通信工程导论论文

1、毕业设计（论文）任务书题目：通信工程燃油喷射电磁阀控制系统的设计实现系 名 信息工程系 专 业 年 级 2006级 姓 名 学 号 6006202080 指导教师 职 称 副教授 2009年 12 月4 日一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）1、设计的工作基础 在之前的学习中，了解了一些驱动电路，在电子设计这门课程中设计了开关电源和线性稳压源的电路，因此在驱动电路方面的设计有一定的了解，通过学习完单片机这门课程后，对单片机和程序编译方面也有了了解，为电路的设计打下基础，在本科期间学会了使用protel软件设计电路，在电工实习中焊接和组装了收音机、对讲机，因

2、此在电路焊接方面有一定的基础。2、研究条件 在实验室力所具备的研究条件有电脑、示波器、protel软件、c8051f410/2单片机、电磁阀，以及必要的实验设备。3、应用环境当今，日益严格的排放法规、激烈的市场竞争和能源短缺，使得发动机不断引入新技术，向低污染、低油耗、高比功率的方向发展。而提高发动机动力性、经济性和降低排放的关键在于改善发动机的燃烧。燃烧过程的好坏和整机性能的优劣取决于喷油系统、进气系统和燃烧室结构三者之间的匹配。传统的机械喷油系统已越来越不适应形势的发展，在多种研究开发的发动机喷油系统中，其中高压共轨式电控燃油喷射系统是目前最理想的喷油系统，是二十一世纪燃油系统的主流，因此

3、在汽车的动力系统中使用电控燃油喷射系统，不仅能提高发动机的性能，还能够汽车尾气对环境的污染。4、工作目的通过这次设计掌握产品的设计流程、设计思想和动手能力，能够熟练地使用protel软件设计电路，提高单片机的编程能力和电路板的焊接能力，增强在遇到问题时，怎样分析和解决问题的能力，在综合能力上有一定的提升，为以后的发展打下坚实的基础。二、参考文献1 张科勋,红木南,周明等. 柴油机电磁阀集成式升压驱动电路计与分析j.上海交通大学学报, 2008,42(8):1367-1371.2 宋军，田良云，李孝禄，乔信起，黄震. 柴油机共轨系统ecu的设计及喷油特性研究j.内燃机学报,2006,24(1):

4、28-34.3 卢启龙，欧阳明高. 电控柴油喷射用高速强力电磁阀的结构设计与功率驱动j.电控技术,1999,10(4):33-37.4 连长震，李建秋，周明，欧阳明高. 电控燃油喷射用高速电磁阀驱动方式研究j.汽车工程,2002,24(4):310-313.5 刘建成，王立德，刘彪. 基于dsp的柴油机喷油电磁阀驱动电路的设计j.内燃机, 2007,4(1):14-17.6郭建波.高压共轨柴油机电控燃油喷射系统及开发环境的研究d.杭州：浙江大 学，2002.7郝守刚.电控单体泵电磁阀电磁机液特性研究d.北京:清华大学,2003.8周玉成,平涛,方祖华等,高压共轨喷油系统开发过程中电磁阀控制参数

5、研究j. 铁道机车车辆,2003,23(增刊1):124-126.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。）本课题是我校内燃机燃烧学国家重点实验室的国家自然基金项目中的电路控制部分，针对的是发动机燃油喷射系统。拟采用siliconlabs公司的c8051f410微控制器芯片，需要完成的核心功能是根据油泵角标器传送的角度信息在设定的时刻切换油泵电磁阀的开关，建立油压并测量显示；在喷油功能被触发之后，根据发动机角标信号在设定的时刻采用pwm方式打开喷油电磁阀，完成燃油喷射，同时为piv拍摄系统发送触发信号，开始出激光并照相。 学生通过此

6、次训练，可以掌握现场解决工程实际问题的能力，如变频器带来的干扰就是本系统需要解决的一大难题。还可以熟悉系统设计方法，c语言编程，绘制pcb板，焊接调试等。 指导教师（签字）年 月 日审题小组组长（签字）年 月 日天津大学仁爱学院本科生毕业设计开题报告课题名称电磁阀控制发动机燃油喷射系统的研制学院名称天津大学仁爱学院专业名称通信工程学生姓名高楠指导教师张瑞峰一、课题的来源及意义采用电子控制技术是当今内燃机发展的重要方向之一，随着世界范围内的能源危机及环境污染的日益严重，人们对内燃机在节能和排放方面的要求日趋严格，因而对其调节控制体吹了高精度及多参数的要求。以往的自动控制装置，如调速器、点火提前器

7、等即使进一步复杂化也不能完全满足要求。要在内燃机工作时同时达到低排放、低油耗以及高动力性能的要求，不仅要使内燃机的喷油量和喷油正式随转转速及负荷的变化而发生模式较为复杂的变化，而且还要对温度、吸气压力等因素加以补偿，故传统的机械式燃油喷射系统因其固有的缺点（控制自由度小、控制精度低、响应速度慢）而无法满足这些要求。所以，电控系统的应用已成为必然趋势。采用电子控制技术后，由微机可精确控制内燃机的供油、点火、喷油及配气定时等参数，是内燃机在各种工况下都能按最佳状态运行，在以时间控制为特点的发动机电控喷射系统中，应用最多的执行器是电磁阀，电磁阀的工作状态，特别是它的快速响应能力影响着电控燃油喷射系统

8、的控制精度，进而决定了发动机的动力性能、燃油经济性和排放物的生成。二、国内外发展状况 70年代以来，随着微电子技术和新型传感器的不断发展，柴油机的电喷系统不仅在硬件方面先后推出了位置控制、时间控制、时间控制+共轨控制等三代产品，而且在控制理论与方法方面也取得了许多令人服务的成果。控制方法从过去的查表法、pid控制法等基于控制理论的方法发展到以状态空间、多变量最优控制、自适应控制等现代控制理论为主体的技术。近年来，神经网络控制、模糊控制等智能控制技术的应用也日趋活跃。三、本课题的研究目标 本课题旨在通过对智能芯片c8051的研究和编程语言的运用，设计出电磁阀控制电路，来控制油量的输入，从而大幅度

9、的降低排放污染，提高经济性和改善动力性。四、研究内容 1、油泵控制策略（1）确定凸轮轴上对应的角标零点；（2）确定油泵柱塞升程对应的角度（720）；（3）制作控制电路，将油泵电磁阀开启时刻对应的角度和持续期设成可调量（此过程电磁阀开启四次）；（4）进行标定，确定油泵最大供油能力所对应的油泵电磁阀开启角度和持续期；（5）柱塞下行：断电，电磁阀开启，从低压油罐抽油（6）柱塞上行预行程：不通电，无压缩，部分燃油压回低压油管（7）柱塞压缩行程：在上止点的某个时刻，通电，阀关闭，剩余燃油压到高压油管（8）通电越早，供应燃油越多。供油控制通电提前角控制！高压油泵的工作原理 控制电路制作：电磁阀采用12伏电

10、瓶供电。旋转编码器随凸轮轴转动，编码器每转一圈发出720个脉冲，将脉冲通过a/d/转换器采集到pc机，通过编程控制角标的z信号。当电磁阀到达标定的打开角度时，pc机给出一个触发信号并维持标定的持续角度时间。电瓶开始供电，电磁阀打开，油泵开始泵油。此过程每720要重复四次。2、燃油压力采集燃油压力传感器为压阻式传感器，用5伏稳压电源供电，输出电压所对应的压力 0mpa-0.486v1mpa-0.763v2mpa-0.920v3mpa-1.107v4mpa-1.300v5mpa-1.501v6mpa-1.704v7mpa-1.910v8mpa-2.115v9mpa -2.320v10mpa -2.

11、522v11mpa -2.725v12mpa -2.929v13mpa -3.131v14mpa -3.333v15mpa -3.534v16mpa -2.735v17mpa -2.936v18mpa -3.137v输出的电压信号通过a/d转换器采集到pc。对油轨压力进行时时检测，同时通过调节限压阀调节油轨中的压力。 3、喷油嘴电磁阀控制：首先选择以参考脉冲，确定此脉冲高电平下降沿与发动机上止点之间的的角度，将此角度设定成可调参数。将喷油定时的角度和喷油脉宽设成可调参数，则喷油过程和触发的方式按一下流程进行：（1）进去喷射程序，参考脉冲的下降沿触发、单片机进入喷射过程即图中的a点。（2）准本第

12、一部分喷油参数，包括：电磁铁上升时间（吸合时间）转为对应的角度。从参考脉冲的a点开始触发电磁阀驱动脉冲a。a脉冲高电平，电磁阀线圈电流上升。设置mask信号定时，其目的是过了emask后，电磁阀关闭时刻，反馈电路开始工作。准备第二部分喷射参数，根据瞬态转速，把喷油脉宽全部转化为定时器的技术脉冲。检测电磁阀反馈信号，捕捉到后，立即关闭电磁阀驱动脉冲a，达到b点。电磁阀电流下降，喷射过程开始。开始计量喷油脉宽时间准备第三部分喷油数据，如果大于（为电磁铁驱动电流由峰值电流降到维持电流的时间，一般），进行电磁铁维持电流控制（对电磁阀驱动脉冲a进行脉宽调制）的数据准备。喷油和相机的工作过程达到c点开始电

13、磁铁驱动电流的脉宽调制控制。到达d点，喷油脉宽时间计量结束，关闭控制脉冲a。喷油过程中，相机和激光器信号设定为可调量，根据需求随时准备触发，抓拍喷油过程中的每一个细节。触发过程中信号存在延时，所以在编程过程中需要考虑延时时间,具体的延时时间随着转速的变化而不同，需在现场进行标定，所以最好延时也设定成可调节量。五、研究方法 本课题采用理论结合实际的方法，辅助导师完成该系统的设计与实现六、研究手段 请教老师与同学，查阅相关资料、编写所需程序、进行电脑模拟、搭建系统电路，进行仿真调试，最终形成系统焊接实际电路。七、进度安排（1）、2009.12.282010.3.15开题报告形成阶段：本阶段主要任务

14、是查找相关文献资料，了解本课题，按时顺利完成开题报告。（2）、2010.3.152009.4.15理论准备阶段：本阶段主要学习c8051f410x系列单片机，熟悉软硬件开发平台、电路、编程等方面的知识，加强外语文献的阅读。为开题的设计和实施做好理论知识储备。（3）、2010.4.152009.5.1确定开题实施方案阶段：通过上一阶段学习，对该课题有了更深的了解，对各种可能的实施方案进行优劣比较，最终确定合适的实施方案。（4）、2010.5.12010.5.25课题实质性设计实施阶段：本阶段要进行此课题的方案设计和实施，最终完成该课题的研究和设计。（5）、2010.5.252010.5.31毕业

15、设计总结和整理阶段：这段时间主要对以上各阶段的工作做总结和梳理，对实验中可能遗留的问题进行最后的突破，为毕业论文的撰写做好准备。（6）、2010.6.12010.6.20撰写毕业论文阶段：主要完成毕业论文的撰写、修改和打印工作，准备好毕业答辩。（7）、2010.6.212010.6.24 毕业论文答辩阶段八、实验方案可行性分析本系统以c8051f410/2单片机为核心配以必要的外围电路。c8051f410/2单片机是silicon laboratories公司推出的，其强大的性能为系统的实现提供了有力的保障。九、已具备的实验条件 电脑，protel软件、c8051f410/2单片机、电磁阀，以

16、及必要的实验设备十、主要参考文献1张科勋,红木南,周明等.柴油机电磁阀集成式升压驱动电路计与分析j.上 海交通大学学报, 2008,42(8):1367-1371.2宋军，田良云，李孝禄，乔信起，黄震.柴油机共轨系统ecu的设计及喷油 特性研究j.内燃机学报,2006,24(1):28-34.3卢启龙，欧阳明高.电控柴油喷射用高速强力电磁阀的结构设计与功率驱动 j.电控技术,1999,10(4):33-37.4连长震，李建秋，周明，欧阳明高.电控燃油喷射用高速电磁阀驱动方式研 究j.汽车工程,2002,24(4):310-313.5刘建成，王立德，刘彪.基于dsp的柴油机喷油电磁阀驱动电路的设

17、计j. 内燃机,2007,4(1):14-17.6苏岭，柳泉冰，汪映，周龙保，潘可煜.脉宽调制保持电磁阀驱动参数的研 究j.西安交通大学学报,2005,39(7):689-692.7尚宇辉,唐厚君,杨银昌,韩正之.车用柴油机电控燃油喷射系统的研究现状 选题是否合适： 是 否 课题能否实现： 能 不能 指导教师（签字） 年 月 日 的发展趋势j.柴油机, 1999,4(4):17-23.毕业设计（论文）说明书 题目：液位测量中的边缘检测问题研究系 名 信息工程系 专 业 通信工程 年 级 2006级 姓 名 高楠 指导教师 张瑞峰 2010年06月06日摘 要随着全球范围内日益严峻的能源危机和人

18、们越来越强的环保意识，用电磁阀控制发动机燃油喷射系统必将得到越来越广泛的应用。因为电控燃油喷射系统能够提高汽车汽车发动机性能。所以说对电控燃油喷射系统的研究有着重要的现实意义。电控燃油喷射系统发展至今，先后推出了位置控制式、时间控制式、时间+共轨控制式三代产品。共轨系统是一种全新的柴油机电控燃油系统，它摒弃了现有的喷油泵分缸脉动供油原理，通过共轨蓄压，用电磁阀控制喷射过程，系统的自由度和精度都有很大提高，可以说，共轨系统代表了目前电喷技术的最新水平和今后的发展方向。电控燃油喷射系统均由传感器、电控单元和执行机构三部分组成。电控单元硬件、软件设计是电控系统设计的核心。本文详细地讨论了电控单元硬件

19、、软件设计过程，完成了硬件电路和软件模块化设计，并对硬件、软件提出了相应的抗千扰措施。关键词：电磁阀；电控燃油喷射系统；共轨；电控单元 abstract with the global energy crisis and growing the awareness of environmental protection,using solenoid valve to control engine fuel injection system will be employed more and more widely.because the electronically controled fue

20、l injection system can increase engine performance.therefore,it is very important to develop the electronically controled fuel injection system. three generation products of ecfis(electronically controlled fuel injection system) have been put into application,they are position-controlled,time-contro

21、lled and time&common rail-controlled.common rail system is a new ecfis,it controlls the injection course with electronic-magnetic valve and controls the oil-pressure with common rail,instead of existing principle in providing oil.the aspects of freedom and accuracyhave been raised highly.so it is sa

22、id that common rail system is the best level and laterdeveloped tendency of ecfis. electronically controled fuel injection system is consist of three parts:sensor,electr-onic control unit and executive devices.as the core of electronically controled fuel injection system,the whole process of ecu(ele

23、ctronic control unit) hardware and soft-ware designs is specified,moreover requisite software and hardware measures are taken in the system anti-disturbance performance.key words:electronic-magnetic valve;electronically controlled fuel injection system; common rail;electronic control unit 目 录 第一章 绪论

24、1 1.1 引言1 1.2 电控燃油喷射的意义1 1.3 电控燃油喷射技术的发展1 1.4 电控燃油喷射技术的发展趋势3 第二章 电磁阀控制系统的总体设计5 2.1 电磁阀控制燃油喷射系统的工作原理5 2.2 电控单元的设计112.3 本章小结13 第三章 电控系统的硬件设计14 3.1 硬件电路设计总概14 3.2 单片机介绍15 3.3 驱动电路的设计18 3.4 外部显示和键盘电路22 3.5 编码器双向计数的抗干扰电路23 3.6 硬件抗干扰措施24 3.7 本章小结25 第四章 电控系统的软件设计26 4.1 单片机c语言开发工具26 4.2 主程序26 4.3软件抗干扰措施 30

25、4.4 本章小结 30 第五章 全文总结与展望 32 5.1 全文总结 32 5.2 展望 32 参考文献33 外文资料 中文译文 致谢 第一章 绪论1.1 引言随着现代工业的发展和科学技术的进步，人类的生存环境和工作环境也面临着大气、水源、电磁辐射和噪声等一系列的污染，生态平衡遭到严重的破坏。而汽车工业的快速发展，汽车的生产量和保有量急剧增加，汽车排放污染已成为大气污染最主要的根源，严重的危害着人类的健康。据研究，大气中38.5%的一氧化碳（co）、21.7%的碳氢化合物（hc）、87.6%的氮氧化合物(nox)、11.7%的二氧化碳（co2）、6.2%的二氧化硫（so2）、32%的微粒物（

26、pm）来自汽车废气排放。而城市大气中，61%的co、87%的hc、55%的nox汽车废气排放。为了治理环境污染，各国相继对大气中各种排放污染源的排放提出控制要求，制定强制性排放标准（排放法规），以控制汽车排放污染物排放量。随着欧洲一体化进程的深入，自20世纪90年代始推行了更加严格的排放法规，对汽车排放的限制越来越严厉，相继出台了欧洲号、号直至号标准。从2000年10月1日起，执行欧洲号标准，就nox、hc、co及微小颗粒物质等排放限值，欧洲号限值分别是欧洲号的71%、60%、52%和67%。1.2 电控燃油喷射的意义在人们意识到汽车废气的污染的严重时，纷纷出台很多控制汽车尾气排放的政策，但是

27、这不能从根本上来解决这个问题，再加上石油资源的紧张，于是人们从上世界七十年代就开始对发动机燃油电控喷射系统的研究。电控燃油喷射系统有利于提高燃油喷射压力，可以根据发动机的实际运转工况反馈控制调整各缸供油量和供油时间，一方面改善了燃烧，提高了工质的热效率，另一方面也能适当减少某些有害排放，是现代电子技术与传统机械产业结合的典范1。1.3 电控燃油喷射技术的发展 燃油喷射系统式发动机的核心部分，对发动机的动力性、燃油经济性、排放、噪声、运转平稳性，以及可靠性、耐久性等都有极其重要的影响，采用电子控制技术将大大优化燃油的喷射规律。本质上，电子控制技术并未改变发动机的工作过程以及燃烧、排放等的机理和规

28、律，但很大程度上影响着发动机的性能、使用和发展方向。相比机械控制方式，发动机采用电子控制技术的优势在于：（1） 控制自由度大，能针对不同的运行工况，迅速调整，实现对喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油速率等参数的最优控制，是发动机在大部分工况下均具有良好的性能。（2） 控制精度高，尤其是对喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油速率等参数的控制精度均远高于机械式燃油喷射系统，控制功能更强。（3） 能充分考虑其他影响燃油喷射和缸内燃烧的各种因素，如大气压力、水温、油温、油的品质等，并做出准确的校正。 发动机电控燃油喷射系统的发展根据其进展时间、工作原理和直接控制的量可以分为位置控制、时间控制和时间压力控制三

29、个阶段2。在发动机电控喷射技术的发展过程中，不论是最早的位置控制式电控喷射系统还是近期的高压共轨电控喷射系统，国内外均投入了大量的人力物力开发新的技术，研究成果不断涌现。1.3.1 位置控制式电控燃油喷射系统 位置控制式电控燃油喷射系统是在原机械控制系统的基础上发展起来的，属于第一代电控燃油喷射系统。这类系统尽量保留了原机械燃油喷射系统的结构和部件，包括传统的喷油泵高压油管喷油嘴系统及控制油量的机械传动机构，如直列泵中的油量调节齿杆、柱塞上控油螺旋槽，ve型分配泵中的油量调节滑套等，所以易为发动机生产企业和用户所接受。但是由于燃油泵输送和计量机构基本不变，喷油系统参数受发动机转速影响大，控制自

30、由度小，精度差，难以实现喷油规律的精确控制，凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的提高。目前该类系统主要有基于分配泵和基于直列泵的两种类型。1.3.2 时间控制式电控燃油喷射系统 采用时间控制式的电控燃油喷射系统称为第二代电控燃油喷射系统。时间控制的核心在于采用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷油定时和喷油持续时间。此外，还能实现对每个喷油泵的单独控制，这样可以对发动机实施部分停缸。时间控制式的电控燃油喷射系统在大功率发动机上一般有两种结构：（1）电控单体泵系统。相比第一代控制系统，取消了机械泵，改为电控单体泵，取消供油拉杆，各单体泵单独控制；高速电磁阀的响应速度优于第一代的比例电磁铁。这种

31、控制方式对于原来使用联合调节器的机车发动机而言，需要做一些改动：主要是取消联合调节器、接卸喷油泵、供油拉杆及其附件等喷油调节系统，改用电控单体泵和电子控制单元，并加装相应传感器。这些改动主要是减少了发动机机体上的部件，如果电控单体泵的安装尺寸与机械泵一致，将无需重新设计发动机的机械部件；否者需要更改凸轮轴箱以适应电控单体泵的结构。（7） 电控泵喷嘴系统。电控泵喷嘴系统的高压燃油容积比甭管最系统少了高压有关部分，因而液力响应更快，能够实现多次喷射。不过需要重新设计汽缸盖，凸轮轴也需要重新布置，这将对发动机的改动很大，而且汽缸盖将变得更复杂，一般用于新设计的发动机。总之，第二代控制系统具有更大的控

32、制灵活性和精确度。高速电磁阀控制高压燃油的喷射规律为：电磁阀关闭，开始喷油；电磁阀打开，喷油结束。喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭时间的长短。可见，时间控制式实现了喷油定时和喷油量的双重控制。由于喷油泵只提供高压燃油，不再具备调节油量的功能，故取消齿圈、滑套、柱塞上的斜槽等部件或结构，喷油泵结构得以简化，强度大大提高，能提供比第一代更高的燃油喷射压力。时间控制式仍然采用脉动供油的方法，供油规律与曲轴转速有着密切关系，故低速特性差。1.3.3 时间压力控制式电控燃油喷射系统 采用时间压力控制式的电控燃油喷射系统称为第三代电控燃油喷射系统，实现方式为共轨式燃油喷射系统3。于谦两

33、代相比，共轨式燃油喷射系统不再采用遇有脉动供油特点，而是有一个高压油泵将高压燃油持续泵入一个公共容器（共轨）中，燃油喷射的控制有集成在喷油器内的电磁阀执行，还可以通过电磁阀调节高压燃油的喷射压力，达到喷油定时、喷油持续时间和喷油压力的三重柔性控制，能够实现预喷射、后喷射和多次喷射。从时间和压力方面调节喷油规律，从而获得更理想的喷油规律。这将大大改善发动机的低转速、低负荷性能；明显改善油耗和排放等综合性能。总之，发动机燃油喷射系统的电控技术经过多年发展，已经出现了三种风格迥异的控制方式，各具特色，适用于不同的发动机。位置控制式可以柔性的控制喷油提前角，相比联合调节器已有质的飞跃。时间控制式相对位

34、置控制式的最大改进时喷油泵可以单独控制，发动机的动态性能也有很大提高。但二者共同点为脉动供油，喷油压力也曲轴转速有密切关系，喷油压力取决于凸轮型线和曲轴转速。时间压力控制式相对时间控制式的最大改进是喷油压力可以控制，与曲轴转速无关。二者的共同点是都能对个喷油泵单独控制。1.4 电控燃油喷射技术的发展趋势 目前，博世公司、德尔福公司、斯堪尼亚、依维柯等世界商用车及柴油机系统制造商在开发满足欧和欧排放法规的动力总成中，都把注意力集中在对燃油喷射技术的改进与创新上。博世公司通过吧2.5：1的压力放大器装入每一个喷射器，使得在“蓄压”式共有技术中出现了一大提高，泵喷嘴最大喷嘴压力达到2500巴，而通过

35、的共轨技术最乐观的预测大约为1800巴。博世公司即将为戴克柴油机装配的下一代燃油系统，称之为apcrs（压力放大活塞的共轨系统）。这种新的燃油系统将兼备的单体泵/泵喷嘴以及共轨系统的特性。把最好的单体泵的最大喷射压力（喷嘴处压力达到2400巴）结合由共轨提供易变化的“rate shaping”（即通过微秒喷射行程的供油精确调节）喷射过程将有效的降低微粒和nox排放。德尔福汽车系统公司的“双气阀”e3整体式喷油器又称为e3 eui喷油系统，目前已经装用在沃尔沃d12发动机上，该系统能够不依赖于喷油器内燃油压力的升高和降低，仅仅由eui主溢流调节，独立控制喷油器的打开和关闭，实现了多重喷射的可能性

36、。其目的是降低最高燃烧温度，在不生成炭烟微粒的情况下减少nox的生成。纵观发动机电控燃油喷射系统的发展和未来发动机对喷射系统的要求，未来发动机电控燃油喷射系统将面向以下发展方向：（1） 高的喷射压力。（2） 独立的喷射压力控制。（3） 独立的喷射正时。（4） 可变的预喷射及后喷射控制能力。（5） 最小油量喷射控制能力。（6） 快速断油能力。 第二章 电磁阀控制系统的总体设计2.1 电磁阀控制燃油喷射系统的工作原理从功能上分析，共轨燃油喷射系统可以分成两大部分:(l)燃油供给部分；(2)电子控制部分。燃料供给部分就是燃油的吸入、加压、分配和喷射的系统，这一与传统的机械式柴油机喷油系统差不多。供油

37、泵使低压燃油加压成高压燃油，并送入共轨中。在计算机的控制下，燃油由共轨分配到各个气缸中。喷油器内的电磁阀在计算机指令的控制下，在适当的时刻开启或关闭，完成燃油喷射。燃油供给系统的构成框图如图2.1。电子控制 电磁阀控制针阀升程 供油量共轨喷油器供油泵油箱图2.1 燃油供给系统构成框图 电子控制部分的核心是ecu(电子控制单元)，ecu就是一台微型计算机。输入ecu的信息是由安装在车辆和发动机上的各种传感器输出的。ecu输出的是送往各个执行机构的电子信息。常见的传感器有发动机转速传感器、油门开度传感器、曲轴转角传感器、共轨压力传感器、冷却水温度传感器、空气温度传感器、燃油温度传感器、增压压力传感

38、器、巡航控制开关、机油传感器、进气量传感器、凸轮转角传感器和上止点位置传感器等。主要执行机构有喷油器、供油泵、共轨等4。电子控制系统的框图见图2.2。2.1.1 电磁阀的工作原理电磁阀是用来控制流体的方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就输出信号输入信号 电子控制单元ecu喷油正时控制油泵凸轮轴转角喷油时间控制油轨压力

39、信号喷油压力控制（机械实现）发动机转速信号喷油率控制激光器脉冲信号激光器触发时刻控制空气流量信号ccd相机拍摄时刻控制油泵泵油量控制（需现场标定）喷油提前角控制进气流量控制图2.2 电子控制系统构成框图会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。2.1.2 电磁阀的分类 电磁阀从原理上分为三大类：1）直动式电磁阀：原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。2）分布直

40、动式电磁阀：原理： 它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点： 在零压差或真空、高压时亦能工作，但功率较大，要求必须水平安装。3）先导式电磁阀：原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围

41、形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点： 流体压力范围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。电磁阀从阀结构和材料上的不同与原理上的区别，分为六个分支小类：直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构。2.1.3 供油泵和控制阀的工作原理5共轨式柴油机供油泵的结构如图2.3所示，和传统的直列泵结构相比，通过凸轮和柱塞机构使燃油增压，各柱塞上方配置控制阀。凸轮有单作用型、双作用型、三作用型和四作用型等多种。图示2.3为三作用型。采用三作用型凸轮可使柱塞单元减少1/3。向共轨中供油的频率应和喷油频率相同，这样可使共轨中

42、的压力平稳。油泵控制策略：（1）确定凸轮轴上对应的角标零点；（2）确定油泵柱塞升程对应的角度（720）；（3）制作控制电路，将油泵电磁阀开启时刻对应的角度和持续期设成可调量（此过程电磁阀开启四次）；（4）进行标定，确定油泵最大供油能力所对应的油泵电磁阀开启角度和持续期；（5)柱塞下行：断电，电磁阀开启，从低压油罐抽油；（6）柱塞上行预行程：不通电，无压缩，部分燃油压回低压油管；（7）柱塞压缩行程：在上止点的某个时刻，通电，阀关闭，剩余燃油压到高压油管；（8）通电越早，供应燃油越多。供油控制通电提前角控制！ 供油泵的基本工作原理见图2.3。(l)柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔;

43、(2)柱塞上行，但控制阀中尚未通电，控制阀仍处于开启状态，吸进的燃油并未升压，经控制阀流回低压腔;(3)满足必要的供油量定时，向控制阀通电，并使之开启，则回油流路被切断，柱塞腔内燃油被升压。因此高压燃油经出油阀(单向阀)压入共轨内。控制阀开启后的柱塞行程与供油量对应。如果使控制阀的开启时间(柱塞的预行程)改变，则供油量随之改变，从而可以控制共轨压力;(4)凸轮越过最大升程后，则柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低。这时出油阀关闭，压油停止。控制阀处于停止通电状态，控制阀开启，低压燃油被吸入柱塞腔内，既恢复到a状态。控制阀的作用是用于调整共轨内的燃油压力。方法是调整供油泵供入共轨内的燃油量。所以

44、，向控制阀通电和断电的时刻就决定了供油泵向共轨内供入的供油量. 控制电路制作：电磁阀采用12伏电瓶供电。旋转编码器随凸轮轴转动，编码器每转一圈发出720个脉冲，将脉冲通过a/d/转换器采集到pc机，通过编程控制角标的z信号。当电磁阀到达标定的打开角度时，pc机给出一个触发信号并维持标定的持续角度时间。电瓶开始供电，电磁阀打开，油泵开始泵油。此过程每720要重复四次。2.1.4 喷油器的工作原理根据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油定时、喷油量、喷油率和喷雾状态喷入发动机燃烧室内6。 喷油嘴电磁阀控制：首先选择以参考脉冲，确定此脉冲高电平下降沿与发动机上止点之间的的角

45、度，将此角度设定成可调参数。将喷油定时的角度和喷油脉宽设成可调参数，则喷油过程和触发的方式按一下流程进行： (1)进去喷射程序 参考脉冲的下降沿触发、单片机进入喷射过程即 图中的a点。 (2)准备第一部分喷油参数，包括: 1）电磁铁上升时间（吸合时间）转化为对应的角度。从参考脉冲的a点开始触发电磁阀驱动脉冲a； 2)a脉冲高电平，电磁阀线圈电流上升； 3)设置mask信号定时，其目的是过了后，电磁阀关闭时刻，反馈电路开始工作；2.3 高压油泵的结构和工作原理 4）准备第二部分喷射参数，根据瞬态转速，把喷油脉宽全部转化为定时器的技术脉冲； 5）检测电磁阀反馈信号，捕捉到后，立即关闭电磁阀驱动脉冲

46、a，达到b点。电磁阀电流下降，喷射过程开始； 6）开始计量喷油脉宽时间e4； 7）准备第三部分喷油数据，如果e4大于e3（e3为电磁铁驱动电流由峰值电流降到维持电流的时间，一般e3200s），进行电磁铁维持电流控制（对电磁阀驱动脉冲a进行脉宽调制）的数据准备； 8）达到c点开始电磁铁驱动电流的脉宽调制控制； 9）到达d点，喷油脉宽时间计量结束，关闭控制脉冲a； 10）喷油过程中，相机和激光器信号设定为可调量，根据需求随时准备触发，抓拍喷油过程中的每一个细节。触发过程中信号存在延时，所以在编程过程中需要考虑延时时间,具体的延时时间随着转速的变化而不同，需在现场进行标定，所以最好延时也设定成可调节

47、量。2.1.5 燃油压力传感器的工作原理 传感器作为电控单元的输入部分，通过采样获知发动机的工况信息。为了获得发动机运转时的精确相位，在飞轮上安装一挡片 ，当发动机活塞运转到达上止点位置时，挡片位置与磁电传感器相对应，这时产生的信号经放大整形形成上止点基准信号。本系统中使用了a-lec系列的增量式编码器，将编码器转轴与发 动机曲轴相连，随发动机运转，每转产生72o个标准脉冲信号，可用来计算转速大小，并与上止点基准信号相配合来确定电磁阀开启时刻的转角位置 ， 其误差不超过0.5ca。 燃油压力传感器为压阻式传感器，用5伏稳压电源供电，输出电压所对应的压力： 0mpa-0.486v1mpa-0.7

48、63v2mpa-0.920v3mpa-1.107v4mpa-1.300v5mpa-1.501v6mpa-1.704v7mpa-1.910v8mpa-2.115v9 mpa -2.320v10 mpa -2.522v11 mpa -2.725v12 mpa -2.929v13 mpa -3.131v14 mpa -3.333v15- mpa -3.534v16 mpa -2.735v17 mpa -2.936v18- mpa -3.137v图2.4 喷油和相机的工作过程输出的电压信号通过a/d转换器采集到pc。对油轨压力进行时时检测，同时通过调节限压阀调节油轨中的压力。2.2 电控单元的设计 电

49、控单元是电控系统的核心，它完成参数的采集到控制信号输出的全过程，所以电控单元的性能对整个电控系统有决定性的影响7。由于电控单元的重要地位，因此要求电控单元应具有很好的稳定性及较强的抗干扰能力，以保证其工作的可靠性。电控单元由硬件组成和软件实现两大部分组成。在计算机的一般应用领域中，软件工程与硬件工程的分工是比较明确和严格的，而在电控单元这种实时控制系统，硬件和软件则是一个不可分割的整体。硬件的有效运行需要依靠软件来支持，而软件的控制功能又要依靠硬件来实现。两者相辅相成，互相关联。这种特点就要求设计者不仅要对被控对象和控制目标有深刻的了解，而且还必须掌握系统硬件、软件的设计和调试方法。硬件系统的

50、设计和调试、控制软件的开发以及硬件系统和软件集成之后的联调，工作量比较大。这样，采用先进的设计方法和设计技术就显得尤其重要。在此控制系统中，选用功能强大的c8051f410/2单片机实现整个测控系统的主体，采用了功能模块单独设计的技术进行硬件系统设计，将硬件部分分为信号调理模块、主控模块和驱动模块;针对执行机构的自身特点及要求并且应用执行速度快、直接对硬件进行控制的汇编语言进行了电控系统控制软件的开发。2.2.1 电控单元设计原则电控单元的设计应遵循如下原则： (1)适应ecu具体工作环境，采用可靠性设计，系统应具有较好的抗振和抗电磁干扰的能力，能在各种环境温度下可靠地工作； (2)采用低功耗

51、高性能的元器件简化电路，降低功耗，提高控制精度； (3)系统安装调试方便，便于硬件软件的检测调试； (4)硬件电路采用模块化设计方法，便于系统的扩展、移植和修改； (5)软件设计采用层状结构体系和模块化技术便于软件修改和扩展。2.2.2 电控单元组成 柴油机电控喷油和配气系统主要由传感器、电控单元和执行机构组成，其中的电控单元实际上就是一个测控系统，它包括三个部分： (1)信号的拾取和和输入部分，它通常是由若干个具有相同或不同功能的传感器及其信号处理电路组成； (2)微处理器及输入/输出接口，这是电控单元中起主导地位的部分，它负责对各种传感器的输入信号进行分析处理及向被控装置输出控制信号； (3)驱动部分，就是根据电控单元的输出信号具体完成操作的控制对象，其中包括将控制信号驱动放大的驱动电路及执行机构。 如图2.6所示，在此电控系统的电控单元中，根据各部分功能的不同分为调理模块、主控模块和驱动模块三个部分。传感器调理模块主控模块驱动模块执行机构反馈装置电控单元图2.5 电控系统中的电控单元2.2.3 电控单元的主要功能根据发动机电控系统的要求，ecu应完成如下功能8:(1)系统参数的采集处理功能，应用单片机丰富的接口资源采集柴油机的工况信号和状态参数，例如发动机转速、负荷、共轨油压等，采集之后加以转换处理。(2)在控制软件的管理下，完成各种控制功能，根据采集的系