【文章內容簡介】 油機的調速控制；北京理工大學用電磁閥通過液壓伺服機構來驅動齒條實現了直列泵的噴油量控制；東汽公司在CUMMINS6BT上進行的基于調節(jié)齒桿位置控制油量的調速器系統(tǒng)也取得了一定成效。在開發(fā)高壓共軌系統(tǒng)及其與柴油機匹配技術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電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)。國內這方面研究的重點大學如吉林工業(yè)大學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)＂等各個方面進行了開發(fā)和試驗研究工作，并取得了顯著成果。國內既積極引進國外先進技術又努力自主開發(fā)，04年底威孚集團和BOSCH公司聯合組建了博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司，該公司以BOSCH公司技術為依托在無錫生產高壓共軌系統(tǒng)。BOSCH公司滿足歐Ⅲ排放標準的高壓共軌系統(tǒng)已投入使用國內市場。國內在一些關鍵技術問題如高速電磁閥的研究、泵油量的控制、執(zhí)行機構的開發(fā)、泄漏問題、各學科分工合作等還不怎么成熟和完善[6] 李慧，張德江，[J]，傳感技術學報，2004年第一期。目前相關企業(yè)正在致力于做一些共軌電控及其標定系統(tǒng)研制開發(fā)、零部件的優(yōu)化調整、燃油特性分析和燃油系統(tǒng)的模擬計算等方面工作。柴油機電控技術與汽油機電控技術有許多相似之處，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與汽油機的主要差別是，汽油機的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比(汽油與空氣的比例)，柴油機的電控噴射系統(tǒng)則是通過控制噴油時間來調節(jié)輸出油量的大小，且柴油機噴油控制是由發(fā)動機的轉速和加速踏板位置(油門、供油拉桿位置)來決定的。柴油機電控技術有兩個明顯的特點：一是柴油噴射電控執(zhí)行器復雜，二是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。柴油機的燃油噴射具有高壓、高頻、脈動等特點，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，相對于上死點的角度為止要求很準確沒這就導致了柴油噴射的執(zhí)行器復雜得多。從控制對象看，從機械控制時機械調速器控制噴油量，機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，噴射壓力所感應的工況由單一的轉速工況發(fā)展到感應整個發(fā)動機運行工況和環(huán)境條件，這樣勢必帶來了控制復雜性。因此柴油機電控技術的關鍵是執(zhí)行器，也即是電控柴油及噴射機構，各個國家都在致力于開發(fā)研制各種類型的電控柴油機噴射機構，以尋求最佳方案，這也是柴油機電控技術的難點所在。 論文研究的主要內容本文主要研究對執(zhí)行器的控制問題。柴油發(fā)動機執(zhí)行器作為控制機構，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行控制，從而達到控制的精度和準確性。由于PID控制算法簡單，運算量少，具有較強的魯棒性以及較高的控制精度，特別是穩(wěn)態(tài)精度高，具有很廣泛地適應性。而且PID調節(jié)器是一種應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，只要確定好響應的參數，便可以很好地發(fā)揮其調節(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，又能達到控制精度要求。 第二章 方案論證 系統(tǒng)設計要求系統(tǒng)采用單片機對柴油機噴油泵(BOSCH噴油泵)進行控制，主要實現對噴油泵內齒條位置的準確控制，從而實現噴油量的準確控制，完成軟硬件設計，主要技術指標：。（齒條位移大于1mm），響應時間小于40ms。（），響應時間小于40ms。（控制器局域網）通信（該部分可選做）。 系統(tǒng)方案論證近年來，隨著電子技術的迅猛發(fā)展，發(fā)動機電子控制技術取得了長足的進步，發(fā)動機噴油系統(tǒng)電子控制采用使的發(fā)動機突破傳統(tǒng)機械調節(jié)的弱點，進一步提高了噴油系統(tǒng)的靈活性和適應能力。采用電子控制式當前柴油機技術發(fā)展的重要方向。單片機作為柴油機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的特點，適用于獨立控制場合。單片機技術推動了發(fā)動機控制技術的發(fā)展，隨著電子控制單元中單片機從4位向16位發(fā)展，發(fā)動機控制項目也從簡單的噴油反饋控制發(fā)展到整機的智能控制，由于電子控制單元中單片機的功能和可靠性直接影響電控系統(tǒng)的性能，因此，選用功能較強的單片機是發(fā)動機控制系統(tǒng)具有高性能的重要保證。 單片機的選擇論證由于柴油機的電控系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，不僅有柴油機工作時猛烈的振動，還有高溫及電磁干擾及油污灰塵等的侵蝕，此外，柴油機的控制單元要求體積小、可靠性高、實時處理能力強，因此，在發(fā)動機電子控制單元單片機的選擇上，必須考慮其具體使用環(huán)境和柴油機噴油控制的實時性，一般品種的單片機很難勝任。ATMEL公司的8位單片機是國際主流機型之一，具有功能齊全、可靠性高、品種多、性能價格比高的特點，在家電、儀器儀表及智能控制領域得到了廣泛應用。目前，美國通用汽車公司，Caterpillar公司等在其電控柴油機中都已采用該種單片機，取得明顯的效果。ATMEL系列8位單片機在汽車控制方面已成為一種工業(yè)標準，本系統(tǒng)選用的AT89C51單片機為ATMEL公司80年代末生產的增強微控制器，是目前最強的8位單片機，其主要特點如下：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)端口擴展，從而提高系統(tǒng)的可靠性；d． 具有較強的定時器、脈沖累加器功能；e． 有8位8通道的A/D轉換；f． 有方便的串行通訊接口SCI和串行外設接口SPI；g． 可靠性好、有計算機操作正常檢測系統(tǒng)和時鐘檢測系統(tǒng)；h． 有較強的指令系統(tǒng)，便于軟件編制；i． 具有256字節(jié)的片內RAM和2K字節(jié)的片內PROM。用戶可以根據需 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引腳電流一般為0V或者5V，這是標準的TTL電平，但是有時候在單片機程序正在工作時候測試結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沒這么快而已，在某一個瞬間單片機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。控制線共有4根：（1） ALE/PROG:地址鎖存允許/片內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：復位/備用電源。①RST（Reset）功能：復位信號輸入端；②VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。（4） EA/Vpp：內外ROM選擇/片內EPROM編程電源。①EA功能：內外ROM選擇端；②Vpp功能：片內有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.《單片機原理及應用》[M].高等教育出版社。 傳感器選擇論證車用柴油機電控技術的關鍵是實現噴油泵的電控，其中噴油量的準確控制是核心問題，而噴油量的準確控制又是通過柴油發(fā)動機電控噴油控制系統(tǒng)的齒條位移傳感器電控單元（ECU）和齒條位移執(zhí)行器等構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實現的，要進行有效的控制，就要求傳感器檢測的當前齒條的位置信號準確無誤，因此對于齒條位移檢測所應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行實時調控位移傳感器的測量精度反應速度，輸出噪聲，工作穩(wěn)定性等指標直接決定了整個系統(tǒng)的控制精度及控制品質，所以要慎重應用。采用位移傳感器能使柴油發(fā)動機電控噴油系統(tǒng)反饋的位移信號準確度高，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的線性器件，接通電源后，在開關的感應面將產生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產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，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，位移傳感器主要應用在自動化裝備生產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，由電子倉內的電子電路產生一起起始脈沖，此起始脈沖在波導絲中傳輸時，同時產生了一沿波導絲方向前進的旋轉磁場，當這個磁場與磁環(huán)或浮球中的永久磁場相遇時，產生磁致伸縮效應，使波導絲發(fā)生扭動，這一扭動被安裝在電子倉內的拾能機構所感知并轉換成相應的電流脈沖，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。該產品主要應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、重復性穩(wěn)定可靠、非接觸式測量、壽命長、安裝方便、環(huán)境適應性強等特點。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和維護。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據接收構成問題，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。它可廣泛的應用于石化工、制藥、食品、飲料等行業(yè)，對各種液罐的液位進行計量和控制。作為位移傳感器，它不但可以測量運動物體的直線位移，而且還可同時給出運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，采用非接觸測量，響應速度快，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、蒸汽等介質的影響，已廣泛應用于電力、石化、冶金、鋼鐵、航空航天等大中型企業(yè)，對各種旋轉型機械的軸位移、振動、轉速、漲差、偏心、油膜厚度等進行在線監(jiān)測和安全保護，為精密診斷系統(tǒng)提供了全息動態(tài)特性，有效地對設備進行保護。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)響應好、抗干擾能力強。電渦流傳感器是以高頻電渦流效應為原理的非接觸式位移傳感器。前置器內產生的高頻電流從振蕩器流入探頭線圈中，線圈就產生了一個高頻電磁場。當被側金屬的表面靠近該線圈時，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面產生感應電流，即