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柴油机共轨电控喷油系统软件设计探析

浏览96次时间：2016年8月23日 17:27

陈树娟

（山东服装职业学院, 山东泰安,271000）

摘要：新能源不断的开发并使用，但石油仍然是21 世纪的主要燃料。而内燃机中的共轨电控喷油系统由于它的能柔和燃烧、噪音低、排放量小并且能够实现多次喷射的优点，成为未来内燃柴油机喷油系统的主要研究对象。本文首先介绍了柴油机共轨电控喷油系统的发展历史，然后重点对共轨喷油系统软件开发设计作了探讨说明。

关键词：柴油机；共轨电控；喷油系统；软件设计

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

Chen Shujuan

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

Abstract ：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.

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

0 前言

在我国新能源研究开发的同时，作为传统能源的石油的使用一直被国家所重视。而先进的内燃机技术的研究开发并在国家公共交通中的应用一直是各个相关高校和研究所研究的重点。柴油机共轨电控喷油系统关于喷油协调、燃油喷射控制以及喷油量调节等问题开发设计的软件一直是我国研究工作面临的重点课题。

1 柴油机共轨电控喷油系统的大体发展历程

1.1 柴油共轨电控喷油系统工作的原理以及特点

共轨电控喷油系统的共轨管处于喷油器和喷油泵之间，共轨管积蓄从喷油泵输送过来的燃油的同时还起到控制压力的波动作用，然后喷油器接收来自各个输油管的燃油。而喷射的开始与终止将有安装在喷油器上的电磁阀门来全程控制，认为设定的喷油定时来决定电磁阀门的控制时间，但是最终喷油量却是由电磁阀门控制持续时间和共轨上的压力来共同控制。

1.2 柴油机共轨电控喷油系统历史发展阶段

从上个世纪70 年代柴油机电控喷油技术开始出现并得到初步发展以来，柴油共轨电控喷油系统大致来讲已经经历了三个较大的发展改进阶段。

（1）第一阶段——位置式的电控喷油系统

具有泵、管和嘴结构的位置式电控喷油系统是柴油机电控喷油系统发展历史中的第一个阶段，该系统中应用到了基本的控制喷油量的机械传动结构，这些机械传动机构主要包括喷油泵的齿条、齿圈、滑套、柱塞和螺旋槽等。在该共轨电控喷油系统中，为了提高喷油控制精度和喷油的响应速度，把最开始的机械离心控制调节系统改装替换为电子控制，这种较原来先进的电子控制一般由电子传感器、自动执行器以及电子控制单元（ECU）组成。第一代柴油电控喷油系统只是在直列泵和分配泵上进行略微的改进，改进后就相应的划分为直列泵柴油电控喷油系统和分配泵柴油电控喷油系统。

（2）第二阶段——具备时间控制式的电控喷油系统

经过改进革新的时间起控制作用的电控喷油系统就是柴油电控喷油系统的第二个阶段。它的喷油量成为时间的函数的显著特点的产生，是因为在这个系统中，喷油量的大小是由喷油器开启时间长短以及喷油压力两个因素来决定的。在该系统中，高速电磁阀的开关与闭合决定着喷油的开始与结束，而喷油的时间长短也由高速电磁阀的关闭间隔时刻来决定。

（3）第三阶段——时间压力共同控制式电控喷油系统

第三阶段的时间压力来共同起控制作用的电控喷油系统，与前两种的位置式控制电控喷油系统和时间起控制作用的电控喷油系统相比，不仅彻底的摆脱了传统的结构，而且还将现代化的电磁感应技术、计算机控制技术以及电磁阀技术完全融入了全新的电控喷油结构中。该系统的一般供油原理是，大都采用与前两个发展阶段所不同的利用燃油来计量压力以及时间的方式，进而在电磁阀的全程控制下通过公共应用的供油管道来实现对于供油的控制。

1.3 国内外柴油电控喷油系统的研究进展对比

国内在共轨电控喷油系统的研究由于起步较晚，这些技术都不同程度的落后于国外，处于起步阶段。虽然在国外对这些领域的技术日趋重视的前提下，各大相关高校及研究所与企业合作在共轨电控喷油系统取得了一定的成绩，但是要不都是没有自主研发体系，要不就是虽然开发出了自主系统，但是无法投入批量生产。

2 柴油机共轨电控喷油系统中要用到的软件的设计开发54

网络与信息工程

2016.10

2.1 关于柴油机共轨电控喷油系统软件开发设计

要设计开发出柴油机共轨电控系统的一系列软件，必须首先要了解这些控制电控喷油系统软件的基本组成有哪些。电控系统软件总的来说包含的几部分主要有基础性部分软件、控制部分软件以及标定部分和调试部分软件。在这些一系列组成软件部分中，基础部分软件与硬件部分之间相辅相成，它的主要作用是一个给起控制作用的部分软件来提供资源的软件部分，以及完成底层配制如对寄存器的定义、分配地址、对系统初始化和分配引脚等。

柴油机共轨电控喷油系统软件开发的目的是为了解决喷射次数的协调问题、确定喷油量的多少问题、喷油间隔时间和持续时间问题、控制喷油器作用时间问题和检测喷油效用效果问题。在对软件基本组成部分以及开发这些软件的目的了解之后，才能针对问题和目的有条理地来开发所需软件。

2.2 柴油机共轨电控喷油系统软件开发设计工具选择

对柴油机共轨电控喷油系统起控制作用的一系列软件的开发设计中对于开发软件过程所需要的工具的选择对软件开发的过程以及软件最终的效果具有重要作用，开发软件借助的工具选择好了，对于软件开发可以达到事半功倍的效果。

目前国际上通用的柴油机共轨电控喷油系统软件开发设计的建模工具技术软件一般有两种，第一种是代码自动生成技术，第二种是快速算法定型开发技术。而集成硬件的仿真设计是由快速算法定型开发技术来实现的。但是一般的对柴油机共轨电控喷油系统软件开发设计工作都会选择代码自动生成技术与快速算法定型开发技术结合的开发技术来使用，这是因为代码自动生成技术可以保证代码的准确率和代码质量以及对节省人力物力成本也有一定的效果，而快速算法定型开发技术可以在开发软件过程中直接标定所要求的参数算法，这种直接对参数算法的标定可以大大缩短软件的开发周期，实现软件快速开发。

2.3 柴油机共轨电控喷油系统中的各部分要用到的软件的开发设计

（1）基于ECU 的喷射系统软件的开发

如下图2 所示，基于ECU 的软件开发大致要经过对ECU 需求在软件中描述、软件建模以及仿真、自动生成ECU 编程代码以及优化、代码进行在线测试和最后一步的软件实际标定和测试这些流程。

图2. ECU 软件开发流程

（2）喷油量换算同时完成喷油量调节软件的开发

发动机对于燃油的需求量要经过机械扭矩传递给系统，系统再在软件的控制下完成相应喷油量多少的换算。发动机所需的目标喷油量将会在该软件的控制下通过喷射系统的喷射口进行预喷，同时，喷油时间长短以及喷油量间隔都会在软件的自动控制下精确实施。

（3）基于喷射系统中的具备喷射协调功能的软件的开发

每个油缸在每次循环下的喷射次数以及每个油缸的喷射的优先级要通过喷射系统的喷射协调软件来调节。喷射系统喷射协调软件的主要作用是在发动机的需求喷油量的条件下，要确定最佳喷油组合，并且对每一个喷油组合实施即时控制。

射系统喷射协调软件主要包含两个部分，一个是对于喷油选择油缸的优先级，另一个是对于选定的油缸组合进行协调合作喷油。一般将喷油的优先级设置为主喷为最优级，预喷为次优级。对于喷油组合的主喷和预喷协调设置问题，一般设置如下图3 的喷射协调组合方式，即在发动机高负荷状态下，只设置最多一次或者不设置预喷，而以主喷为主，这是因为高负荷状态下进行预喷，虽然对废弃排放不会产生较大影响，但是会较大程度损害发动机的性能。

图3. 喷射协调软件对于喷射组合的设置简示图例

（4）基于控制发动机正常运行的软件的开发设计

发动机的是否正常运行会直接影响柴油机电控喷油系统的正常运行，在发动机控制正常运行的软件有主控软件系统和中断软件系统。而主控系统程序主要包括上电自检软件、系统的初始化软件、故障自我诊断软件以及控制量自我修正软件等。中断控制系统的软件组成部分最主要的就是可编程的定时自我中断系统。

（5）基于预喷控制要用到的的软件的设计开发

柴油机共轨电控喷油系统预喷控制的软件的功能主要有：1）核查预喷的条件是否达到；2）对于达到预喷条件时的所需喷油量的自动计算；3）喷油器的预喷油的开始时间和结束时间的控制以及精确计算，；4）对于预喷作用的时间长短进行控制等。

（6）基于主喷控制要用到的的软件的设计开发

这部分的软件程序的主要功能是计算主喷油量、确定主喷时的角度、控制主喷作用的时间以及间隔等。在主喷和预喷之间优先级关系协调好之后的条件下，主喷油量就等于发动机实际需油量与喷油器预喷油量之差。而主喷作用的时间则取决于发动机在转速限制以后的情况下需油时的需油请求，若是发动机的断油需求发出，则主喷的喷油时间应该为0。

3 结语

通过参考大量文献的以及对于柴油共轨电控喷油系统设计开发一系列控制软件的实践，对柴油共轨电控喷油系统基于主喷、预喷、主喷预喷之间的协调、喷油量的计算、喷油作用时间的起始以及间隔和发动机的目标需油量软件的认识得到了进一步加深。柴油机共轨电控喷油系统的一系列控制软件将在电控喷油系统中的应用越来越广。

参考文献

孙钦云. 柴油机电控高压共轨燃油喷射系统软件设计[D]. 长安大学 2010

作者简介

陈树娟，（1979.5-），女，山东泰安人，本科学历，副教授，研究方向：计算机应用技术。55

网络与信息工程

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