（农业机械化工程专业论文）柴油机的燃油供给微机智能控制.pdf

柴油机的燃油供给微机智畿控制 摘要 柴油机微机智能控制技术是柴油机机电一体化控制技术的具体应用， 在试验研究中，以广廷玉柴机器股份有限公司的y c 2 1 0 5 柴油机为研究对 象，将燃油系中喷油泵的机械调速器改装成为电控调速器，电控单元以 a t 8 9 s 5 2 为核心，通过步进电机、螺秆传动机构控制喷油泵的供油齿杆， 改变柴油机的供油量，使柴油机在怠速、加速、减速和标定工况能自动控 制尾气排放和动力性。由于柴油机的运行参数和运行状态特征容易受外界 因素干扰，建立柴油机的数学模型十分困难，因此，从柴油机控制规律和 控制工况入手，将专家长期实践积累的柴油机控制经验作为知识存入计算 机中，根据实际运行工况，计算机能自动调整p i d 参数，以削弱发动机运 转过程中非线性的影响而实现了智能p i d 控制。柴油机的期望转速由油门 踏板传感器设定，柴油机的实际转速由装在喷油泵凸轮轴上的转速传感器 所感受，箕输出信号为频率与柴油机转速成比例的数字电压。该信号与设 定值比较后得到转速偏差量，该偏差量经调节器校正放大后得出喷油泵齿 条位置调整值，从而控制柴油机在所设定的转速下稳定运行尊 遥过柴油机台架试验结果表明：微机控制系统的控制精度高和处理信 息能力强，柴油机的外特性与原机相比性能有一定的提高，可以取代机械 式控制系统。当然，柴油机的智能控制仅是柴油机电控系统的应用，并不 能提高柴油机的内在性能，柴油机是否具有内在的高性能还取决于柴油机 的设计与制造，两者互为补充与提高才会使高性能的柴油机面向市场推出。 关键词：柴油机智能控制模糊一p l d 复合控制台架试验 m i c r o c o m p u t e r 王n t e l l i g e n tc o n t r o l o ff u e l s u p p l y l n gf o rd l e s e le n g 薹n e a b s t r a c t d i e s e l e n g i n e sm i c r o c o m p u t e ri n t e l l i g e n tc o n t r o lt e c h n o l o g yi st h e c o n c r e t ea p p l i c a t i o no fd i e s e lm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a li n t e g r a t i o n 。i nt h i s a r t i c l e ，t h em e c h a n i c a ls p e e dg o v e r n o ro ft h ei n j e c t i o np u m ph a sb e e nr e f i t e dt o e l e c t r i c a lt a k i n gy c 2 10 5d i e s e le n g i n ea st h er e s e a r c h e r , w h i c ht a k e da t 8 9 s 5 2 a st h ec o r eo ft h ee l e c t r i cc o n t r o lu n i t i no r d e rt oa u t o c o n t r o lt h ee x h a u s t e m i s s i o na n dp o w e ru n d e rt h ei d l e s p e e d ，a c c e l e r a t i o n ，d e c e l e r a t i o na n d d e m a r c a t i o no p e r a t i n gm o d e ，t h ef u e lr a c kb a rh a sb e e nc o n t r o l l e dt h r o u g hs t e p m o t o ra n ds c r e wd r i v em e c h a n i s ma n dt h ef u e ls u p p l y i n gh a sb e e nc h a n g e d i t sd i f f i c u l tt oe s t a b l i s ht h ed i s e le n g i n e sm a t h e m a t i c a lm o d e lb e c a u s eo f t h ef u n c t i o np a r a m e t e r sa n dc h a r a c t e r sa r et o o e a s yt od i s t u r b e db ye n v i r o n m e n t s o ，t h ed i e s e le n g i n ec o n t r o l l e de x p e r i e n c eh a sb e e ns t o r e di nc o m p u t e rs t a r t 堍 w i t ht h ed i e s e lc o n t r o lr u l ea n do p e r a t i n gm o d e t h ec o m p u t e rc a l la d j u s tt h e p i dp a r a m e t e ra u t o m a t i c a l l yf o ri m p a i r i n gt h en o n l i n e a ri n f l u e n c eo fe n g i n e o p e r a t o rw o r ka n dr e a l i z e dt h ei n t e l l i g e n tp i dc o n t r o la c c o r d i n gt oa c t u a l o p e r a t i n gc o n d i t i o n t h ee x p e c t a t i o nr o t a t es p e e dw a ss e t t e db ya c c e l e r a t o rp e d a ls e n s o ra n dt h e p r a c t i c er o t a t es p e e dw a se x a m i n e db yr o t a t i o n a ls p e e ds e n s o ro nf u e l i n j e c t i n g p u m p t h eo u t p u ts i g n a lw a sd i g i t a lv o l t a g ew h i c hw a sp r o p o r t i o n a b l eo f f r e q u e n c ya n dr o t a t i o n a ls p e e d 。t h er o t a t i o n a ls p e e dw i n d a g eh a sb e e ng e t t e d a f t e rc o m p a r i n gt h i ss i g n a la n dt h ei n i t i a l i z a t i o n ，w h i c hh a sb e e na d j u s t e da n d m a g n i f i e dt oo b t a i nt h er e g u l a t i v ev a l u e c o n s e q u e n t l yt h ed i e s e le n g i n ec o u l d o p e r a t es t e a d i l y i tw a sp r o v e db yd i e s e lb e n c ht e s tt h a tt h ec o n t r o lp r e c i s i o nw a sh i 曲a n d n t h ep r o c e s si n f o r m a t i o na b i l i t yw a gg o o d t h ee x t e r n a lc h a r a c r i t i c so ft h ed i e s e l e n g i n ew a sb e t t e rt h a nt h ef o r m e r , a n di tc o u l dr e p l a c et h em e c h a n i c a lc o n t r o l s y s t e m c e r t a i n l y , t h ei n t e l l i g e n tc o n t r o lo fd i e s e le n g i n ew a so n l yt h e a p p l i c a t i o no fd i e s e le n g i n ee l e c t r i c a lc o n t r o ls y s t e ma n dc o u l dn o te n h a n c et h e i n t r i n s i cp e r f o r m a n c e w h e t h e rt h ed i e s e le n g i n ed i dh a v et h ei n t r i n s i ch i g h p e r f o r m a n c ew a sa l s od e c i d e db yt h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r eo fd i e s e le n g i n e ， b o t ht os u p p l e m e n tm u t u a l l ya n de n h a n c ew i l lt h e nc a u s et h eh i 醢p e r f o r m a n c e e n g i n et of a c et h em a r k e t 。 k e yw o r d s ：d i e s e le n g i n e ；i n t e l l i g e n tc o n t r o l ；f u z z y - - p i d c o m p o u n d c o n t r o l ；b e n c ht e s t i 1 1 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有：除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位丽使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均琶在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名：赵拖畛 砂移年月蟛日 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供墨录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 囱即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名：赵拢畛导师签名：矽刍障渺多年月彩日 ，”蕾r 大攀司e 圣? 攀位幸l 笼蘩油机的囊霸l 供给徽机智期l 捷制 1 1 柴油机智髓控制的概述 第一章绪论 智能控制是近2 0 年发展起来的一门新兴学科，它简化了建模手续，算法简单，显 著地提高了控制系统的品质，弓l 起了蓬内外学者的关注，成为当前国内辩控制领域的研 究热点之一f 弱。 柴油机智能控制是采用智镜化理论和技术驱动智能机器实现圈标的过程，是一类无 需人的于预就能够独立地驱动智能机器实现其圈标的自动控制。摈弃了传统燃油喷射系 统的结构特点，采用当代先进的电子化技术控制燃油喷射系统，取消或部分取消了柴油 机的凸轮系统及其传动机构，增设供油单元和控制系统。采用电子传感器监视柴油机的 熬轴位置、气甄工况、扭转振动等，与预先艺储存的工作模式各种参数及其变化规律进 行分析眈较，对柴油机的起动定时、燃油喷射等进行控制，保证柴油机始终工作在最佳 状态。柴油机智能控制系统的核心部分主要由传感器、控制器和执行机构缰成。 柴油机的燃油供给微机智能控制是指以单片机为核心的电控单元，完成鼹标喷油量 控制、目标喷油定时控制、油量及喷油定时的补偿控制、冷启动与怠速稳定性控制、过 渡性能与烟度控制、喷油规律的控制、自动监控、安全保护与自适应控制。克服了喷油 泵视械调速器控制的喷油量不均匀，喷油提前角不能随发动机的工况而改变，使柴油机 排放烟度不能控制的缺点，使各种参数的调节和对各种过程的控制更为精确和甜柔性殍， 使使用油耗和烟度排放量大幅度下降，从两使柴油机性能达到一个薪的高度。 1 2 柴油机智能控制的国内外发展及应用现状 l 。2 。l 柴油枧智麓控制国外发震及应翔现状 7 0 年代中期，世界各工业发达国家争摆研究发展柴油机电控技术，发展的核心是 电控喷油系统，其主要内容包括油量控捌、喷油定时控制、喷射压力以及喷油速率的综 合控制。目前，喷油系统按其工作原理和发展时间可分为两种系统，一种为位置式电控 喷油系统( 即电子调速器系统) ：另种为时闻式电控喷油系统( 即电子喷射系统 尊 位置式电控喷油系统即电子调速器是八十年代以质发展起来的先进的速度控制系 统。这种系统是国外开发柴油机电控的第一代产品，它保留了传统喷油系统基本结构， 豢油机的攥法供绘徽机智能控翻 只是在喷油泵上增设由传感器、执行器和微处理机等所组成的双位置控制系统，由于它 的传感器信号、控制信号及执行器皆采用电气方式完成，因此相对于机械、液压调速器， 具有无惯性、无阻尼，系统响应快，动、静态调节精度离豹特点。因此电子调速器的应 用是发展电控柴油机，特别是发展电控喷油系统的一项关键技术。由于这种系统是在原 机械系统基础上改进_ 雨得到的，因此技术开发楣对容易，投资少见效快。在国外该产品 已经实用化。美国g e 公司，日本国铁，苏联国家的内燃机车都已经安装了这种先进的 智能控制系统 2 - 5 1 。 电子调速器技术的使用按照工作原理区分，又可分为模拟式电子调速器和数字式电 子调速器。在国外模拟式电子调速器技术已比较成熟，具有代表性的如：美国 b a r b a r c o l m a n 公司的d a n y 电子调速器：德豳h e i n z l n a n 公司的e 系列电子调速器，这种 调速器静态调速率达到零，可调不均匀度为1 - - - 8 ，执行器采用直流力矩电机。应用模拟 电路实现电子调速器的主要缺点是功能修改不方便，不利于增加辅助功能瀚。嚣此在进 入八十年代蜃，在模拟式电子调速器的基础上，毒牛多大公司相继研究开发蹴数字调速器 系统。例如德国m t u 公司用于嵩、中速柴油机的电子调速器；美国w o o d w a r d 公司转速 控制器以及网本d e l c o s 型电子调速器等都属于此类产品 7 1 1e l 本z e x e l 公司的t i c s 系统 即采用在油泵柱塞上增加控制滑套的工作方式伟】。 时间式电控喷油系统的主要特点是在原有柱塞泵喷油系统基础上，用电磁阀控制取 代了桂塞斜槽控制喷油机构，使机械结构简单，喷油透力提高；并实现了对喷油量、喷 油定时、喷射压力和喷油速率等进行的直接数字控制。油泵机构和控制机构分开，喷油 量计算由高速电磁阀的开、闭时间决定。如国本z e x e l 公司的c o p e c 系统 9 1 ，通过改变凸 轮相位实现，采用电磁阀控制带有活塞的液压提前器来改变凸轮相位，这种系统结构复 杂；日本z e x e l 公司的m o d e l 1 型系统是在泄油通路上装置一个高速电磁阀【1 0 1 ；德国b o s c h 公司开发的e u p l 3 型电控单体泵t i t l ，是在其出油口处设置高速电磁阀；美国底特律公司 的d d e c 系统为电控泵喷嘴系统f 磁，它是在该公司传统的机械泵喷嘴油道中设置了电磁 阕，其泵油动力仍来盘凸轮轴。 柴油机电喷技术的研究是近年来发展最快的技术，应用在国外的中、小功率柴油机 上，例如轿车和卡车发动机上电予喷射装置已进入产品化阶段。但是搬据美国g e 公司 来华技术人员介绍【1 3 】，即使在技术发达国家，电子喷射技术在大功率内燃机车柴油机上 的使用也还处于试用阶段。 2 豢渣机的囊 油供鲶锨机簟能控囊l 1 2 ，2 柴油机智能控制国内应用现状 近+ 年来，国内对智能控制的研究也开始活跃起来：我国有许多科研单位、院校正 在开展柴油机智能控制技术的研究工作，并取褥了实用性的阶段成果。最早从事柴淮机 电控研究的单位是上海内燃机研究所，于1 9 8 5 年承担了机械工业部下达的“电子控制中 小功率柴油机的研究一，并研制成功了6 0 1 2 型柴油机电子喷油定时系统；之后上海交通 大学研究出机电式供油提前器；大连理工大学研制了电液式供油提前器；吉林工业大学 研制了双控制阀式车用高速柴油机电控喷射系统；北京理工大学研制出高增压柴油机电 液式供油提前器。 在研究柴油机电子喷射技术方蚕，天津大学重点开发了蓄压式电控喷油系统【嗣；清 华大学和玉林柴油机厂合作，主要开发直接数字电控柴油机，它通过高速电磁阀来实现 对柴油机定时、定量及喷油速率、喷油压力的优化控制：在“八五 期间，北京理工大 学研制成功i 也c s 大功率柴油机电控系统，分别实现了供油量、喷油定时和可变几何涡 轮增压器的控制。 国内电子调速器的研制应用情况与国外的差距己明显缩小。兰州电源车辆研究所从 8 0 年代开始研制模拟式电子调速器；1 9 9 8 年6 胃兵器总公司7 0 研究所研制出用于履带车 辆的柴油机数字电子调速器，该电子调速器是数字模拟混合结构( 即数字量的转速控制 环，模拟量的位置控制环) ，已开始小批量装车使用。 在总体研究水平上，目前我国的电控技术发展相当于国外9 0 年代初期水平，并且已 开始从试验研制阶段走向产品应用阶段。 3 柴油机燃油供给微机智靛控制研究的目的与意义 在刚刚过去的2 0 世纪中，一方面科学技术的发展突飞猛进，另一方面人类的生存 与发展也遇到了前所未有的挑战。人类文明已陷入了非常尴尬的境地：人类在创造一个 丰富的物质世界的同时，也付出了牺牲整个生存空间的沉重代价。 车愚发动机是能源消耗的大户。据国际汽车工程师协会( f l s i 耵) 2 0 0 6 年公布的资 料，公路运输是当今世界上最主要的运输方式。世界客运总量的8 0 和世界货运总量的 4 2 由公路承担。在世界能源消耗中，公路运输要占石油消耗的4 2 ，约占人类能源总 消耗的1 6 。由于车用发动机的油耗在世界能源消耗中占有举足轻重的地位，所以降低 发动机油耗一直是全人类共同关注的问题 1 5 】。 皇 鬃油机的攥油供鲶饿枫智能攮囊l 2 0 世纪后，中国汽车产量迅速上升，2 0 0 5 年底我国汽车保有量为3 5 0 0 万辆，预 计到2 0 1 0 年，汽车保有量将达到4 5 0 0 - - 5 0 0 0 万辆。汽车在我国能源消耗中的地位也将 更为重要。我国是一个能源紧缺的国家，1 9 9 7 年生产石油1 5 亿t ，紧缺3 0 0 0 万t ，靠 进口解决。因此，不断地降低发动机油耗，节约能源将是一项长期的任务【阍。 另外，车用发动枧是环境污染的罪魁祸酋之一，凑燃机对环境的污染阕题已不容 忽视。现在我们生活的这个地球环境状况嚣益恶化，特别是城市的污染问题更为严重。 因此，许多国家都对车辆撵放制定了严格的限制标准。我国对车辆的排放法规与国外发 达国家相差甚远，如欧洲1 9 9 2 年已实簏e u r o l 排放标准，1 9 9 5 年已实施踟r o 一 l 排放标准，2 0 0 0 年已实施e u r o - - 排放标准，2 0 0 5 年实旄e l v r o - - i v 摊放标准。 周边国家如泰国、新加坡等国，在2 0 0 0 年也已实施了e u l 的一。我图在2 0 0 1 年才在 一些局部地区执行e u 的一l 排放标准，在2 0 0 4 年执行e 沁一l l 排放标准，毒艺京在 2 0 0 5 年也执行了e u 灼一排放标准，2 0 1 0 年将与世界接轨【溺。 面对日益严重的能源危机和环境污染，豳际内燃机界不停地在寻找实现汽车工业可 持续发展的途径【瑚。现在，国外在柴油桃方强已普遍采用智能控制技术，直喷式高压喷 射技术，以及增压，特别是增压串冷、废气再循环技术和四气门技术。而在国内，由于 缺乏技术开发与投入，车用柴油机的水平相期落后，对国外现在采用的或正在研究的新 技术总体上还较陌生。 采用智能控制技术是当前柴油机技术发展的重要方向之一，其出现与发展也是一个 必然趋势，课题磷究具有以下的特点； 熏。采用微机智能控制易实现复杂控制的随意性好，使发动机性能有显著提高。 2 由于供油量、喷油特性可以共同使用运行参数进行集中控制，因此可提高柴油 机的动力性、经济性和使用性能。 3 采用控制特性的智能化，可使柴油机的各种工况处予最优运行状态。 4 对于四、六缸的各种类型的柴油机，微机智能控制系统可以通用。 5 。减少了振动和噪音，延长了柴油机的维修保养周期。 课题中除能进行常规稳态性能调控外，还能进行各种过渡过程的优化控制、故障自 动监测与处理、操作过程自动化及囱适应控制等，最终试制成为柴油机的电脑管理系统， 为汽车提供高性能，低油耗低摊放污染的发动机，隽广谣的汽车工业提供性能优懿的中 小柴油机，使节能降耗、降低汽车运输成本和改善环境保护，具有显著的经济效益和社 会效益，从而促进我国的民族汽车正业不断发展壮大。 4 豢油机的燃濑供给微机簟能攮哑 第二章柴油机燃油供给微机智能控制系统 2 1 柴油机燃油供给微机智熊控制内容 柴油机电控技术包括直列泵的电控技术、分配泵电控喷射系统、共轨式毫控高骶喷 射系统。分配泵电控喷射系统具有体积小、质量轻、使用方便等优点丽广泛地应用于轻 型柴油机上。但是，这种分配泵电控喷射系统喷油压力低，已满足不了不断严格的排放 法规要求；共轨式电控离压喷射系统可实现1 2 0 - - 1 6 0 m p a 的高压喷射，且喷射压力可控 制，又可实现喷油速率的柔性控制，所以可适应欧释l 、欧排放法规的要求。但是，成 本高，较适用于大功率柴油机。为在中、小型柴油机上实现燃油供给微机智能控制，在 袭2 - 1y c 2 1 0 5 型柴油机技术规格l 镯 名称规格 桨油机型式立式、直列水冷靼行程 气缸套型式湿式 燃烧窒型式直喷式 进气方式自然吸气 气缸数2 气缸直经 1 0 5 m m 活塞行程 1 2 0 m m 活塞总排麓 2 。0 7 8 l 压缩比1 6 5 ：l 标定功率 2 8 k w 标定转速 2 4 0 0 r m i n 最大扭矩1 3 0 n m 最大翘矩转速 1 8 0 0r r a i n 最离空车转速 2 6 9 0r r a i n 最低空车转速 怠速) 7 5 0r m i n 机溜燃演消耗陇o 8 排气烟度 毒5 f s n 排气温度 6 5 0 噪声 l l 国 工作顺序l 一2 活塞平均速度9 。6 m s 曲轴旋转方向( 从飞轮端看) 逆时针 润滑方式压力飞溅混合式 冷却方式强制水冷闭式循环 起动方式1 2 v 电起动 整祝净质量2 8 0 k g 外形尺寸长宽i 篾x m m ) 6 9 6 6 9 2 x 8 3 6 广西大硝n 页士学位论文豢妯机的燃油供绘微机簟f 能搜时 直剜泵上进行机电一体化技术创新，是升级现有柴油机技术性能和降低污染排放的有效 措施。因此，以广西玉柴动力机械有限公司的y c 2 1 0 5 型柴油机为研究对象，进行直列 泵微机智能控制试验研究，y c 2 1 0 5 型柴油视技术参数如表l 。柴油机燃油供给微机智能 控制内容包括基本喷油量的控制，怠速转速的控制，以及启动喷油量的控制等。 2 1 1 基本喷油量的控制 基本喷油量是指对应发动机转速和油门踏板使置确定的工况所必须的喷油量。圈 2 - 1 为喷油量的控制框图。e c u ( 电控单元) 根据发动机转速传感器和油门踏板传感器 的信息确定基本喷油量，并根据进气瀣度、进气压力等运行条件进行修正后，确定对应 的目标齿杆位置r 、盯；之后在驱动电路与来自齿杆位置传感器的实测泼杆位置呲行比 较，并内执行器输出与两者之差成比例的驱动电流l a ，步进电机执行机构根据该驱动电 流启动，将齿杆佼置调整到目标位置孙张t ，由此确定实际喷油量q v 。 2 。1 2 怠速转速控制 囊2 _ l 基本喷油量控制框豳 f i g 。2 - 1c o n t r o lo fb a s i c 埘e c l i o n ( 她嘲渺 发动机在怠速工况下运行时，由予其杰部摩擦阻力的变化，或冷却液温度豹变化， 或进气系统内部附着的沉积物的影响，使怠速空气量发生变化时引起怠速转速的变化。 当怠速转速降低时，怠速不稳，发动机产生较大的振动，造成不适感觉，或刚启动后起 步易熄火；如果怠速过高，造成油耗增加，发动机经济性下降。所以需要控制怠速转速， 以适应不同状态，使怠速转速稳定在所设定的目标转速下。目标怠速转速是根据发动机 冷却液温度、空调负荷等状态确定的。因此，所谓怠速转速控制，就是根据不同的怠速 状态将发动枧怠速转速控制在最佳状态，以提高经济性；或随怠速运行时间的变化修正 怠速转速偏移目标值的偏差量实现快怠速；或当使用空调等怠速带负载时适当增加怠速 转速等的控制过程。 6 豢油机的燃拍供绘撤机智能控时 2 1 2 1 怠速控制系统 发动机怠速控制系统主要出油门踏板传感器的怠速开关、空调开关以及发动祝控制 单元e c u 等组成。怠速开关设在油门传感器踏板处于最大位置时闭合，踩下踏板时断开。 图2 2 为怠速转速控制框图。e c u 根据油门踏板传感器的怠速开关和转速传感器信号判 断是否为怠速状态，并根据当时的冷帮液温度、空调开关等信息确定鬻标怠速转速后与 实际怠速转速进行比较，根据二者之差确定要达到目标怠速转速所需的喷油量，由此控 制步进电机执行机构以控制盏杆移动，使发动机获得实际怠速喷油量，从两进行怠速转 速的闭环控制，达到控制怠速转速稳定在目标转速土的昏的。这种怠速转速的闭环控制 仅仅是在怠速开关闭合的怠速状态下进行，所以一旦踩下油门踏板，怠速开关断开，e c u 就停止怠速的闭环控制。 2 1 。2 2 怠速控制方法 嫠2 - 2 怠速转速控制框图 f i g 2 - 2c o n t r o lo fi d l es p e e d 怠速控制主要就是控制与发动机运行状态楣适应的最佳怠速转速，e c u 根据该转速 的信息控制怠速喷油量。图2 3 为怠速控制程序流程图。 在怠速控制时，e c u 首先要准确判断发动机的运行工况。若当发动机为启动状态时， 就按窟动工况的喷油量进行控制。当发动机确实是在怠速工况时，就根据冷却液温度读 取目标怠速转速，并与实测的怠速转速进行比较，当比较结果超j 建4 - 一姒时，步进电 机执行机构调节齿杆控制怠速喷油量。在怠速控制模型中，为了在较低的冷却液温度下 进行快怠速暖车，将怠速转速设定得高一些，并随冷却液温度的增加，所设定的怠速转 速要逐渐降低。当冷却液温度为9 0 时，怠速转速近似等于最佳怠速转速，以获得较好 的经济性。另外根据怠速时带空调负荷、转向助力负荷以及电器负荷等情况，修正目标 7 鬃油机的囊i 油供给微机智能撼劓 怠遴转速，进行提高怠速转速的控制。 慝网 变速器奎 档或停车 怠速开 关o h 幕凄舞 妙 ln 淤j 空谰舞荧o h 转向助力器 藤力开关o n 变速器空挡 开关o h 2 1 3 瘩动陵油量控制 、t k l急速工援 。“。“4 。一。“1 1 - 。“_ r 一 旧标怠速转速 启动工况 跨粳怠速开关o h 羹 苎yl | n| 怠速转速 ll 提毫修正 l - 患速转速闭环控制l 适爹兰主 量n 匝塑 铲i f沁匿翮 进电祝执行机构 圈2 3 恚遥控糊程序流程蹰 f i g 2 - 3c o n t r o lf l o wc h a r to fl d l es p e e d 为了保证正常启动，需要控制在各种不同启动条件下所对应的最佳启动喷油量。势 此首先要正确判断是否为启动工况。当同时满足发动机转速n - - o ，怠速开关o n ，瘘动开 关o n ，且变速器处于空档位置，驻车割动器处于制动时，确认为启动工况，并实施窟 动喷油量控制。启动喷油量是由基本启动喷油量和冷却液温度的修正量确定。即 擘w q ，+ 却， ( 2 _ 1 ) 式中 口一怠速开关和启动开关闭合时的基本喷油量； a q ，一由冷却液温度决定修正喷油量。 扇动喷油量的控制原理如图2 4 所示。e c u 酋先根据启动开关、怠速开关以及发动 8 油机的囊油供绘徽机智期琵爨囊i 桃转速判定启动王况，然盾根据由启动时的怠速开关和转速，从基本启动喷油量模型中 求出对应实际启动工况的基本喷油量。并根据启动时的冷却液温度进行修正，确定目标 寝动喷i 盎量。 当发动机启动后怠速开关闭合，起动开关断开，或启动喷油量或启动转速，l 垮 珂脚 ( 解除寝动工况判定值) 时，解除启动喷油星的控制程序，进入其他控京l 状态。 图2 4 启动喷油量的控制 f i g 。2 - 4c o n t r o lo fs t a n u pi n j e c t i o nq u a n t i t y 2 。2 柴油机燃油供给微机智能控制电控单元 电控单元简称e c u ，是发动机控制系统的核心，作用是对输入信号进行处理，形成 决策，并输出相应的信号对输入信号作出响应。e c u 中存储的程序对传感器和控制开关 输入的各种信号进行运算、处理和判断，形成相应的控制指令，并控制步进电机执行机 构产生与控制指令对应的动作，使发动视控制系统实现快速、准确的自动控制。其结构 如图2 5 所示。 厂运濠罾理蒺涎 i ( 为其他各个模块提供十5 v ，+ 1 2 v 电源) l l 时钟发生模块i航干扰梗块设辅 燕逮麟叛霞蹙痿孽 信 ln 输 转速蓿号 一 号 出 驱 拳迸亳飘芷威键 供油泼转霞鬟馈母 采 e c u 动本漫信号 集 模 遴压力傣号模 r 、 h 块 e ，g 开关信号一块 l 赛位电黪援块|融中羝墩鼹摸裂 嫠2 - 5e c u 总体结构设诗框醺 f i g 。2 - 5 c o l l e c t i v i t ys t r u c t u r ed e s i g no f e c u 9 鬃油机的燃油供绘做机簟能捷，螂 由于控制时e c u 计算处理量较多，且通过步进电机执行机构控制齿杆移动而改变喷 油量，所以对单片机要求离的时间分辨率。因此选用a t 8 9 s 5 2 型单片机作为柴油机燃油 供给微机智能控制电控单元，其电路原理图如图2 6 新示。 图2 紫油机燃油供给微机智能控制电控单元 f i g 。2 - 6e c u o f d i e s e le n g i n ef u e lp r o v i d e 碱氇m i c r o c o m p u t e ri n t e l l i g e n tc o n t r o l a t 8 9 s 5 2 单片机是a t 8 9 s 系列中的增强型产品【2 0 1 ，采用了触瞰跣公司的技术领先的 f l a s h 存储器，是低功耗、高性能、采用c m o s t 艺制造的8 位单片机。a t 8 9 s 5 2 单片机的 主要特性如下： l 。8 位字长的c p u i 2 可在线i s p 编程的8 k b 片内反复擦写1 0 0 0 次的f l a s h 存储器； 3 可编程的3 2 根i 0 1 2 线( p 0 p 3 ) ； 4 。4 0 v - 5 。5 v 电压操作范围； 5 。3 个可编程控制器； 6 。具有8 个中断源、6 个中断矢量、2 级优先权的中断系统； 7 。可在“空阙 和“掉电两种低功耗方式运行； 8 。1 个看门狗定时器w d t i 9 。振荡器和时钟电路的全静态工作频率为o 3 0 m h z ： l o 与m c s 。5 1 单片机产品完全兼容。 1 0 广西大学司士掌位论文蔫 油机翻，煺油头绘撤机智能控劁 2 。3 传感器 传感器是指能感受被测量并按照一定的规律转换成可输坦信号的器件或装置，通常 由敏感元件和转换元件组成，是测量系统( 仪表) 的感受与变换部件，完成信号的获得。 它将被测参量转换成相应的可用输出信号，被测参量可以是各种非电气参量，也可以是 电气参量f 2 。 在柴油机的燃i 出供给微机智能控制系统中，传感器将发动机转速、温度、加速踏板 位置、供油齿杆位移、进气压力等非电量转换为电量，然后通过电的方法进行测量和控 制。其作用是实时检测柴油机与汽车运行状态，并把它输入到e c u 中去。传感器直接 和被测对象接触，处予测量系统的最前端，是获取信息的第一环节，起着获取检测信息 与转换信息的重要作用，其性能好坏直接影响到控制发动机的精度。因此，车用发动机 传感器的选用原则为渊： 1 传感器量程的选择 量程是指测量范围上限和下限的代数差。例如，检测冷却液的温度传感器，要求测 量范围为5 0 - 1 2 0 时，量程为1 2 0 - ( - 5 0 ) = 1 7 0 ( 2 。 2 灵敏度的选择 传感器输如量的变化值与相应被测量的变化值之比为其灵敏度。例如，测量冷却液 温度的传感器，其测量变化值为1 7 0 c ( - 5 0 - - - , 1 2 0 c ) ，丽它的要求输出值为o - - - 5 v 。所以， 应选择其灵敏度为5 17 0 。 3 。分辨力的选择 传感器在规定测量范匿内可能检测盘的被测量的最小变化量。例如，光电式曲轴位 置传感器要求分辨力为l o ，也就是说选择光电传感器时，它的脉冲当量选择为l o 。 4 。误差的选择 误差是指传感器测量示值与被测量的真值之差。这是传感器最主要的计量特性之 一，其实质就是反映了传感器准确度。示值误差大，则其准确度低；示值误差小，则其 准确度离。传感器误差是系统误差所要求的，应予以满足。 5 重复性的选择 重复性是指传感器在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量所得结果之间的 一致性。例如检测发动枕转速在转速升高时期，对某一转速重复测量时数值的一致性或 误差值大小，应满足规定要求。 广西大掌硕士掌位甑? 文秉油机的餍瓣供结做机霉怒擐獭l 6 线性度的选择 传感器的线性度是指其输出关系曲线与某一规定直线致的程度。线性度好，丽且 有一定的规律，这样在计算机处理数据时可以耀硬件或软件进行补偿。 7 过载的选择 在规定允许范围内，能够加在传感器上不孳l 起性能永久性变化的被测量最大值。选 择时，只要实际王况超载量不大予传感器说明书上所规定的值即可。 8 响应时闯的选择 由于被测量的阶跃变化，传感器输出上升到其最终规定值时所需要的时间。例如， 进气压力传感器响应时间要求是l o r e s ，也就是说该传感器在要求的工作条件下，从输 入信号加上后，簧经过1 0 r e s 时间，它的输出值才能达到要求的稳定数值。这个参数的 大小直接影响发动枧起动时间的长短。所以选择时只能小予l o r e s ，才能满足发动枧的 起动时间或其他王况变换的时阀。 9 可靠性的选择 在规定条件下，传感器正常工作的可能性( 概率) 。例如进气压力传感器的可靠性为 0 9 9 7 ( 2 0 0 0 h ) ，正常工作的可能性( 概率) 梵0 9 9 7 ( 9 9 7 ) 。在选择传感器时，工作时闯长 短及其概率两项指标都要符合要求，才能保证发动机整个系统的可靠性指标。 2 3 1 加速踏板位置传感器 加速踏板位置传感器用以检测踏板位置，即发动机的负荷信号。该信号输入e c u 后，与转速信号共同决定柴油机的喷油量及供油正时，是柴油机电控系统的主控信号。 2 3 1 1 加速踏板位置传感器的选择 检测加速踏板位置可采用线位移传感器或焦位移传感器，为便于安装和精确检测发 动祝的负荷信号，选用常州信德电器厂生产的e t p 1 型电子油门踏板，其作用是将加速 踏板的角位移转换成电信号，通过单片机实现电子油门控制发动机的负荷，加速踏板传 感器结构如图2 7 所示，由踏板、转轴、滑轮、底板等结构组成。采用玻璃纤维增强塑 料踏板、铝合金底板，防腐性能好。 1 2 豢弦执翻 冀i 潮供绘微机智能控翻 图2 - 7 加速踏板传感器结构示意图 f i g 。2 - 7s t r u c t u r eo fs p e e d u pp e d a ls e n s o r 传感器经东风商用车公司技术中心性能测试，1 0 0 0 万次耐久性试验及装车试验，证 骧性能优异，产品可靠。传感器的结构特点： l 。和踏板总裁成一整体的进口霹编程传感器； 2 非接触式磁感应传感器，灵敏度和线性度高、非接触、可靠性好、长寿命、无 噪音、响应快； 3 双弹簧回位： 4 结构紧凑； 5 传感器带有怠速确认开关( 用于c u m m i n s 及i v e c o 发动机) 。 其主要技术指蠢参数见表2 2 所示。 表2 2 加速踏板技术指标参数表 参量大小 精度 初始载荷( 最小)0 。9 k g f 如。l 全油f l ( 最大)3 3 k g f 如1 输入电压( v c c ) 5 v d c蜕 机械行程1 7 。5 0旺。 电器连接特性如图2 8 ，表2 3 所示。 1 3 4 t t , - ：油机的燃油供给徽机簟能控制 佃由西、盘口口 旧甲叱 c 暑 a 图2 8e t p 1 电器连接引脚图 f i g 2 - $ e l e c t r i cl i n kp i n so f e t p - i 表2 - 3 电器引脚说明 引脚位置说明颜色 a 电源输入，v c c 红 8 踏板信号输出，v s绿 c 接地( 信号) 黑 d 通惩开关( 接鹳 黄 e f s 3 ( i v s 3 ) ：n o 蓝 f f s 2 ( i v s 2 ) ：n c 自 2 3 1 2 加速踏板位置传感器的标定 根据g b t 18 4 5 9 2 0 0 1 传感器主要静态性能指标计算方法要求，加速踏板位置 传感器标定应在整个输入量程内进行，标定点包括零点和满量程点，并均布取m - - - 5 , 1 1 点，标定循环取n = 3 5 次。因此，将传感器位移行程等分为n 个等分，取l o 个点 进行测量，测量电路如图2 - 9 所示t 2 3 1 。 + 5 v 与r 图2 - 9 加速踏板位置传感器测量电路 f i g 2 - 9m e a s u r i n gc i r c u i to fs p e e d u pp e d a ls e n s o r 1 4 广西大学硕士掌位论文柴油机的燃油供给微机智鼻皂控制 测量过程中使用精度为27 的万能角度尺和d y 2 2 0 1 型万用表( 1 5 级) 。标定装置 工作系统如图2 1 0 所示。 图2 一l o 加速踏板位置传感器标定装置工作系统图 f i g 2 - 10d e m a r c a t ed e v i c es y s t e mo fs p e e d u pp e d a ls e n s o r 正反行程重复测量五次同一转角下的输出电压值时，传感器标定的原始数据记录见 附录1 。经分析后的数据记录于表2 4 中。 表2 4 标定加速踏板传感器数据记录表 顺序角度尺计数( o )角位移量x ( o )电压值y ( v ) 13 0o 0 8 5 22 82 1 3 5 32 641 8 l 42 46 2 2 5 52 282 6 7 62 01 03 0 9 71 81 2 3 5 3 8 1 61 4 3 8 9 91 41 64 2 8 1 01 21 84 4 7 油机的期i 油供鲶坂机r 能控囊l 由表2 _ 4 中数据，应用最小二乘法拟合磁传感器角度位移与输出电压的关系曲线为： y - - 0 4 10 8 x + 0 5 5 9 9(2-2) 其中：y 为传感器输出电噩值，单位为v 。 x 为角位移量，单位为度( o ) 。 在m a t l a b 中绘出角位移一电压关系数点图及拟合曲线图，如图2 1 l 所示。图孛 实线为拟合方程曲线，几乎与教点图完全重合，说明加速踏板传感器线性度良好，按式 ( 2 - 2 ) 来设定转速是合理的，可用于编写智能控制系统的控制程序。 2 3 2 转速传感器 图2 i i 加速踏板角位移量一电压关系曲线 f i g 2 - 11r e l a t i o no f a n g l e - - v o l t a g eo fs p e e d u pp e d a ls e n s o r 用以检测发动机转速，与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和供油正时，是柴油 机电控系统的主控信号。 在柴油机燃油供给微机智能控制单元( e c u ) 中，加速踏板位置传感器检测的是发动 机负荷工况，为确定每次循环是否符合最佳空燃比的喷油量，应检测发动机转速。为便 于安装，选用a 4 4 e 集成开关型霍尔传感器检测发动机转速 2 4 1 ，这种形式的发动机转速 传感器具有下列优点： l 。输出信号幅值不变，e c u 在工作电压为1 2 v 时，输出幅值保持1 1 5 1 2 v 不变， 发动机转速低甚至到“o ，幅值都不变。 2 频率响应高，响应频率可达2 0 k h z ，用于发动机转速检测，可以检测到1 2 0 0 0 转分钟的转速信号，故可满足使用要求。 1 6 豢油机的囊i 油供鲶微机簟能攮哦 3 抗电磁干扰能力强，由于输出信号在整个转速范围内不变，而且幅值较高，所 以抗电磁干扰能力很强。 2