【文章內(nèi)容簡介】 油機(jī)的調(diào)速控制；北京理工大學(xué)用電磁閥通過液壓伺服機(jī)構(gòu)來驅(qū)動齒條實現(xiàn)了直列泵的噴油量控制；東汽公司在CUMMINS6BT上進(jìn)行的基于調(diào)節(jié)齒桿位置控制油量的調(diào)速器系統(tǒng)也取得了一定成效。在開發(fā)高壓共軌系統(tǒng)及其與柴油機(jī)匹配技術(shù)方面目前正處于研制開發(fā)階段，目前主要研究工作是柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)。國內(nèi)這方面研究的重點(diǎn)大學(xué)如吉林工業(yè)大學(xué)等以及長春和無錫的等70個研究所分別在循環(huán)供（噴）油量和供（噴）正時的“位置控制”、“時間控制”和“共軌式系統(tǒng)＂等各個方面進(jìn)行了開發(fā)和試驗研究工作，并取得了顯著成果。國內(nèi)既積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)又努力自主開發(fā)，04年底威孚集團(tuán)和BOSCH公司聯(lián)合組建了博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，該公司以BOSCH公司技術(shù)為依托在無錫生產(chǎn)高壓共軌系統(tǒng)。BOSCH公司滿足歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌系統(tǒng)已投入使用國內(nèi)市場。國內(nèi)在一些關(guān)鍵技術(shù)問題如高速電磁閥的研究、泵油量的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開發(fā)、泄漏問題、各學(xué)科分工合作等還不怎么成熟和完善[6] 李慧，張德江，[J]，傳感技術(shù)學(xué)報，2004年第一期。目前相關(guān)企業(yè)正在致力于做一些共軌電控及其標(biāo)定系統(tǒng)研制開發(fā)、零部件的優(yōu)化調(diào)整、燃油特性分析和燃油系統(tǒng)的模擬計算等方面工作。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，整個系統(tǒng)都是由傳感器、電控單元和執(zhí)行器三部分組成。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(汽油與空氣的比例)，柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過控制噴油時間來調(diào)節(jié)輸出油量的大小，且柴油機(jī)噴油控制是由發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置(油門、供油拉桿位置)來決定的。柴油機(jī)電控技術(shù)有兩個明顯的特點(diǎn)：一是柴油噴射電控執(zhí)行器復(fù)雜，二是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。柴油機(jī)的燃油噴射具有高壓、高頻、脈動等特點(diǎn)，其噴射壓力為汽油噴射的幾百倍，上千倍，要求有很好的可靠性和耐久性，而且柴油噴射對噴射正時的精度要求很高，相對于上死點(diǎn)的角度為止要求很準(zhǔn)確沒這就導(dǎo)致了柴油噴射的執(zhí)行器復(fù)雜得多。從控制對象看，從機(jī)械控制時機(jī)械調(diào)速器控制噴油量，機(jī)械式提前器控制噴射正時，到電子控制時，不僅控制噴油量，噴射正時，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)整個發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況和環(huán)境條件，這樣勢必帶來了控制復(fù)雜性。因此柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是執(zhí)行器，也即是電控柴油及噴射機(jī)構(gòu)，各個國家都在致力于開發(fā)研制各種類型的電控柴油機(jī)噴射機(jī)構(gòu)，以尋求最佳方案，這也是柴油機(jī)電控技術(shù)的難點(diǎn)所在。 論文研究的主要內(nèi)容本文主要研究對執(zhí)行器的控制問題。柴油發(fā)動機(jī)執(zhí)行器作為控制機(jī)構(gòu)，具有一定的時變性和非線性，控制效果將直接影響對齒條位置的控制。采用閉環(huán)控制有效的對齒條位置進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制的精度和準(zhǔn)確性。由于PID控制算法簡單，運(yùn)算量少，具有較強(qiáng)的魯棒性以及較高的控制精度，特別是穩(wěn)態(tài)精度高，具有很廣泛地適應(yīng)性。而且PID調(diào)節(jié)器是一種應(yīng)用十分廣泛而且成熟的工程控制方法。對已知的定常性受控對象，只要確定好響應(yīng)的參數(shù)，便可以很好地發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，使控制對象輸出在期望值上。所以本系統(tǒng)采用PID控制，即簡單，又能達(dá)到控制精度要求。 第二章 方案論證 系統(tǒng)設(shè)計要求系統(tǒng)采用單片機(jī)對柴油機(jī)噴油泵(BOSCH噴油泵)進(jìn)行控制，主要實現(xiàn)對噴油泵內(nèi)齒條位置的準(zhǔn)確控制，從而實現(xiàn)噴油量的準(zhǔn)確控制，完成軟硬件設(shè)計，主要技術(shù)指標(biāo)：。（齒條位移大于1mm），響應(yīng)時間小于40ms。（），響應(yīng)時間小于40ms。（控制器局域網(wǎng)）通信（該部分可選做）。 系統(tǒng)方案論證近年來，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，發(fā)動機(jī)噴油系統(tǒng)電子控制采用使的發(fā)動機(jī)突破傳統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)的弱點(diǎn)，進(jìn)一步提高了噴油系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)能力。采用電子控制式當(dāng)前柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向。單片機(jī)作為柴油機(jī)電子控制單元的核心，它具有體積小、集成度高、可靠性好、功耗低和實時處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適用于獨(dú)立控制場合。單片機(jī)技術(shù)推動了發(fā)動機(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)動機(jī)控制項目也從簡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)動機(jī)控制系統(tǒng)具有高性能的重要保證。 單片機(jī)的選擇論證由于柴油機(jī)的電控系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，不僅有柴油機(jī)工作時猛烈的振動，還有高溫及電磁干擾及油污灰塵等的侵蝕，此外，柴油機(jī)的控制單元要求體積小、可靠性高、實時處理能力強(qiáng)，因此，在發(fā)動機(jī)電子控制單元單片機(jī)的選擇上，必須考慮其具體使用環(huán)境和柴油機(jī)噴油控制的實時性，一般品種的單片機(jī)很難勝任。ATMEL公司的8位單片機(jī)是國際主流機(jī)型之一，具有功能齊全、可靠性高、品種多、性能價格比高的特點(diǎn)，在家電、儀器儀表及智能控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，美國通用汽車公司，Caterpillar公司等在其電控柴油機(jī)中都已采用該種單片機(jī)，取得明顯的效果。ATMEL系列8位單片機(jī)在汽車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． 有用戶可以自行選擇的4種方式；c． 有豐富的I/O口，可簡化系統(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、有計算機(jī)操作正常檢測系統(tǒng)和時鐘檢測系統(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。用戶可以根據(jù)需 要靈活定位；j． 采用普林斯頓的統(tǒng)一尋址方式，方便編制，簡化指令系統(tǒng)；k． 單片機(jī)引腳功能介紹：40個引腳按引腳功能大致可以分為4個種類：電 源、時鐘、控制和I/O引腳。圖 21 單片機(jī)引腳圖1． 電源。（1） VCC芯片電源，接+5V。（2） VSS接地端。注；用萬用表測試單片機(jī)引腳電流一般為0V或者5V，這是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，但是有時候在單片機(jī)程序正在工作時候測試結(jié)果并不是這個值而是介于0V~5V之間，其實這只是萬用表反應(yīng)沒這么快而已，在某一個瞬間單片機(jī)引腳電流還是保持在0V或者5V的。2． 時鐘。XTALXTAL2晶體震蕩電路反相輸入端和輸出端；3． 控制線?？刂凭€共有4根：（1） ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。①ALE功能：用來鎖存P0口送出的8位地址；②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，在引腳輸入編程脈沖。（2） PSEN：外ROM讀選通信號。（3） RST/VPN：復(fù)位/備用電源。①RST（Reset）功能：復(fù)位信號輸入端；②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。（4） EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。①EA功能：內(nèi)外ROM選擇端；②Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。4． I/O線。5． 89C51共有4個8位并行I/O端口：P0、PPP3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出的控制信號（屬控制總線）[7] 張毅剛.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》[M].高等教育出版社。 傳感器選擇論證車用柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是實現(xiàn)噴油泵的電控，其中噴油量的準(zhǔn)確控制是核心問題，而噴油量的準(zhǔn)確控制又是通過柴油發(fā)動機(jī)電控噴油控制系統(tǒng)的齒條位移傳感器電控單元（ECU）和齒條位移執(zhí)行器等構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)的，要進(jìn)行有效的控制，就要求傳感器檢測的當(dāng)前齒條的位置信號準(zhǔn)確無誤，因此對于齒條位移檢測所應(yīng)用的傳感器的選擇尤為重要。 噴油泵電控的整個閉環(huán)系統(tǒng)控制由位移傳感器來監(jiān)視，并反饋到電子控制單元進(jìn)行實時調(diào)控位移傳感器的測量精度反應(yīng)速度，輸出噪聲，工作穩(wěn)定性等指標(biāo)直接決定了整個系統(tǒng)的控制精度及控制品質(zhì)，所以要慎重應(yīng)用。采用位移傳感器能使柴油發(fā)動機(jī)電控噴油系統(tǒng)反饋的位移信號準(zhǔn)確度高，使整個系統(tǒng)的閉環(huán)提供了有效的偏移量，整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。位移傳感器的工作特性：位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波位移傳感器，霍爾式位移傳感器。電感式位移傳感器是一種金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時，金屬中則產(chǎn)生渦流而洗去了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。電感式位移傳感器具有無滑動觸點(diǎn)，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下，位移傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。磁致伸縮線性位移傳感器的工作原理：在工作時，由電子倉內(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，同時產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)這個磁場與磁環(huán)或浮球中的永久磁場相遇時，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動，這一扭動被安裝在電子倉內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖，通過電子電路計算出兩個脈沖之間的時間差，即可精確測出被測的位移和液位。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于要求測量精度使用環(huán)境較惡劣的位移和液位測量系統(tǒng)中。具有精度高、重復(fù)性穩(wěn)定可靠、非接觸式測量、壽命長、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。它的輸出信號是一個真正的絕對位置輸出，而不是比例的或需要再放大處理的信號，所以不存在信號漂移或變值的情況，因此不必像其它液位傳感器一樣需要定期重標(biāo)和維護(hù)。正是因為它的輸出信號為絕對值，所以即使電源中斷重新接通也不會對數(shù)據(jù)接收構(gòu)成問題，更無須重新歸回零位，與其它液位變送器或液位計相比有明顯的優(yōu)勢。它可廣泛的應(yīng)用于石化工、制藥、食品、飲料等行業(yè)，對各種液罐的液位進(jìn)行計量和控制。作為位移傳感器，它不但可以測量運(yùn)動物體的直線位移，而且還可同時給出運(yùn)動物體的速度模擬信號。電渦流傳感器是由DJ型前置放大器的電渦流探頭組合構(gòu)成，它使一種趨近式傳感器系統(tǒng)。由于其長期工作可靠性好，靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，采用非接觸測量，響應(yīng)速度快，耐高溫，能在油、汽、水等惡劣環(huán)境下長期連續(xù)工作，檢測不受油污、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)，對各種旋轉(zhuǎn)型機(jī)械的軸位移、振動、轉(zhuǎn)速、漲差、偏心、油膜厚度等進(jìn)行在線監(jiān)測和安全保護(hù)，為精密診斷系統(tǒng)提供了全息動態(tài)特性，有效地對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。電渦流位移傳感器系統(tǒng)主要包括探頭、延伸電纜（可選）、前置器和附件。線性范圍寬、動態(tài)響應(yīng)好、抗干擾能力強(qiáng)。電渦流傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移傳感器。前置器內(nèi)產(chǎn)生的高頻電流從振蕩器流入探頭線圈中，線圈就產(chǎn)生了一個高頻電磁場。當(dāng)被側(cè)金屬的表面靠近該線圈時，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即