【正文】 燃油噴射系統(tǒng)相比較，電控噴油系統(tǒng)具有如下優(yōu)越性：(1)排氣污染降低，經(jīng)濟(jì)性提高。如可實(shí)現(xiàn)怠速自動(dòng)控制、過(guò)渡工況最佳控制等。如此高的噴射壓力可明顯改善柴油和空氣的混合質(zhì)量，縮短著火延遲期，使燃燒更迅速、更徹底，并且控制燃燒溫度，從而降低廢氣排放。改善柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，用戶對(duì)柴油機(jī)的燃油消耗率非常關(guān)注。而不依賴于轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的噴射正時(shí)控制能力，是在燃油消耗率和排放之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡的關(guān)鍵措施。(6)最小油量的控制能力供油系統(tǒng)具有高噴射壓力的能力與柴油機(jī)怠速所需要的小油量控制能力發(fā)生矛盾。電噴柴油機(jī)噴油器上采用的高速電磁開關(guān)閥很容易實(shí)現(xiàn)快速斷油。4第二章 柴油機(jī)電控單元設(shè)計(jì)電控單元ECU(Electronic Control Unit)是整個(gè)柴油機(jī)電控系統(tǒng)的控制中心，它利用內(nèi)部存儲(chǔ)的軟件（各種函數(shù)、算法程序、數(shù)據(jù)、表格）與硬件（各種信號(hào)采集處理電路、微機(jī)系統(tǒng)、功率輸出電路、通信電路），處理從傳感器輸入的諸多信號(hào)，并以這些信號(hào)的為基礎(chǔ)，結(jié)合內(nèi)部軟件的其他信息，制定出各種控制命令，送到各種執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的控制。它負(fù)責(zé)對(duì)各種傳感器信號(hào)進(jìn)行分析處理，通過(guò)其內(nèi)算法，向被控單元輸出控制信號(hào)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)械控制時(shí)代，就已經(jīng)有了直列泵、分配泵、泵噴油器、單缸(體)泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)各有其特點(diǎn)和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，它完全脫開了傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應(yīng)方式．通過(guò)共軌壓力和噴油壓力／時(shí)間的綜合控制，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的供油回路和特性。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是：(1)采用先進(jìn)的電子控制裝置及配有高速電磁開關(guān)閥；(2)采用共軌方式供油；(3)高速電磁開關(guān)閥頻響高，控制靈活；(4)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移植方便，適應(yīng)范圍寬。2)電控標(biāo)定系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。目前在國(guó)外，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)化標(biāo)定方法越來(lái)越多地采用自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定方法，這樣可以縮短標(biāo)定周期，降低標(biāo)定費(fèi)用，同時(shí)能得到更好的標(biāo)定結(jié)果。標(biāo)定系統(tǒng)與電控單元、噴油泵、柴油機(jī)的配試。VCCGVDRUN27417C23C22R18C24R17RES2C21 R16R15R19C25R20DELAYDCLRSETSLOPESSVCDNDGBIASGBIAS1GBIAS2BGATE1SENSE1+SENSE1FBVEE2SENSE2SENSE+BGATE2VEE1C26R21 R22R27C30R23C27R24R28R25C28D10D11L4L5+12V圖 3 升壓電路LT3782 是美國(guó)凌力爾特公司生產(chǎn)的兩相步進(jìn)升壓型 DC／DC 控制器，28引腳 SSOP 封裝芯片，開關(guān)頻率在 150～500 kHz 之間可編程，由于采用兩相BOOST 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第 29 引腳是芯片底部的散熱腳。12V 汽車電瓶電壓經(jīng)過(guò)插頭給 LT3782 供電，LT3782 產(chǎn)生的兩相振蕩輸出驅(qū)動(dòng) N 溝道場(chǎng)效應(yīng)管 Q1 和 Q2，場(chǎng)效應(yīng)管輸出分別經(jīng)肖特基二極管 D1 和 D2整流后，由電容 C7 濾波輸出。通過(guò)設(shè)定電阻 R8 和 R10的阻值可以設(shè)定電源的限制電流，避免電源電流過(guò)大，燒壞后面電路。控制單元(ECU)是嵌入式的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。如：油溫、冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度、排氣溫度、潤(rùn)滑油溫度和腳踏板位置等。如狀態(tài)指示燈、啟動(dòng)繼電器、風(fēng)扇開關(guān)等。功率輸出電路是指驅(qū)動(dòng)大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電路，如在第一代電控系統(tǒng)中的線性電磁鐵驅(qū)動(dòng)，直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；在單體泵、泵噴嘴和高壓共軌供油系統(tǒng)中高速電磁鐵的驅(qū)動(dòng)等。這些信號(hào)不能直接輸入微型機(jī)，需整形變成標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)。在柴油機(jī)中有許多信號(hào)都是模擬量，如進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等。其主要任務(wù)就是最忠實(shí)地反映被測(cè)對(duì)象的真是狀態(tài)。(2)輸入通道要完成對(duì)象的狀態(tài)量值的檢測(cè)，故輸入通道總要靠近信號(hào)拾取對(duì)象。（4）輸入通道電路設(shè)計(jì)的難易繁簡(jiǎn)程度，除與環(huán)境因素有關(guān)外，還取決于傳感器、變換器的選擇。因此輸入通道常常是一個(gè)模擬、數(shù)字等的混在電路，是傳感器集成化和單片機(jī)功能集成的邊界區(qū)域。因此，輸入通道的抗干擾設(shè)計(jì)是輸入通道設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要部分。其中，Rl Cl是輸入端的濾波電路，主要為提高抗干擾性能和電磁兼容性能，同時(shí)R1是輸入端的接地電阻，保證輸入端開路時(shí)輸入信號(hào)為低電平。U1是信號(hào)隔離組件，GND端是外部供電系統(tǒng)地端，而DG是ECU內(nèi)部電源地。圖 6 開關(guān)輸入電路開關(guān)輸入電路設(shè)計(jì)為高電平有效，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性。在這兩種情況發(fā)生時(shí)，開關(guān)電路均為無(wú)效狀態(tài)，系統(tǒng)在故障時(shí)是安全的。數(shù)字量的輸出通道將計(jì)算技輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)所存、隔離后，在經(jīng)過(guò)功率放大器輸出，已控制那些可接受數(shù)字信號(hào)的執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行器的控制，例如控制高速電磁開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)等。相應(yīng)的技術(shù)書籍都有介紹。這個(gè)工作主要由D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)完成。包括接受數(shù)碼制、數(shù)據(jù)格式及邏輯電平等。對(duì)于輸出特性具有電流源性質(zhì)的D/A轉(zhuǎn)換器，用輸出電壓允許范圍內(nèi)來(lái)表示由輸出電路（包括簡(jiǎn)單電阻或運(yùn)算放大器）造成輸出電壓的可變動(dòng)范圍。對(duì)于內(nèi)部帶有參考電壓源的D/A轉(zhuǎn)換芯片，不僅保證有較好的轉(zhuǎn)換精度，而且可以簡(jiǎn)化接口電路。 外接參考電壓源，可以采用簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路形式如圖a，也可以采用運(yùn)算放大器的穩(wěn)壓電路如圖 8 b、c，簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路提供的參考電壓恒定，帶運(yùn)算放大器的參考電壓源具有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、負(fù)載變化對(duì)輸出參考電壓沒(méi)有影響，素以參考電壓可以調(diào)節(jié)等性能。柴油機(jī)電控系統(tǒng)中功率放大器的負(fù)載可能是直流伺服電動(dòng)機(jī)、動(dòng)圈式力馬達(dá)、直流比例電磁鐵、高速電磁閥、不進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。作為功率輸出級(jí)使用的三極管，對(duì)其耐壓、最大允許電流及耗散功率的要求都較高。1?215RLV1NPNV2NPNV1NPNV2NPNuiuiuRa b圖 10 (1)柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)常采用電流反饋型功率放大器對(duì)動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式電機(jī)械轉(zhuǎn)換器，控制線圈的電感一般比較大，如采用電壓反饋式放大器，其電器時(shí)間常數(shù)變得不可忽略，故往往采用電流反饋，使功率放大器只有很小的電氣時(shí)間常數(shù)。f1R16AR1AR1Rf RfR1Lc Lcucuauiu01ui uaa 帶電壓反饋的功率放大器等效電路 b 帶電流反饋的功率放大器等效電路圖 11 由上式可得輸入電壓至控制電流的傳遞函數(shù)為 （24）1soc)(fsui??RL）（ ）（ （25）T時(shí) 間 常 數(shù)如圖 d 所示的電流反饋電路，增加了一個(gè)輸出電流采樣電阻 ，可得/cR （26）/0ufR1ai?? Au0 /0ci/? （27））（ osi/ccL?由上可解得電流反饋放大器的輸入電壓 ui 至控制電流 i 的傳遞函數(shù)為17 (28)1scf/ui/??TR）（ ）（ (29)o)c(f1//// RAL??時(shí) 間 常 數(shù) 由于放大器開環(huán)電壓增益很大，采用電流反饋的放大器電氣時(shí)間常數(shù)可大幅度減小。根據(jù)控制信號(hào)綜合后的處理方式不同，功率放大器有模擬式和脈寬調(diào)制式兩種，我們現(xiàn)在主要來(lái)了解一下模擬功率放大器的原理如圖 12 e、f；e 為結(jié)構(gòu)框圖，f 為電路原理圖。由于 VD1 的?作用，反饋通道截止，A1 工作在開環(huán)狀態(tài)，這時(shí)只需要給出很小的負(fù)載偏壓（由 R2 調(diào)整） ，A1 則迅速飽和導(dǎo)通，V1 和 V2 功率放大管也同時(shí)導(dǎo)通，產(chǎn)生一個(gè)階躍電流通入負(fù)載 Lo 此電流稱為初始電流其值為 (211)10ubRIL? 調(diào)整電位器 RP 輸入一個(gè)負(fù)值的19初始電壓，使運(yùn)放 A2 的輸出 uf 剛好為零或稍大于零，此時(shí) A1 開始處在深度負(fù)反饋的工作狀態(tài)，工作的線性區(qū)域內(nèi)，成為線性比例放大器。 模擬比例放大器的優(yōu)點(diǎn)是控制精度高、響應(yīng)快速，適用于要求較高的系統(tǒng)；缺點(diǎn)是功率放大管工作在線性區(qū)，功率放大管的功耗很大，升溫高、效率較低 [2][3][7]。采用非接觸式的角度位置傳感器，其壽命可以大大提高。二二二二二二二二二二二二1二二二二2二二二二+5VU1+5VU221圖 13 實(shí)際應(yīng)用中，磁場(chǎng)H Z都用磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)表示，電流I C用I表示，因此有定義磁感應(yīng)公式 （31）IBRUHd?從式中可知，霍爾電壓U H與輸入電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B都成線性關(guān)系。（3） 由于傳感器的輸出正比于輸入電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積，所以凡是可以轉(zhuǎn)化為乘法或功率方面的物理量，也都可以測(cè)量。V3V4V6V5V1V2R1 R2R3 R4R5R6R7R8二二二二9254731圖 14 差分輸出型電路22柴油機(jī)電控系統(tǒng)中，很多地方需要用到壓力傳感器。另外，像噴油嘴處壓力傳感器，處于震動(dòng)環(huán)境中，其工作可靠性也很重要。膜片周圍用一圓環(huán)（硅杯）固定，當(dāng)膜片上下壓力不同時(shí)，膜片各點(diǎn)存在應(yīng)力，四個(gè)電阻在應(yīng)力的作用下，阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，輸出相應(yīng)電壓。電橋常采用恒壓源供電和恒流源供電兩種方式。 負(fù)電阻溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系可表示為 （36）)1(exp00TBRT??式中 、 T（k）和 （k）時(shí)的電阻值；B熱敏電阻的材料常數(shù)，一般TR00情況下B=2022~60000k，在高溫下使25用時(shí)，B 值將增大。其改善熱敏電阻RT的非線性原理是：溫度電壓轉(zhuǎn)換電路由熱敏電阻 RT和運(yùn)算放大器A1~A3組成，產(chǎn)生一個(gè)與溫度相對(duì)的電壓U+, 加到比較器A4的正端。 燃 燒 中 釋 放 的 熱能 需 要 我 們 設(shè) 計(jì) 監(jiān) 控 系 統(tǒng) 時(shí) 時(shí) 監(jiān) 測(cè) ， 以 免 柴 油 機(jī) 在 負(fù) 載 過(guò) 高 的 情 況 下 或 噴油 量 增 加 的 時(shí) 候 溫 度 快 速 升 高 將 會(huì) 影 響 內(nèi) 燃 機(jī) 的 工 作 效 率 及 一 些 燃 機(jī) 結(jié) 構(gòu)器 械 的 材 質(zhì) 性 能 損 耗 ， 提 高 柴 油 機(jī) 的 耐 用 壽 命 ， 下 面 就 是 利 用 單 片 機(jī) 為 主控 制 芯 片 來(lái) 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 常 用 測(cè) 量 及 過(guò) 溫 報(bào) 警 的 電 子 控 制 系 統(tǒng) 。C，K型熱電偶其工作溫度在0800176。只有一個(gè)外部寄存器用來(lái)設(shè)置各個(gè)LED的段電流。電控單元（ECU）根據(jù)各種傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)，與ECU中預(yù)先已經(jīng)存儲(chǔ)的參數(shù)值或參數(shù)圖譜相比較按其最佳值或計(jì)算后的目標(biāo)值，把指令輸送到執(zhí)行器。噴油輸出控制電路控制的對(duì)象是噴油器。如果脈沖寬度寬，電磁線圈通電時(shí)間長(zhǎng)，針閥開啟時(shí)間就長(zhǎng)，因而噴油量就多；反之如果脈沖寬度窄，則噴油量少。噴油驅(qū)動(dòng)控制專用芯片功能簡(jiǎn)要介紹:* 片內(nèi)集成了38譯碼器，用來(lái)控制噴油閥低端選缸信號(hào)* 可以來(lái)進(jìn)行進(jìn)行設(shè)置電路的保護(hù)電流* 可以配置噴油閥在噴油的過(guò)程中的開啟電流* 可以配置噴油閥在噴油的過(guò)程中的維持電流* 有上電復(fù)位信號(hào)，在上電的時(shí)候?qū)φ麄€(gè)芯片進(jìn)行初始化* 有噴油觸發(fā)信號(hào)，只有在此信號(hào)有效的時(shí)候芯片才能正常工作* 有通訊信號(hào)，可以把噴油閥的狀態(tài)和執(zhí)行器控制的狀態(tài)傳遞給CPU29* 有反饋信號(hào)可以輸入到此專用的芯片，這樣可以檢測(cè)到噴油驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)* 有高壓產(chǎn)生電路可以在噴油閥關(guān)斷的時(shí)候產(chǎn)生高壓，快速的關(guān)斷噴油閥，提高噴油控制精度。這里使用了HEF40106反向施密特觸發(fā)器，并使用自舉電路來(lái)控制大功率CMOS管，在電路中引入了反饋提高了轉(zhuǎn)換速度?？刂茋娪蜁r(shí)，噴油驅(qū)動(dòng)信號(hào)4個(gè)噴油器共用噴油器的高端，選缸信號(hào)連接在每個(gè)噴油器的低端，當(dāng)噴油驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平，選缸信號(hào)為低電平時(shí)，該噴油器有噴油輸出。31 電控噴油系統(tǒng)中變換器參數(shù)對(duì)噴油器性能的影響 DCDC變換器參數(shù)對(duì)噴油器性能的影響通過(guò)電容值和電感值對(duì)升壓變換器輸出電壓性能影響的研究可知，采用升壓變換器并聯(lián)的方法可以滿足電壓恢復(fù)時(shí)間上的要求，故需進(jìn)一步研究升壓模塊輸出電壓指標(biāo)對(duì)電控噴油器性能的影響。電感值主要影響 DCDC 升壓變換器輸出電壓油器的過(guò)程中，變換器的輸出電壓會(huì)下降到Umin，電容值 C 對(duì)電壓從初始值至 Umin 的過(guò)程中起主要作用，而電感值 L的作用很小。DCDC 升壓變換器的輸出零脈器并聯(lián)的方法可以滿足電壓恢復(fù)時(shí)間上的要求，故需要進(jìn)一步研究升壓模塊輸出電壓指標(biāo) Umin 對(duì)電控噴油器性能的影響如圖所示，在電控噴油器的控制脈寬 Tm 發(fā)出電壓開始急速下降，DCDC升壓變換器的輸出電壓開始急速下降，主控脈寬 T 結(jié)束時(shí)變換器輸出電壓為Ucd，此時(shí)的電壓下降值設(shè)為△U，再經(jīng)過(guò)零脈沖和 PWM 保持波之后變換器輸出電壓降會(huì)至最低值 Umin。在電磁閥開啟的過(guò)程中，系統(tǒng)檢測(cè)流過(guò)噴油閥的電流，當(dāng)噴油閥的電流達(dá)到上限的時(shí)候，此時(shí)模式信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，噴油閥的高端控制轉(zhuǎn)變?yōu)槊}寬調(diào)制輸出，來(lái)維持噴油閥的開通狀態(tài)。同時(shí)有噴油的反饋電路，要把一部分信息反饋到專用芯片中，這樣的目的是限制噴油的電流，避免噴油電流過(guò)大燒壞噴油閥。為了加快電磁閥