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高压共轨柴油机燃油喷射控制系统的开发及喷油一致性的研究

郭树满  
【摘要】:以“均质压燃、低温燃烧”为特征的新一代内燃机燃烧理论是实现柴油机高效、清洁燃烧的有效途径,而电控技术是实现燃烧理论的有效手段。为此,本文以重型柴油机为控制对象,从燃油控制和缸内状态控制(温度、压力和氧浓度)出发,开发控制系统。重点解决提高喷油器驱动电路的响应特性、各缸喷油一致性,发动机各系统的控制以及系统间的协同控制等技术问题。 本文开发了以MCF5235微处理器为核心的控制单元。设计了基于可编程复杂逻辑器件的信号逻辑合成电路对驱动信号进行合成,实现了处理器的控制算法任务和数字逻辑任务的平行处理,减轻了CPU的负担。为了满足喷油器高速电磁阀响应特性,提高控制精度,设计了基于自举模式的喷油器高-低压分时驱动电路。为了实现缸内状态的有效控制,设计了EGR系统、进气门晚关定时系统、进气压力调节系统的驱动电路。 为了提高各控制通道的喷油一致性,对喷油器电磁阀的驱动响应特性进行了分析,开启过程中的影响,主要是上电电压和上电回路电阻,而关闭时的影响主要是续流回馈电压、续流回路中电阻以及断电时保持阶段的电流,针对这些影响因素对驱动电路进行了优化设计,并对驱动波参数进行了优化。经测试,电流关断时间由优化前的0.066ms减小到优化后的0.022ms。 为了提高驱动电路的可靠性,设计了基于电流特征值的驱动电路故障诊断和补偿处理系统,对喷油器驱动电路进行实时诊断,并根据不同故障进行处理和补偿;试验结果表明,该系统能够实时地检测电磁阀驱动电路的故障,能在0.005ms内检测出电路过载故障,而对于其他故障,补偿处理系统能自动调整喷油定时和控制波参数等,保证故障缸和正常缸相同的喷油定时和喷油量。 开发了基于CodeWarrior IDE开发环境的控制软件。设计了基于增强型定时处理单元和瞬时转速的喷油定时控制算法,以及基于数组结构体的多脉冲控制算法,定时调节范围可从-68°CA ATDC~30°CA ATDC内灵活调节,满足了预喷和后喷定时的需要。设计了电控系统的控制算法,实现对共轨压力的闭环控制及其他控制,控制系统能柔性控制喷射压力、喷油定时及喷油量,并能实现不同喷射模式灵活调制和自由切换。开发了发动机各系统的控制程序,对每个控制任务按响应实时性要求的高低,分配优先级,按照基于优先级的抢占式任务调度机制,实现各系统间的协调控制。设计了发动机起动、怠速和调速等工况的控制程序,初步研究了起动、怠速和调速等控制策略。


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