1、柴油机电控共轨喷射技术电控系统设计 张幽彤 第三讲 电控系统设计 主要包括 传感器 ECU 执行器 驱动电源 电控系统设计 1 传感器2 喷油器3 电控单元4 控制软件5 标定匹配 传感器 传感器是采集工况数据 例如发动机转速 和设定值 例如油门踏板位置 是控制系统获取柴油剂工作数据的主要途径 传感器损坏会造成控制系统误动作 传感器将得到的物理信号转化为电信号 只有利用反应迅速和精确的传感器才可以对电控系统实施所有的开环或闭环控制 发动机转速传感器 转速传感器用于获取下列信息 曲轴位置 发动机活塞位置 和电磁阀控制的分配泵内的柱塞位置 根据转速传感器信号的频率计算转速 转速传感器信号是发动机电
2、子控制系统最重要的量之一 相位传感器 凸轮轴的位置决定了正在往上止点运动的活塞是在压缩冲程还是在排气冲程 安装在凸轮轴的相位传感器将这个信息传递给电控单元 油门位置踏板传感器 采集油门位置信号 并将它传输给电控单元 压力传感器 应用 进气管压力传感器通常直接安装在增压器和发动机之间的进气管上 测定管内的绝对压力 这样可以精确的确定空气质量 增压器也可以根据发动机的需要进行调节 大气压力传感器可以安装在电子控制单元内 或者安装在发动机舱内的其他地方 他的信号用于校正与海拔有关的 用于闭环控制回路的设定值 例如废弃再循环 增压压力闭循环控制 利用它 可以考虑不同环境空气密度 共轨压力传感器安装在共
3、轨上 随时检测共轨内的燃油压力 温度传感器 温度传感器检测出发动机冷却水的温度 并送入ECU中 传感器采用电阻值随温度变化的热敏电阻制成 将电压加在热敏电阻上 按计算机内部的电阻值和热敏电阻的阻值 检测出相应的分电压进行修正 传感器的输出信号 喷油器 根据ECU送来的电子控制信号 喷油器将共轨内的高压燃油以最佳的喷射定时 喷油量 喷油率和喷雾状态喷入到发动机燃烧室中 电磁阀是电控高压喷油系统的核心部件 也是该系统能否开发成功的关键所在 电控高压喷油系统对电磁阀的技术要求中最关键的是响应时间和工作压力 三通阀 三通阀是喷油器的一个执行器 其作用是将液压柱塞的燃油背压有选择地在供轨压力和大气压力之
4、间进行切换 喷油器电气特性 它是衡量喷油器电磁阀响应时间的一个重要参数 例如BOSCHCR共轨系统喷油器电感L 240 h 电阻R 0 1 ECU 传感器的输出信号进入电控单元后 经过电控单元中的输入接口电路转换为单片机可以接受的信号 单片机对信号进行分析 运算和处理 然后输出控制信号经输出信号接口电路到执行器 单片机 单片机 微控制器 是把中央处理器CPU 存储器 输入 输出接口 定时器 计数器以及通讯接口等功能部件集成制作在一起的半导体芯片 其结构与指令都是按照工业控制要设计的 输入输出接口电路 输入接口电路把从传感器得来的信号转换为单片机所能接受处理的信号 即 模拟信号 频率信号 开关量
5、信号输出接口电路把从单片机输出的能量很小的数字信号 PWM 进行放大使其能够驱动执行器 电控系统软件设计 电控单元的控制软件将控制规律 控制算法以及整个硬件系统联结在一起实现控制功能 采用模块化的设计分为 基本控制模块和中断控制模块 其中基本控制模块又包括初始化模块 参数采集模块 数据处理模块 喷油量及喷油提前角控制模块 通信模块 故障诊断及应急处理模块 控制策略 主要介绍 燃油量控制策略喷油正时控制策略喷油率控制策略喷油压力控制策略 燃油量控制策略 燃油定量是通过施加在喷油器上的电脉冲的宽度控制实现的 而电脉冲的宽度又是ECU根据各种传感器检测得到发动机工况信息计算优化后得出的 喷油量计算根
6、据发动机工况信息确定每次喷油量目标值 喷油脉冲宽度计算根据前面确定的喷油量确定施加在喷油器上的脉冲宽度 喷油率 喷油正时控制策略 喷油正时可以通过改变送往喷油器中三通阀的脉冲的定时来自由的控制 1最终喷油提前角的计算 2喷油提前时间Tc的计算 喷油延迟 喷油延迟时间的影响因素主要表现为电磁延迟 机械延迟和液压延迟 个方面 电磁延迟指喷油器电磁阀电磁力的变化延迟 机械延迟包括喷油器电磁阀 滑阀 增压柱塞以及针阀的运动延迟 液力延迟包括增压柱塞上腔和增压腔的燃油压力变化延迟 喷油率控制策略 喷油率控制是一种保证柴油机动力性和燃油经济性的兼容及降低排放和噪声的十分有效手段主要形式 三角形喷油率型式
7、预喷型式 靴型喷油率 后喷型式 三角形喷油率 通过采用一个单向空板控制对喷油嘴后面的控制腔内压力下降加以限制而实现的 预喷 通过主喷脉冲之前提供一个小小的预喷脉冲 靴型喷油率 通过在喷油嘴针阀达到某一个确定的预升程点的时候是喷油嘴针阀短暂停顿而获得的 喷油压力控制策略 喷油压力 通过根据由供轨压力传感器反馈的信号改变高压供油泵的出油量来控制的 喷有压力计算 根据转速和负荷确定喷有压力目标值 然后经冷却温度修正 是根据发动机不同状态的控制策略和控制数据匹配柴油机电控系统中的控制软件参数的过程 标定 匹配 燃油喷射系统和发动机必须进行良好的 实践表明 现代车用柴油机的性能和排放主要取决于喷油 进气
8、和燃烧室 结构 形状和尺寸 三者之间的良好匹配匹配开发考虑到需同时满足发动机动力性 经济性和排放法规的要求 同时还要受发动机机械强度和热负荷的限制 控制 喷油量喷油正时喷油率 燃烧室形状进排气系统喷油嘴及布置 增压废气再循环 附属机构 硬件特性 匹配优化燃烧 ECD U2系统简图 燃油量控制策略 转速油门 基本喷油量 经冷却液温度对油踏板位置的修正 根据冷却液到到的怠速工况 喷油修正量 工况喷油量 空气量 近气压力进气温度转速 最大喷油量 怠速转速 喷油量 基本喷油提前角 进气压力修正 冷却液温度 启动时 最小喷油提前角2 转速 起动开关触发 最小喷油提前角3 最小喷油提前角1 最终喷油提前角 相位传感器转速传感器 确定参考点 最终喷油提前角 转速 喷油时间 超速断油保护 最终喷油时间 激活三通阀 负荷转速 基本喷油压力 经冷却液温度修正 最终喷油压力 供油量 基本延迟时间 燃油压力 最终延迟时间 相位传感器转速传感器 确定参考点 转速 PCV激活时间 最终延迟时间
