時(shí)間控制式柴油機(jī)噴油量噴射系統(tǒng)的控策略分析

胥剛

摘 要：當(dāng)前時(shí)間控制式電控噴射系統(tǒng)成為柴油機(jī)噴油量控制的主流系統(tǒng)，本文闡述了時(shí)間控制式系統(tǒng)下各類工況下柴油機(jī)噴油量的控制策略，分析了噴油量控制芯片工作的邏輯關(guān)系。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);噴油量;智能控制策略

引言

傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)由高壓油泵，高壓油管，噴油嘴構(gòu)成。現(xiàn)代電控燃油噴系統(tǒng)的構(gòu)成增加了電控單元、各種傳感器，并與汽車集成一體。

而時(shí)間控制式電控噴油系統(tǒng)，則運(yùn)用可承載高壓的柱塞泵為電控噴油系統(tǒng)構(gòu)建所需噴射壓力，采用特制高速電磁閥的開閉狀態(tài)使柴油機(jī)的噴油正時(shí)與油量控制成為可能之中的電磁閥通電維持多少則反映了汽油量的多少，電磁閥起作用的時(shí)刻來控制柴油機(jī)的噴油正時(shí)，為時(shí)間函數(shù)，這和車用柴油機(jī)（EFI）電控噴射系統(tǒng)較為類似。時(shí)間控制式的柴油機(jī)噴油系統(tǒng)一般由電控噴嘴泵（單體泵）、電控分配泵和共軌系統(tǒng)組成。

一、電控單元的結(jié)構(gòu)與邏輯框架

如圖1所示的時(shí)間控制式的柴油機(jī)電控系統(tǒng)，它應(yīng)運(yùn)而生所用控制芯片上使用32位的微處理器，此ECU采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊均擁有獨(dú)立功能與作用。

通常有32位CPU（中央處理器單元）、SRAM（片內(nèi)存儲(chǔ)器）、TPU（定時(shí)處理器）、QSM（隊(duì)列串行模塊）、QADC（隊(duì)列式AD轉(zhuǎn)換模式）和SIM（系統(tǒng)集成模塊）等。所有模塊之間依托IMB（內(nèi)部總線）連接一體，而外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器依托EBI（外部總線接口）同系統(tǒng)集成模塊模塊連接。而前向通道內(nèi)，則依托接口電路產(chǎn)生的模擬信號(hào)輸進(jìn)“隊(duì)列式AD轉(zhuǎn)換模式”中，產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)則輸入定時(shí)處理器中。后向通道內(nèi)，定時(shí)處理器輸出不同執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)，依托驅(qū)動(dòng)電路使執(zhí)行器工作;監(jiān)控模塊則依托隊(duì)列串行模塊對(duì)ECU展開實(shí)時(shí)監(jiān)控。而在整個(gè)系統(tǒng)編制軟件程序時(shí)，既可使用專一功能的軟件程序，還能承超高性能的RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）。

二、一般工況下噴油量的控制原理與邏輯關(guān)系分析

發(fā)動(dòng)機(jī)通常由各個(gè)循環(huán)輸進(jìn)氣缸內(nèi)的燃油量來表征功率的高低，所以控制燃量稱為ECU的主要工作，在柴油機(jī)工作時(shí)，各個(gè)工況根據(jù)合適的控制邏輯向噴射系統(tǒng)噴油，控制策略是ECU軟件設(shè)計(jì)的重要原則，也是各個(gè)工況下能平順工作、順利銜接的基礎(chǔ)。

在一定的調(diào)速特性框架下，電控單元依據(jù)油門開度與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，得到所需汽油，如是冷車狀態(tài)下，將直接從表中選擇相應(yīng)的油門偏移量，如是怠速狀態(tài)則依據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值，在預(yù)設(shè)的調(diào)速特性中選擇的油量上，再增相應(yīng)修正量，此油量和依據(jù)進(jìn)氣壓力、溫度及轉(zhuǎn)速得到的冒煙極限油量相比較，選最小值，此信息通過油泵特性分析，并折算后獲取此刻的噴油持續(xù)角度。此處使用的油泵特性，是依據(jù)柴油機(jī)的循環(huán)供油量與轉(zhuǎn)速來選取合適的噴油角度，再疊加根據(jù)轉(zhuǎn)速查表獲取的延遲角，計(jì)算出最后噴油量（值）。在柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)有較大的不確定狀況，依據(jù)選通開關(guān)與冷卻水溫度，ECU即可直接獲取噴油正時(shí)和油量信息為系統(tǒng)提供控策略。

三、特殊工況下噴油量的控制方法與策略

（1）啟動(dòng)工況分析。柴油機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)有冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)兩種，冷車啟動(dòng)特別是低溫冷啟動(dòng)比較困難，這主要是低溫時(shí)燃油霧化不好，壁面溫度較低，同時(shí)機(jī)油黏度大，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩相對(duì)較大等原因。柴油機(jī)電控單元對(duì)啟動(dòng)過程采用定的控制策略。開環(huán)控制是一般情況所用的控制策略，即用柴油機(jī)的冷卻水表征圖所處環(huán)境與機(jī)器自身的情況，用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)表示啟動(dòng)控制的具體進(jìn)程。冷車啟動(dòng)時(shí)燃油霧化通常不佳，因此需要吸入比較多的汽油，一且冷卻水溫慢慢變暖，這種情況有所改善，油量降低。暖車控制在發(fā)動(dòng)機(jī)的基本供油量的基礎(chǔ)上附加暖車修正系數(shù)，實(shí)際對(duì)應(yīng)的是油門的附加量，冷卻水溫度為參考量查取暖車修正系數(shù)，隨發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度的提高，暖車修正量逐漸減少，當(dāng)冷卻水溫達(dá)到某一值時(shí)，暖車過程結(jié)束，不再向發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外的供油量，并進(jìn)入怠速工況

（2）怠速工況分析。怠速工況通常作為其工作的重點(diǎn)環(huán)節(jié)來控制，時(shí)間控制式柴油機(jī)噴油量噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)主要有前饋控制（開環(huán)）、PID調(diào)節(jié)（閉環(huán)）以及各缸均勻性控制等。

四、結(jié)束語

綜上所述，柴油機(jī)在調(diào)試與實(shí)際工作中均將產(chǎn)生部分意外狀況，如負(fù)載忽然卸下將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速迅速升高、機(jī)油的泄漏或消耗導(dǎo)致壓力過低等，這時(shí)操作人員往往沒時(shí)間開展任何動(dòng)作，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)馬上處于一種非常嚴(yán)重且惡劣的運(yùn)行工況因此在電控單元的設(shè)計(jì)中應(yīng)把“保護(hù)工況”納入重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。一般保護(hù)工況有機(jī)油壓力過低與超速保護(hù)，其他的工況下則按照預(yù)先設(shè)計(jì)的調(diào)速特性來執(zhí)行。

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★ 基金課題：2017年度湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2017JJ5033）;