比控制系统依据节气门开度和发动机转速信号确定理论空燃比,并根据发动机工况,通过开环控制和闭环控制的结合,进行有效的差别控制,以确保天然气发动机空燃比控制速度和精度。然后,对空燃比控制方案中所涉及的控制器、传感器及执行器进行了选型,并设计了包括信号调理电路、系统电源电路、时钟及复位电路、EPR阀控制驱动电路、报警电路及显示电路在内的控制系统硬件,为后续天然气发动机空燃比控制系统软件设计奠定了基础。最后,根据天然气发动机空燃比控制系统的硬件,设计包括了主程序模块、稳定工况控制模块、过渡工况控制模块、故障诊断模块和中断服务子程序模块的空燃比控制系统软件。软件设计过程中,根据天然气发动机空燃比控制特点及所要实现的功能,采用了结构化和模块化的设计方法,并提出了软件抗干扰措施。在完成天然气发动机空燃比控制系统设计之后,对控制系统软硬件进行了联机调试,并取得了较好的空燃比控制效果,达到了预期控制目标。