【正文】 據(jù)發(fā)動機的實際運轉(zhuǎn)工況反饋控制調(diào)整各缸供油量和供油時間，一方面改善了燃燒，提高了工質(zhì)的熱效率，另一方面也能適當(dāng)減少某些有害排放，是現(xiàn)代電子技術(shù)與傳統(tǒng)機械產(chǎn)業(yè)結(jié)合的典范[1]。從2000年10月1日起，執(zhí)行歐洲Ⅲ號標(biāo)準(zhǔn)，就NOX、HC、CO及微小顆粒物質(zhì)等排放限值，歐洲Ⅲ號限值分別是歐洲Ⅱ號的71%、60%、52%和67%。為了治理環(huán)境污染，各國相繼對大氣中各種排放污染源的排放提出控制要求，制定強制性排放標(biāo)準(zhǔn)（排放法規(guī)），以控制汽車排放污染物排放量。據(jù)研究，%的一氧化碳（CO）、%的碳?xì)浠衔铮℉C）、%的氮氧化合物(NOX)、%的二氧化碳（CO2）、%的二氧化硫（SO2）、32%的微粒物（PM）來自汽車廢氣排放。燃油噴射電磁閥控制系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)畢業(yè)論文目 錄 第一章 緒論 1 引言 1 電控燃油噴射的意義 1 電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展 1 電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展趨勢 3 第二章 電磁閥控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 5 電磁閥控制燃油噴射系統(tǒng)的工作原理 5 電控單元的設(shè)計 11 本章小結(jié) 13 第三章 電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 14 硬件電路設(shè)計總概 14 單片機介紹 15 驅(qū)動電路的設(shè)計 18 外部顯示和鍵盤電路 22 編碼器雙向計數(shù)的抗干擾電路 23 硬件抗干擾措施 24 本章小結(jié) 25 第四章 電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 26 單片機C語言開發(fā)工具 26 主程序 26 30 本章小結(jié) 30 第五章 全文總結(jié)與展望 32 全文總結(jié) 32 展望 32 參考文獻(xiàn) 33 外文資料 中文譯文 致謝 1天津大學(xué)仁愛學(xué)院2010屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章 緒論 引言隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，人類的生存環(huán)境和工作環(huán)境也面臨著大氣、水源、電磁輻射和噪聲等一系列的污染，生態(tài)平衡遭到嚴(yán)重的破壞。而汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的生產(chǎn)量和保有量急劇增加，汽車排放污染已成為大氣污染最主要的根源，嚴(yán)重的危害著人類的健康。而城市大氣中，61%的CO、87%的HC、55%的NOX汽車廢氣排放。隨著歐洲一體化進程的深入，自20世紀(jì)90年代始推行了更加嚴(yán)格的排放法規(guī)，對汽車排放的限制越來越嚴(yán)厲，相繼出臺了歐洲Ⅰ號、Ⅱ號直至Ⅴ號標(biāo)準(zhǔn)。 電控燃油噴射的意義在人們意識到汽車廢氣的污染的嚴(yán)重時，紛紛出臺很多控制汽車尾氣排放的政策，但是這不能從根本上來解決這個問題，再加上石油資源的緊張，于是人們從上世界七十年代就開始對發(fā)動機燃油電控噴射系統(tǒng)的研究。 電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展 燃油噴射系統(tǒng)式發(fā)動機的核心部分，對發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性、排放、噪聲、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，以及可靠性、耐久性等都有極其重要的影響，采用電子控制技術(shù)將大大優(yōu)化燃油的噴射規(guī)律。相比機械控制方式，發(fā)動機采用電子控制技術(shù)的優(yōu)勢在于：（1） 控制自由度大，能針對不同的運行工況，迅速調(diào)整，實現(xiàn)對噴油量、噴油正時、噴油壓力和噴油速率等參數(shù)的最優(yōu)控制，是發(fā)動機在大部分工況下均具有良好的性能。（3） 能充分考慮其他影響燃油噴射和缸內(nèi)燃燒的各種因素，如大氣壓力、水溫、油溫、油的品質(zhì)等，并做出準(zhǔn)確的校正。在發(fā)動機電控噴射技術(shù)的發(fā)展過程中，不論是最早的位置控制式電控噴射系統(tǒng)還是近期的高壓共軌電控噴射系統(tǒng)，國內(nèi)外均投入了大量的人力物力開發(fā)新的技術(shù)，研究成果不斷涌現(xiàn)。這類系統(tǒng)盡量保留了原機械燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和部件，包括傳統(tǒng)的噴油泵—高壓油管—噴油嘴系統(tǒng)及控制油量的機械傳動機構(gòu)，如直列泵中的油量調(diào)節(jié)齒桿、柱塞上控油螺旋槽，VE型分配泵中的油量調(diào)節(jié)滑套等，所以易為發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)和用戶所接受。目前該類系統(tǒng)主要有基于分配泵和基于直列泵的兩種類型。時間控制的核心在于采用高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴油定時和噴油持續(xù)時間。時間控制式的電控燃油噴射系統(tǒng)在大功率發(fā)動機上一般有兩種結(jié)構(gòu)：（1）電控單體泵系統(tǒng)。這種控制方式對于原來使用聯(lián)合調(diào)節(jié)器的機車發(fā)動機而言，需要做一些改動：主要是取消聯(lián)合調(diào)節(jié)器、接卸噴油泵、供油拉桿及其附件等噴油調(diào)節(jié)系統(tǒng)，改用電控單體泵和電子控制單元，并加裝相應(yīng)傳感器。（7） 電控泵噴嘴系統(tǒng)。不過需要重新設(shè)計汽缸蓋，凸輪軸也需要重新布置，這將對發(fā)動機的改動很大，而且汽缸蓋將變得更復(fù)雜，一般用于新設(shè)計的發(fā)動機。高速電磁閥控制高壓燃油的噴射規(guī)律為：電磁閥關(guān)閉，開始噴油；電磁閥打開，噴油結(jié)束?？梢?，時間控制式實現(xiàn)了噴油定時和噴油量的雙重控制。時間控制式仍然采用脈動供油的方法，供油規(guī)律與曲軸轉(zhuǎn)速有著密切關(guān)系，故低速特性差。于謙兩代相比，共軌式燃油噴射系統(tǒng)不再采用遇有脈動供油特點，而是有一個高壓油泵將高壓燃油持續(xù)泵入一個公共容器（共軌）中，燃油噴射的控制有集成在噴油器內(nèi)的電磁閥執(zhí)行，還可以通過電磁閥調(diào)節(jié)高壓燃油的噴射壓力，達(dá)到噴油定時、噴油持續(xù)時間和噴油壓力的三重柔性控制，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)噴射、后噴射和多次噴射。這將大大改善發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速、低負(fù)荷性能；明顯改善油耗和排放等綜合性能。位置控制式可以柔性的控制噴油提前角，相比聯(lián)合調(diào)節(jié)器已有質(zhì)的飛躍。但二者共同點為脈動供油，噴油壓力也曲軸轉(zhuǎn)速有密切關(guān)系，噴油壓力取決于凸輪型線和曲軸轉(zhuǎn)速。二者的共同點是都能對個噴油泵單獨控制。：1的壓力放大器裝入每一個噴射器，使得在“蓄壓”式共有技術(shù)中出現(xiàn)了一大提高，泵噴嘴最大噴嘴壓力達(dá)到2500巴，而通過的共軌技術(shù)最樂觀的預(yù)測大約為1800巴。這種新的燃油系統(tǒng)將兼?zhèn)涞膯误w泵/泵噴嘴以及共軌系統(tǒng)的特性。德爾福汽車系統(tǒng)公司的“雙氣閥”E3整體式噴油器又稱為E3 EUI噴油系統(tǒng)，目前已經(jīng)裝用在沃爾沃D12發(fā)動機上，該系統(tǒng)能夠不依賴于噴油器內(nèi)燃油壓力的升高和降低，僅僅由EUI主溢流調(diào)節(jié)，獨立控制噴油器的打開和關(guān)閉，實現(xiàn)了多重噴射的可能性?？v觀發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展和未來發(fā)動機對噴射系統(tǒng)的要求，未來發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)將面向以下發(fā)展方向：（1） 高的噴射壓力。（3） 獨立的噴射正時。（5） 最小油量噴射控制能力。 第二章 電磁閥控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 電磁閥控制燃油噴射系統(tǒng)的工作原理從功能上分析，共軌燃油噴射系統(tǒng)可以分成兩大部分:(l)燃油供給部分；(2)電子控制部分。供油泵使低壓燃油加壓成高壓燃油，并送入共軌中。噴油器內(nèi)的電磁閥在計算機指令的控制下，在適當(dāng)?shù)臅r刻開啟或關(guān)閉，完成燃油噴射。輸入ECU的信息是由安裝在車輛和發(fā)動機上的各種傳感器輸出的。常見的傳感器有發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、油門開度傳感器、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器、共軌壓力傳感器、冷卻水溫度傳感器、空氣溫度傳感器、燃油溫度傳感器、增壓壓力傳感器、巡航控制開關(guān)、機油傳感器、進氣量傳感器、凸輪轉(zhuǎn)角傳感器和上止點位置傳感器等。 電磁閥的工作原理電磁閥是用來控制流體的方向的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；通常用于機械控制和工業(yè)閥門上面，對介質(zhì)方向進行控制，從而達(dá)到對閥門開關(guān)的控制。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動?！　√攸c：在真空、負(fù)壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過25mm。當(dāng)入口與出口達(dá)到啟動壓差時，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動關(guān)閉件，向下移動，使閥門關(guān)閉。　　3）先導(dǎo)式電磁閥：　　原理：通電時，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關(guān)閉件向下移動，關(guān)閉閥門?！　‰姶砰y從閥結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別，分為六個分支小類：直動膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步直動活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu)。凸輪有單作用型、雙作用型、三作用型和四作用型等多種。向共軌中供油的頻率應(yīng)和噴油頻率相同，這樣可使共軌中的壓力平穩(wěn)。）；（3）制作控制電路，將油泵電磁閥開啟時刻對應(yīng)的角度和持續(xù)期設(shè)成可調(diào)量（此過程電磁閥開啟四次）；（4）進行標(biāo)定，確定油泵最大供油能力所對應(yīng)的油泵電磁閥開啟角度和持續(xù)期；（5)柱塞下行：斷電，電磁閥開啟，從低壓油罐抽油；（6）柱塞上行預(yù)行程：不通電，無壓縮，部分燃油壓回低壓油管；（7）柱塞壓縮行程：在上止點的某個時刻，通電，閥關(guān)閉，剩余燃油壓到高壓油管；（8）通電越早，供應(yīng)燃油越多。(l)柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔。(3)滿足必要的供油量定時，向控制閥通電，并使之開啟，則回油流路被切斷，柱塞腔內(nèi)燃油被升壓?？刂崎y開啟后的柱塞行程與供油量對應(yīng)。(4)凸輪越過最大升程后，則柱塞進入下降行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低?？刂崎y處于停止通電狀態(tài)，控制閥開啟，低壓燃油被吸入柱塞腔內(nèi)，既恢復(fù)到A狀態(tài)。方法是調(diào)整供油泵供入共軌內(nèi)的燃油量。旋轉(zhuǎn)編碼器隨凸輪軸轉(zhuǎn)動，編碼器每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出720個脈沖，將脈沖通過A/D/轉(zhuǎn)換器采集到PC機，通過編程控制角標(biāo)的Z信號。電瓶開始供電，電磁閥打開，油泵開始泵油。要重復(fù)四次。 噴油嘴電磁閥控制：首先選擇以參考脈沖，確定此脈沖高電平下降沿與發(fā)動機上止點之間的的角度，將此角度設(shè)定成可調(diào)參數(shù)。 (2)準(zhǔn)備第一部分噴油參數(shù)，包括: 1）電磁鐵上升時間（吸合時間）轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的角度。電磁閥電流下降，噴射過程開始； 6）開始計量噴油脈寬時間E4； 7）準(zhǔn)備第三部分噴油數(shù)據(jù)，如果E4大于E3（E3為電磁鐵驅(qū)動電流由峰值電流降到維持電流的時間，一般E3200μs），進行電磁鐵維持電流控制（對電磁閥驅(qū)動脈沖A進行脈寬調(diào)制）的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備； 8）達(dá)到c點開始電磁鐵驅(qū)動電流的脈寬調(diào)制控制； 9）到達(dá)d點，噴油脈寬時間計量結(jié)束，關(guān)閉控制脈沖A； 10）噴油過程中，相機和激光器信號設(shè)定為可調(diào)量，根據(jù)需求隨時準(zhǔn)備觸發(fā)，抓拍噴油過程中的每一個細(xì)節(jié)。 燃油壓力傳感器的工作原理 傳感器作為電控單元的輸入部分，通過采樣獲知發(fā)動機的工況信息。本系統(tǒng)中使用了ALEC系列的增量式編碼器，將編碼器轉(zhuǎn)軸與發(fā) 動機曲軸相連，隨發(fā)動機運轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生72O個標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，可用來計算轉(zhuǎn)速大小，并與上止點基準(zhǔn)信號相配合來確定電磁閥開啟時刻的轉(zhuǎn)角位置 ， 。對油軌壓力進行時時檢測，同時通過調(diào)節(jié)限壓閥調(diào)節(jié)油軌中的壓力。由于電控單元的重要地位，因此要求電控單元應(yīng)具有很好的穩(wěn)定性及較強的抗干擾能力，以保證其工作的可靠性。在計算機的一般應(yīng)用領(lǐng)域中，軟件工程與硬件工程的分工是比較明確和嚴(yán)格的，而在電控單元這種實時控制系統(tǒng)，硬件和軟件則是一個不可分割的整體。兩者相輔相成，互相關(guān)聯(lián)。硬件系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試、控制軟件的開發(fā)以及硬件系統(tǒng)和軟件集成之后的聯(lián)調(diào)，工作量比較大。在此控制系統(tǒng)中，選用功能強大的C8051F410/2單片機實現(xiàn)整個測控系統(tǒng)的主體，采用了功能模塊單獨設(shè)計的技術(shù)進行硬件系統(tǒng)設(shè)計，將硬件部分分為信號調(diào)理模塊、主控模塊和驅(qū)動模塊。 電控單元設(shè)計原則電控單元的設(shè)計應(yīng)遵循如下原則： (1)適應(yīng)ECU具體工作環(huán)境，采用可靠性設(shè)計，系統(tǒng)應(yīng)具有較好的抗振和抗電磁干擾的能力，能在各種環(huán)境溫度下可靠地工作； (2)采用低功耗高性能的元器件簡化電路，降低功耗，提高控制精度； (3)系統(tǒng)安裝調(diào)試方便，便于硬件軟件的檢測調(diào)試； (4)硬件電路采用模塊化設(shè)計方法，便于系統(tǒng)的擴展、移植和修改； (5)軟件設(shè)計采用層狀結(jié)構(gòu)體系和模塊化技術(shù)便于軟件修改和擴展。 ，在此電控系統(tǒng)的電控單元中，根據(jù)各部分功能的不同分為調(diào)理模塊、主控模塊和驅(qū)動模塊三個部分。(2)在控制軟件的管理下，完成各種控制功能，根據(jù)采集的系統(tǒng)參數(shù)進行工況判斷，進行共軌油壓、噴油正時、噴油量控制和進排氣門開閉控制；(3)輸出驅(qū)動功能，根據(jù)系統(tǒng)處理后所得的控制信息，進行信號輸出放大，驅(qū)動油壓控制機構(gòu)和定時控制機構(gòu)； (4)具備系統(tǒng)自診斷功能，如果檢測到故障，則啟用后備功能。第三章 電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件電路設(shè)計總概微控制器模塊C8051F410供電模塊12V→5V→LM2576,AS1117升壓模塊12V→70VLT1171LCD顯示模塊LCM128645ZK22鍵盤RS232轉(zhuǎn)換接口SP3223E油壓測量模塊雙向計數(shù)電平轉(zhuǎn)換 → SN74ALV16424→SN74ALV164獨立12V供電模塊發(fā)動機角標(biāo)器油泵u32anZK