柴油機共軌電控噴油系統軟件設計探析

陳樹娟（山東服裝職業學院，山東泰安，271000）

柴油機共軌電控噴油系統軟件設計探析

陳樹娟
（山東服裝職業學院，山東泰安，271000）

新能源不斷的開發并使用，但石油仍然是21世紀的主要燃料。而內燃機中的共軌電控噴油系統由于它的能柔和燃燒、噪音低、排放量小并且能夠實現多次噴射的優點，成為未來內燃柴油機噴油系統的主要研究對象。本文首先介紹了柴油機共軌電控噴油系統的發展歷史，然后重點對共軌噴油系統軟件開發設計作了探討說明。

柴油機；共軌電控；噴油系統；軟件設計

0 前言

在我國新能源研究開發的同時，作為傳統能源的石油的使用一直被國家所重視。而先進的內燃機技術的研究開發并在國家公共交通中的應用一直是各個相關高校和研究所研究的重點。柴油機共軌電控噴油系統關于噴油協調、燃油噴射控制以及噴油量調節等問題開發設計的軟件一直是我國研究工作面臨的重點課題。

1 柴油機共軌電控噴油系統的大體發展歷程

1.1 柴油共軌電控噴油系統工作的原理以及特點

共軌電控噴油系統的共軌管處于噴油器和噴油泵之間，共軌管積蓄從噴油泵輸送過來的燃油的同時還起到控制壓力的波動作用，然后噴油器接收來自各個輸油管的燃油。而噴射的開始與終止將有安裝在噴油器上的電磁閥門來全程控制，認為設定的噴油定時來決定電磁閥門的控制時間，但是最終噴油量卻是由電磁閥門控制持續時間和共軌上的壓力來共同控制。

1.2 柴油機共軌電控噴油系統歷史發展階段

從上個世紀70年代柴油機電控噴油技術開始出現并得到初步發展以來，柴油共軌電控噴油系統大致來講已經經歷了三個較大的發展改進階段。

（1）第一階段——位置式的電控噴油系統

具有泵、管和嘴結構的位置式電控噴油系統是柴油機電控噴油系統發展歷史中的第一個階段，該系統中應用到了基本的控制噴油量的機械傳動結構，這些機械傳動機構主要包括噴油泵的齒條、齒圈、滑套、柱塞和螺旋槽等。在該共軌電控噴油系統中，為了提高噴油控制精度和噴油的響應速度，把最開始的機械離心控制調節系統改裝替換為電子控制，這種較原來先進的電子控制一般由電子傳感器、自動執行器以及電子控制單元（ECU）組成。第一代柴油電控噴油系統只是在直列泵和分配泵上進行略微的改進，改進后就相應的劃分為直列泵柴油電控噴油系統和分配泵柴油電控噴油系統。

（2）第二階段——具備時間控制式的電控噴油系統

經過改進革新的時間起控制作用的電控噴油系統就是柴油電控噴油系統的第二個階段。它的噴油量成為時間的函數的顯著特點的產生，是因為在這個系統中，噴油量的大小是由噴油器開啟時間長短以及噴油壓力兩個因素來決定的。在該系統中，高速電磁閥的開關與閉合決定著噴油的開始與結束，而噴油的時間長短也由高速電磁閥的關閉間隔時刻來決定。

（3）第三階段——時間壓力共同控制式電控噴油系統

第三階段的時間壓力來共同起控制作用的電控噴油系統，與前兩種的位置式控制電控噴油系統和時間起控制作用的電控噴油系統相比，不僅徹底的擺脫了傳統的結構，而且還將現代化的電磁感應技術、計算機控制技術以及電磁閥技術完全融入了全新的電控噴油結構中。該系統的一般供油原理是，大都采用與前兩個發展階段所不同的利用燃油來計量壓力以及時間的方式，進而在電磁閥的全程控制下通過公共應用的供油管道來實現對于供油的控制。

1.3 國內外柴油電控噴油系統的研究進展對比

國內在共軌電控噴油系統的研究由于起步較晚，這些技術都不同程度的落后于國外，處于起步階段。雖然在國外對這些領域的技術日趨重視的前提下，各大相關高校及研究所與企業合作在共軌電控噴油系統取得了一定的成績，但是要不都是沒有自主研發體系，要不就是雖然開發出了自主系統，但是無法投入批量生產。

2 柴油機共軌電控噴油系統中要用到的軟件的設計開發

2.1 關于柴油機共軌電控噴油系統軟件開發設計

要設計開發出柴油機共軌電控系統的一系列軟件，必須首先要了解這些控制電控噴油系統軟件的基本組成有哪些。電控系統軟件總的來說包含的幾部分主要有基礎性部分軟件、控制部分軟件以及標定部分和調試部分軟件。在這些一系列組成軟件部分中，基礎部分軟件與硬件部分之間相輔相成，它的主要作用是一個給起控制作用的部分軟件來提供資源的軟件部分，以及完成底層配制如對寄存器的定義、分配地址、對系統初始化和分配引腳等。

柴油機共軌電控噴油系統軟件開發的目的是為了解決噴射次數的協調問題、確定噴油量的多少問題、噴油間隔時間和持續時間問題、控制噴油器作用時間問題和檢測噴油效用效果問題。在對軟件基本組成部分以及開發這些軟件的目的了解之后，才能針對問題和目的有條理地來開發所需軟件。

2.2 柴油機共軌電控噴油系統軟件開發設計工具選擇

對柴油機共軌電控噴油系統起控制作用的一系列軟件的開發設計中對于開發軟件過程所需要的工具的選擇對軟件開發的過程以及軟件最終的效果具有重要作用，開發軟件借助的工具選擇好了，對于軟件開發可以達到事半功倍的效果。

目前國際上通用的柴油機共軌電控噴油系統軟件開發設計的建模工具技術軟件一般有兩種，第一種是代碼自動生成技術，第二種是快速算法定型開發技術。而集成硬件的仿真設計是由快速算法定型開發技術來實現的。但是一般的對柴油機共軌電控噴油系統軟件開發設計工作都會選擇代碼自動生成技術與快速算法定型開發技術結合的開發技術來使用，這是因為代碼自動生成技術可以保證代碼的準確率和代碼質量以及對節省人力物力成本也有一定的效果，而快速算法定型開發技術可以在開發軟件過程中直接標定所要求的參數算法，這種直接對參數算法的標定可以大大縮短軟件的開發周期，實現軟件快速開發。

2.3 柴油機共軌電控噴油系統中的各部分要用到的軟件的開發設計

（1）基于ECU的噴射系統軟件的開發

如下圖2所示，基于ECU的軟件開發大致要經過對ECU需求在軟件中描述、軟件建模以及仿真、自動生成ECU編程代碼以及優化、代碼進行在線測試和最后一步的軟件實際標定和測試這些流程。

圖2.ECU軟件開發流程

（2）噴油量換算同時完成噴油量調節軟件的開發

發動機對于燃油的需求量要經過機械扭矩傳遞給系統，系統再在軟件的控制下完成相應噴油量多少的換算。發動機所需的目標噴油量將會在該軟件的控制下通過噴射系統的噴射口進行預噴，同時，噴油時間長短以及噴油量間隔都會在軟件的自動控制下精確實施。

（3）基于噴射系統中的具備噴射協調功能的軟件的開發

每個油缸在每次循環下的噴射次數以及每個油缸的噴射的優先級要通過噴射系統的噴射協調軟件來調節。噴射系統噴射協調軟件的主要作用是在發動機的需求噴油量的條件下，要確定最佳噴油組合，并且對每一個噴油組合實施即時控制。

射系統噴射協調軟件主要包含兩個部分，一個是對于噴油選擇油缸的優先級，另一個是對于選定的油缸組合進行協調合作噴油。一般將噴油的優先級設置為主噴為最優級，預噴為次優級。對于噴油組合的主噴和預噴協調設置問題，一般設置如下圖3的噴射協調組合方式，即在發動機高負荷狀態下，只設置最多一次或者不設置預噴，而以主噴為主，這是因為高負荷狀態下進行預噴，雖然對廢棄排放不會產生較大影響，但是會較大程度損害發動機的性能。

圖3.噴射協調軟件對于噴射組合的設置簡示圖例

（4）基于控制發動機正常運行的軟件的開發設計

發動機的是否正常運行會直接影響柴油機電控噴油系統的正常運行，在發動機控制正常運行的軟件有主控軟件系統和中斷軟件系統。而主控系統程序主要包括上電自檢軟件、系統的初始化軟件、故障自我診斷軟件以及控制量自我修正軟件等。中斷控制系統的軟件組成部分最主要的就是可編程的定時自我中斷系統。

（5）基于預噴控制要用到的的軟件的設計開發

柴油機共軌電控噴油系統預噴控制的軟件的功能主要有：1）核查預噴的條件是否達到；2）對于達到預噴條件時的所需噴油量的自動計算；3）噴油器的預噴油的開始時間和結束時間的控制以及精確計算，；4）對于預噴作用的時間長短進行控制等。

（6）基于主噴控制要用到的的軟件的設計開發

這部分的軟件程序的主要功能是計算主噴油量、確定主噴時的角度、控制主噴作用的時間以及間隔等。在主噴和預噴之間優先級關系協調好之后的條件下，主噴油量就等于發動機實際需油量與噴油器預噴油量之差。而主噴作用的時間則取決于發動機在轉速限制以后的情況下需油時的需油請求，若是發動機的斷油需求發出，則主噴的噴油時間應該為0。

3 結語

通過參考大量文獻的以及對于柴油共軌電控噴油系統設計開發一系列控制軟件的實踐，對柴油共軌電控噴油系統基于主噴、預噴、主噴預噴之間的協調、噴油量的計算、噴油作用時間的起始以及間隔和發動機的目標需油量軟件的認識得到了進一步加深。柴油機共軌電控噴油系統的一系列控制軟件將在電控噴油系統中的應用越來越廣。

孫欽云.柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統軟件設計［D］.長安大學 2010

陳樹娟，（1979.5-），女，山東泰安人，本科學歷，副教授，研究方向：計算機應用技術。

Software design of diesel engine common rail electronically controlled fuel injection system

Chen Shujuan
（Shandong Vocational Institute of Clothing Technology，Shandong Tai'an，271000）

New energy is constantly developed and used， but oil is still the main fuel in twenty-first Century.Owing to its soft combustion， low noise， small amount of discharge and can realize the advantages of multiple injection become future diesel engine fuel injection system is the main object of study in an internal combustion engine common rail electronic control fuel injection system.This paper first introduces the development history of diesel engine common rail electronically controlled fuel injection system， and then discusses the software development and design of common rail injection system.

diesel engine；common rail electronic control；fuel injection system；software design