【正文】 車(chē)的柴油機(jī)化日趨明顯。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境治理力度的加強(qiáng)，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的要求相對(duì)的提高了，特別是對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排放要求更加嚴(yán)格，所以噴油系統(tǒng)必須能夠保證柴油機(jī)使柴油充分的燃燒，保證柴油機(jī)有足夠的動(dòng)力和運(yùn)輸?shù)目煽啃浴ｋ娍貑卧布?、軟件設(shè)計(jì)是電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。本文闡述了采用單片機(jī)對(duì)柴油機(jī)噴油泵（BOSCH噴油泵）進(jìn)行控制，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油泵內(nèi)齒條位置的準(zhǔn)確控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量的準(zhǔn)確控制，達(dá)到改善噴油系統(tǒng)和環(huán)保的目的。柴油機(jī)與汽油機(jī)相比，在節(jié)油和HC、CO、CO排放方而都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境治理力度的加強(qiáng)，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的要求相對(duì)的提高了，特別是對(duì)柴油機(jī)的排放要求更加的嚴(yán)格，必須達(dá)到歐III排放標(biāo)準(zhǔn)才能夠進(jìn)行銷(xiāo)售。1967年，德國(guó)BOSCH公司開(kāi)始批量生產(chǎn)用進(jìn)氣管絕對(duì)壓力控制空燃比的DJetronic模擬式電子控制汽油噴射系統(tǒng)，裝備在大眾汽車(chē)公司生產(chǎn)的VW21600型轎車(chē)上，開(kāi)創(chuàng)了汽油噴射系統(tǒng)電子控制新時(shí)代。僅1993年統(tǒng)計(jì)，德國(guó)BOSCH公司的電控分配泵和電控直列泵在市場(chǎng)上已超25萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)底特律柴油機(jī)公司DDEC電控泵噴嘴系統(tǒng)已有10萬(wàn)多臺(tái)投放市場(chǎng)，日本的Zexel公司可變預(yù)行程的TICS直列泵已達(dá)2萬(wàn)多臺(tái)，其中絕大部分是電控的。其缺點(diǎn)是因?yàn)椴捎媚M量進(jìn)行控制，頻率響應(yīng)慢，控制自由度小，精度差，而且噴油率和噴油壓力難于控制，也不能改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)所固有的噴射特性[3] 秦朝舉，劉建新，杜慧勇等BOSCH公司高壓共軌噴油系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].拖拉機(jī)農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2006,33(2):35。但由于仍沿用脈沖高壓供油原理，噴油壓力難以控制。第三代電控噴油系統(tǒng)是時(shí)間壓力式控制系統(tǒng)，它改變了傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不再采用柱塞泵脈動(dòng)供油原理，而是利用高壓共軌或共軌蓄壓和液力增壓形式獲得高壓，通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來(lái)控制噴射壓力，利用電磁閥控制噴射過(guò)程，噴油量的大小由噴油時(shí)間和共軌壓力共同決定。 國(guó)內(nèi)外電控燃油系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的增多，部分城市汽車(chē)排放造成的大氣污染越來(lái)越嚴(yán)重。僅1993年統(tǒng)計(jì)，德國(guó)BOSCH公司的電控分配泵和電控直列泵在市場(chǎng)上已超過(guò)25萬(wàn)臺(tái)。到目前為止，各國(guó)已研制并生產(chǎn)各種柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)，有力的緩解了當(dāng)前的世界性能源危機(jī)和汽車(chē)污染。柴油機(jī)市場(chǎng)份額將提高到大約15%，柴油機(jī)的電子控制技術(shù)大致可分為3個(gè)階段；20世紀(jì)70年代的初始研發(fā)階段，此時(shí)電控主要用于發(fā)電機(jī)組用柴油機(jī)；20世紀(jì)80年代為實(shí)用階段，發(fā)展了多種位置控制式和時(shí)間控制式電控噴油系統(tǒng)，被控量也有原來(lái)的一種發(fā)展為多種；20世紀(jì)90年代至今為成熟階段，功能更為強(qiáng)大的電控噴油系統(tǒng)可以控制噴油噴油正時(shí)、噴油壓力以及噴油率[4] 池建軍，[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2007。在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別是，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比，柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出油量的多少，為柴油機(jī)噴油控制式由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置（油門(mén)拉桿位置）來(lái)決定的。采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同步輸入計(jì)算機(jī)，與已儲(chǔ)存的參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算按照最佳值對(duì)噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)噴油系統(tǒng)，使柴油機(jī)運(yùn)作狀態(tài)達(dá)到最佳。由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動(dòng)，使實(shí)際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。高壓共軌技術(shù)電噴技術(shù)是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制單元組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)的一種供油方式。ECU對(duì)每個(gè)噴油嘴的噴油量、噴油時(shí)刻進(jìn)行精確控制，能使柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性達(dá)到最佳的平衡，而傳統(tǒng)的柴油機(jī)則是由機(jī)械控制，控制精度無(wú)法得以保障。c．柔性控制噴油速率變化，實(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，即可降低柴油機(jī)NOx，又能保證油量的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。在位置控制系統(tǒng)方而，國(guó)內(nèi)研究的是比較多的。國(guó)內(nèi)既積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)又努力自主開(kāi)發(fā)，04年底威孚集團(tuán)和BOSCH公司聯(lián)合組建了博世汽車(chē)柴油系統(tǒng)股份有限公司，該公司以BOSCH公司技術(shù)為依托在無(wú)錫生產(chǎn)高壓共軌系統(tǒng)。柴油機(jī)電控技術(shù)與汽油機(jī)電控技術(shù)有許多相似之處，整個(gè)系統(tǒng)都是由傳感器、電控單元和執(zhí)行器三部分組成。從控制對(duì)象看，從機(jī)械控制時(shí)機(jī)械調(diào)速器控制噴油量，機(jī)械式提前器控制噴射正時(shí)，到電子控制時(shí)，不僅控制噴油量，噴射正時(shí)，而且控制噴射速率，噴射壓力所感應(yīng)的工況由單一的轉(zhuǎn)速工況發(fā)展到感應(yīng)整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況和環(huán)境條件，這樣勢(shì)必帶來(lái)了控制復(fù)雜性。采用閉環(huán)控制有效的對(duì)齒條位置進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制的精度和準(zhǔn)確性。所以本系統(tǒng)采用PID控制，即簡(jiǎn)單，又能達(dá)到控制精度要求。（控制器局域網(wǎng)）通信（該部分可選做）。單片機(jī)技術(shù)推動(dòng)了發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，隨著電子控制單元中單片機(jī)從4位向16位發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)控制項(xiàng)目也從簡(jiǎn)單的噴油反饋控制發(fā)展到整機(jī)的智能控制，由于電子控制單元中單片機(jī)的功能和可靠性直接影響電控系統(tǒng)的性能，因此，選用功能較強(qiáng)的單片機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)具有高性能的重要保證。ATMEL系列8位單片機(jī)在汽車(chē)控制方面已成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)選用的AT89C51單片機(jī)為ATMEL公司80年代末生產(chǎn)的增強(qiáng)微控制器，是目前最強(qiáng)的8位單片機(jī)，其主要特點(diǎn)如下：a． 低功耗、高速度；b． 有用戶(hù)可以自行選擇的4種方式；c． 有豐富的I/O口，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)端口擴(kuò)展，從而提高系統(tǒng)的可靠性；d． 具有較強(qiáng)的定時(shí)器、脈沖累加器功能；e． 有8位8通道的A/D轉(zhuǎn)換；f． 有方便的串行通訊接口SCI和串行外設(shè)接口SPI；g． 可靠性好、有計(jì)算機(jī)操作正常檢測(cè)系統(tǒng)和時(shí)鐘檢測(cè)系統(tǒng)；h． 有較強(qiáng)的指令系統(tǒng)，便于軟件編制；i． 具有256字節(jié)的片內(nèi)RAM和2K字節(jié)的片內(nèi)PROM。（2） VSS接地端。控制線(xiàn)共有4根：（1） ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。①RST（Reset）功能：復(fù)位信號(hào)輸入端；②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。5． 89C51共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個(gè)引腳。采用位移傳感器能使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油系統(tǒng)反饋的位移信號(hào)準(zhǔn)確度高，使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)提供了有效的偏移量，整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。磁致伸縮線(xiàn)性位移傳感器的工作原理：在工作時(shí)，由電子倉(cāng)內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一起起始脈沖，此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與磁環(huán)或浮球中的永久磁場(chǎng)相遇時(shí)，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng)，這一扭動(dòng)被安裝在電子倉(cāng)內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖，通過(guò)電子電路計(jì)算出兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間差，即可精確測(cè)出被測(cè)的位移和液位。正是因?yàn)樗妮敵鲂盘?hào)為絕對(duì)值，所以即使電源中斷重新接通也不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)接收構(gòu)成問(wèn)題，更無(wú)須重新歸回零位，與其它液位變送器或液位計(jì)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于其長(zhǎng)期工作可靠性好，靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，采用非接觸測(cè)量，響應(yīng)速度快，耐高溫，能在油、汽、水等惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期連續(xù)工作，檢測(cè)不受油污、蒸汽等介質(zhì)的影響，已廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金、鋼鐵、航空航天等大中型企業(yè)，對(duì)各種旋轉(zhuǎn)型機(jī)械的軸位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、漲差、偏心、油膜厚度等進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)，為精密診斷系統(tǒng)提供了全息動(dòng)態(tài)特性，有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。前置器內(nèi)產(chǎn)生的高頻電流從振蕩器流入探頭線(xiàn)圈中，線(xiàn)圈就產(chǎn)生了一個(gè)高頻電磁場(chǎng)。前置器根據(jù)探頭線(xiàn)圈的阻抗變化輸出一個(gè)與距離成正比的直流電壓[8] 李慧，張德江，[J].儀表技術(shù)與傳感器，2005年05期。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，比如無(wú)線(xiàn)傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場(chǎng)份額的擴(kuò)大。圖32為齒條位移示意圖，噴油泵體內(nèi)的泵油元件是噴油泵、柱塞和套筒組成?？傊?，每個(gè)柱塞位置所對(duì)應(yīng)的噴油量同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩有一定的比例關(guān)系，與螺旋線(xiàn)成一定角度即對(duì)應(yīng)一定的噴油量。 系統(tǒng)采用圖33所示的電控系統(tǒng)整體框圖。目前，美國(guó)通用汽車(chē)公司，Caterpillar公司等在其電控柴油及中都已采用該種單片機(jī)，取得明顯的效果。圖 35 復(fù)位電路 振蕩電路每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱(chēng)是晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器（VCO）。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。系統(tǒng)采用了直列式噴油泵，其內(nèi)部有位置是傳感器，其中參考線(xiàn)圈和短路環(huán)構(gòu)成了電感固定補(bǔ)償端，測(cè)量線(xiàn)圈和裝配在泵內(nèi)齒條的短路環(huán)構(gòu)成了電感可變端。原線(xiàn)圈和副線(xiàn)圈之間沒(méi)有電路相聯(lián)系，而是通過(guò)磁耦合把能量從電源傳送到負(fù)載。采用圖38的方法構(gòu)成實(shí)際測(cè)量電路。圖 38 傳感器信號(hào)檢測(cè)電路示意圖首先，可列出電路的微分方程 改寫(xiě)成： (32) 此方程的特解；對(duì)應(yīng)的齊次方程解，故式32中的全解為 (33) 在零初始條件下， 代入式33中得： (34)電感的端電壓為： (35)畫(huà)出它們隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程是在電感中產(chǎn)生電流過(guò)程。其中555產(chǎn)生5000Hz方波，由555的3號(hào)引腳輸出方波信號(hào)，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管9013控制導(dǎo)通與截止，當(dāng)9013導(dǎo)通時(shí)，則T1與T2基極為低電平，所以都導(dǎo)通，此時(shí)IN11為低電平；當(dāng)555的3號(hào)引腳輸出低電平時(shí)，9013截止，則TT2都截止此時(shí)IN11為高電平；即整個(gè)過(guò)程通過(guò)9013與T2將555的輸出的方波放大，由IN11接入傳感器的公共抽頭D端做激勵(lì)信號(hào)[12] [M].北京電子工業(yè)出版社，2005。 位移執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本論文中所采用的執(zhí)行器為德國(guó)BOSCH公司的電磁執(zhí)行器，也就是一個(gè)直流發(fā)動(dòng)機(jī)，只要改變電磁執(zhí)行器激磁線(xiàn)圈中電流的大小就可以控制執(zhí)行器輸出軸的位移，在實(shí)際設(shè)計(jì)中從提高執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、驅(qū)動(dòng)電路功率控制器件的工作模式、熱負(fù)載功耗、電路成本、工作可靠性等因素，確定采用PWM波（脈寬調(diào)制信號(hào)）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)[13] 王福瑞等.《單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》[M].北京航空航天大學(xué)出版社。圖311 位移執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路如圖311所示。其通信模塊如圖312所示。圖 313 CAN總線(xiàn)框圖 電源模塊設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)多數(shù)單元采用的是直流供電方式，它要求供電電壓穩(wěn)定，不受負(fù)載變化和其它干擾的影響。 圖 314 電源驅(qū)動(dòng)電路第四章 系統(tǒng)流程圖及軟件設(shè)計(jì)采油機(jī)噴油泵電控系統(tǒng)的關(guān)鍵是齒條位置控制，其閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖41所示。圖 42 系統(tǒng)程序流程圖