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中文标题：柴油机电控系统研究 外文题目： F 业设计（论文）共 58 页（其中：外文文献及译文 16 页）图纸共 7张 完成日期 2006 年 6 月 答辩日期 2006 年 6 月 附录 A 2 经网络 人脑存储的信息是分布式地存储在脑细胞之间的关联上，而不是保存在脑细胞的内部。脑细胞通过它们之间的作用关系 (如激励和抑制 )来存储。人工模拟这种映射关系的系统称为 (人工 )神经网络 (神经网络是一个具有高度非线性的超大规模连续时间动力系统，是由大量的处理单元 (神经元 )广泛互连而形成的网络。它是在现代神经科学研究成果的基础上提出的，反映了脑功能的基本特征。但它并不是人脑的真实描写，而只是它的某种抽象、简化与模拟。 网络的信息处理由神经元之间 的相互作用来实现，知识与信息的存储表现为网络元件互连间分布式的物理联系，网络的学习和计算决定于各神经元连接权系的动态演化过程。其中，神经元构成了网络的基本运算单元，每个神经元具有自己的阂值，每个神经元的输入信号是所有与其相连的神经元的输出信号和加权后的和。而输出信号是其净输入信号的非线性函数。如果输入信号的加权集合高于其闲值，该神经元便被激活而输出相应的值。在人工神经网络中所存储的是单元之间连接的加权值阵列。 神经网络的工作过程主要由两个阶段组成 :一个阶段是工作期。此时各连接权值固定，计算单元的状态变 化，以求达到稳定状态。另一阶段是学习期 (自适应期，或设计期 )。此时各计算单元状态不变，各连接权值可修改 (通过学习样本或其他方法 )。前一阶段较快，各单元的状态亦称短期记忆 (S 后一阶段慢的多，权及连接方式亦称长期记 (L 目前神经网络的结构有近百种之多，算法更无法记数。根据网络特性，神经网络大致可以分为静态和动态两类。静态网络当前的输出仅仅反映当前输入数据的处理结果。动态网络是有记忆能力的网络，记忆能力可以是由于神经元传递函数是微分或差分方程导致的 ;也可以是由于网络的输出或网络内部的状态反馈到 网络的输入端产生的。下面对于一些常见于控制系统中的网络结构和算法作简要的介绍。 经网络的结构类型 神经网络是由大量简单神经元相互连接构成的复杂网络。图 2具有 络层由权值矩阵 W(闭值矢量 b(求和单元。和传递函数运算单元 a。 其中，输入层网络权值矩阵 在单层神经网络的基础上可以构造多层神经 网络。一个典型的三层神经网络模型 神经网络的类型多种多样，它们是从不同角度对生物神经系统不同层次的抽象和模拟【 18】。一般来说，当神经元的模型确定之后，一个神经网络的特性及其功能主要取决于网络的拓扑结构及学习方法。按网络拓扑结构主要可分为前馈型和反馈型两种 19， 13。 （ 1） 馈型网络。各神经元接受前一层的输入，并输出给下一层， 没有反馈，结点 分为两类，即输入单元和计算单元，每一计算单元可有多个输入，但只有一个输出(它可藕合到任意多个其他结点作为其输入 )。通常前馈网络可分为不 同的层，第 层输出相连，输入和输出结点与外界相连，而其他中间层则称为隐层。 （ 2） 馈型网络。所有结点都是计算单元，同时也可接受输入，并向外界输出，可 画成一个无向图，如图 2-4(a)，其中每个连接弧都是双向的，也可画成如图 2-4(b)的形式。若总单元数为 n，则每一个结点有 神经网络的工作过程主要分为两个阶段 :第一个阶段是学习期，此时各计算单元状态不变，各连接上的权值可通过学习来修改 ;第二阶段是工作期，此时各连接权固定，计算单元状态变化，以达到某种稳定状 从作用效 果看，前馈网络主要是函数映射，可用于模式识别和函数逼近。反馈网络按对能量函数的极小点的利用来分类有两种 :第一类是能量函数的所有极小点都起作用，这一类主要用作各种联想存储器 ;第二类只利用全局极小点，它主要用于求解最优化问题。 经网络在控制中的应用 总结了神经网络用于控制系统最吸引人的几个特征 :神经网络是本质的非线性系统、具有高度并行的结构、某些网络可以硬件实现、具有学习和自适应性、可以同时处理定性的和定量的数据、多变量系统等特点。神经网络在控制系统中 无论是作为控制器还是作为实际系统的辩识模型，都是以神经网络的函数逼近能力为基础的。有两种基本的神经网络的应用方式 :正模型 (辩识 )和逆模型 (控制器 ) 正模型法通过训练使一个神经网络逼近一个系统的正向模型，以模型和实际系统输出的差值作为网络训练的误差信号来修正网络权值。假设系统的模型训练可以一直采用实际系统的数据 者在一定的训练步数后采用神经网络以前的输出作为网络输入来避免有噪声的数据对辩识结果的影响。 逆模型法通过训练得到系统动态的逆模型或控制器，串联在原系统前面使系统简化或满足 一定的控制要求。有两种基本的神经网络求逆结构 :直接逆结构和间接逆结构直接逆结构输入一个信号到实际系统，其输出作为神经网络的输入，把网络的输出和加入信号的差值作为误差训练网络。直接逆结构有两个严重的缺点 : (l)由于神经网络逆模型的输入是由实际系统的输出得到的，可能不完全覆盖逆问题的输入空间 ; (2)如果系统不是一对一的，在不能得到全部输入空间特征训练点集的情况下，可能得到错误的逆模型。采用神经网络间接逆结构可以部分地克服上面两点缺点。 间接逆结构输入信号到神经网络，然后把网络输出送到实际系 统，系统输出与输入到网络的信号差值用来训练神经网络。采用该结构，网络的输入可以人工选择，可以使输入的信号能够代表逆系统输入空间的特征。当网络不是一对一的时候，可以学习得到具有某些特定性质的部分逆模型。 径向基函数 (经网络是由 0年代末提出的一种神经网络，它是具有单隐层的三层前馈网络。由于它模拟了人脑中局部调整、相互覆盖接收域 (或称感受野一 神经网络结构，因此，径向基函数 (径向基 )神经网络网络是一种局部逼近网络，即对于输入空间的某一局部区域只存在少数的神经元用于决定网络的输出。已证明它能以任意精度逼近任意连续函数。径向基函数理论是一种对多输入、多输出非线性系统的辨识方法，以此而建立的径向基网络可实现对非线性系统的模式识别与分类。 向基函数神经元模型 一个具有 R 维输入的径向基函数神经元模型如图 2一 7所示。图中的 模型中采用高斯函数 输 矢量 高斯函数是典型的径向基函数，其表达式为 f(x)=一 8所示中心与宽度是径向基函数神经元的两个重要参数。神经元的权值矢量 当输入矢量 p与 向基函数神经元的输出达到最大值，当输入矢量经元输出就越小。神经元的闭值 输入矢量 向基函数神经网络模型 一个典型的径向基函数网络包括两层，即隐层和输出层。图 2函数网络的结构图。图中所示网络的输入维数为 R、隐层神经元个数为 出个数层神经元采用高斯函数作为传递函数，输出层的传递函数为线性函数。 糊控制的基本思想 船舶自动控制中获得广泛应用。但其在局限性使得采用 制难以获得满意的控制结果。模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握受控 糊控制具有模糊控制灵活而适应性强的优点，可达到较好的控制效果。 模糊控制的基本思想是利用计算机 来实现人的控制经验，而这些经验多是用语言表达的具有相当模糊性的控制规则。模糊控制器 (F 得巨大成功的主要原因在于它具有如下一些突出特点 : 模糊控制是一种基于规则的控制。它直接采用语言型控制规则，出发点是现 场操作人的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常 适用。基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异 ;但一个系统的语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。 模糊控制算法是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人 工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。 糊逻辑控制器的结构与设计实践证明，与传统的 糊控制器有更快的响应和更小的超调，对过程参数的变化不很 敏感，所有点都能得到控制。在一些难以建立数学模型的过程或具有大纯滞后的过程控制中，模糊控制器取得了明显效果。对于控制对象具有大纯滞后的特性等难以控制的对象，事先也无法知道具体对象有数学模型，采用模糊控制算法有较好的控制效果。 糊控制器及其基本结构 模糊控制系统一般按输入误差和误差变化对过程进行控制。模糊控制器是一 种语言控制器，采用模糊集理论实现对过程的控制，其基本思路是模拟操作人员凭经验积累起来的控制策略，对一些难以构造数学模型的过程进行控制。 模糊控制器的基本结构包括输入输出变量，模 糊化处理部分，控制算法部分，模糊判决部分。根据模糊控制器的输入输出变量不同可以将模糊控制器分为以下几种形式 :(1)单输入单输出模糊控制器 ;(2)二维输入单输出模糊控制器 ;(3)三维输入单输出模糊控制器 ;(4)多维输入输出模糊控制器。其中由于二维输入单输出模糊控制器一般选用偏差和偏差变化能够较好 的反映被控对象的动态特性，控制效果好目前得到广泛的应用。 其中 e和 就是模糊控制器的输入，。为控制器输出的控制信号， E， 由图可知模糊控制器主要包含三个功能环节 :用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节，模糊控制算法功能单元，以及用于输出解模糊化的模糊判决环节。模糊控制器设计的基本方法和主要步骤大致包括 : 首先将实际测得的精确误差的变化 采样时刻 k，误差变化的定义为 上式中 k 时刻的过程输出， 这些量来计算模糊控制规则，然后又变成精确量对过程进行。 检测输入变化量 输入变量值变换成相应的论域 ;将输入数据转换成合适 的语言值，这一部分是由模糊量化和模糊化环节完成 : 进行量程转换。选取方法一般依据具体控制过程的参数决定。 进行模糊化。模糊语言值通常选取 3、 5或 7个，例如取为 负，零，正 ， 负大，负小，零，正小，正大 ，或 负大，负中，负小，零，正小，正中，正大 等。然后对所选取的模糊集定义其隶属函数，模糊集的隶属函数应该根据实际情况来确定。一般情况通常采用下式来拟合模糊集合的隶属度 : 但是在实际应用时三角形隶属函数或高斯型分布曲线也保持 较高的精度，其灵活性也比较大，而且可以大大的减少模糊化的计算工作量，方便程序设计。其分布可以依据问题的不同取为均匀间隔或非均匀的 ;也可采用单点模糊集方法进行模糊化。下图为一个三角形隶属函数取法示意图 : 在确定模糊子集的隶属函数时需要注意如下问题 : 第一隶属函数的偏差采用模糊集合的宽度越窄，则灵敏度，精度越高 ;隶属函数的偏差采用模糊集合的宽度越宽，则分辨率较低，偏差控制灵敏度也相应较低，控制特性较平缓，稳定性也较好，因此，一般在误差较大时采用低分辨率的隶属函数 ;误差较小时，宜采用高分辨率的隶属函数。 第二定义 变量的全部模糊集合时，如 ， 考虑它们对论域 一 n，n的覆盖程度，使论域中的任何一点位于这些模糊集合里 :隶属度的最大值都不能太小，否则有可能在这些点上会出现“空挡”，引起失控。因此全部模糊集合所包含的与非零隶属度对应的论域元素个数应当是模糊集合总数的 3 第三考虑各个隶属集合之间的相互影响，可以采用这些模糊集合中的任意两个集合交集中的最大值 应控制灵敏度高 ;B 大时鲁棒性好，即模糊控制器对于被控对象的参数变化适应性强。一般取 B=则对两个模糊 集合很难区分。 建立模糊控制规则或控制算法。这是指规则的归纳和规则库的建立，是从实际控制经 验过渡到模糊控制器的中心环节。 模糊控制的输入变量，输出变量经模糊化处理后，其全部模糊子集的隶属度或隶属函 数存放于模糊控制器的数据库中，在规则推理的模糊关系方程求解过程中，为推理机提供数据。 模糊控制器规则是基于专家只是或操作者长期积累的经验，是模仿人的直觉 推理的一种语言形式。模糊控制规则通常表述为一组 模糊条件语句构成，例如 :IF e=N ， u=等表达形式 ;其相应的语言变量分别为E， 。如果将所有规则逐条列出是比较繁琐，为简明起见，通常将所有模糊控制规则总结为模糊控制规则表，如表 1中所示，可直接由 E 和 。规则库是用于存放全部模糊控制规则，为模糊推理提供规则，模糊控制规则的多少与语言变量模糊子集的划分有关，这种划分越细，规则就越多，但并不意味这规则库的准确度越高，规则库的准确度越高。规则库的准确度还是依赖于专家知识的准确度。规则库和数据库共同组成了 :控制器的知识库。 模糊控制器推理是根据输入变量，由模糊控制规则进行模糊推理，求解出模糊关系方 程，并获取模糊控制量的过程。模糊推理有时也称似然推理。其一般形式如下 : (l)一维控制器推理 前提 :A=B=件 :A=论 :=? (2)二维控制器推理 前提 :A=B=件 :A=B=论 : 当上述给定条件为模糊集时，可以采用似然推理。在模 糊控制中，由于控制器的输入变量 (如偏差和偏差变化率 )往往不是一个模糊子集，而是一些孤点 (如a=b=b。 )等。因此这种推理方式一般不直接使用，模糊推理方式一般分为以下三类推理方式 : ;拉森乘积运算法和日本学者 。下面介绍一种较为广泛引用的 设 a=a。， b=b。，则新的隶属度为 : 该方法常用于模糊控制系统中，直接采用极大极小合成运算方法，计算较为简便，在模糊控制器的设计运用中得到大量使用。 理 由于被控对象每次只能接受一个精确控制量，无法接受模糊控制量，因此必 须从模糊量中提取一个精确的控制量，这一过程即为模糊量的反模糊化处理，又称模糊判决。通常有如下几种方法 :最大隶属度法，加权平均法和取中位数法。进行反模糊化时，若采用最大隶属度法，结果精确但软件实现较困难 ;采用最大值法，虽结构简单，但结果不精确。加权平均法是其中应用较为广泛的一种判决方法，兼顾了二者的优点。所以选用加权平均法，兼 顾了二者的优点。执行量由下式决定 : 式中， 途径 模糊控制器是一种利用人的直觉和经验设计的控制专家系统，设计时不能用数学模型来描述受控系统的特性，目前还没有一个固定的设计过程和方法。尽管如此，我们仍然可以总结出原则性设计步骤。 糊控制器设计步骤 (l)定义输入输出变量 根据受控系统所要求的检测状态和操作控制作用分别确定模糊控制器的输入变量和输出变量。 (2)定义所有变量的模糊化条件 根据受控系统实际情况，确定输入变量的测量范围和输出变量的控制作用范围然后确定每个变量的论域，根据变量论域安排各个变量的语言术语及其对应的隶属函数。 (3)设 计控制规则库 根据专家知识和熟练操作者的操作经验将受控系统的控制过程用语言表述出来，经整理后建成系统控制规则库。 (4)设计模糊推理结构 根据设计的需要，可以使用软件在通用计算机上来实现选择模糊判决的方法模糊控制器的输出是一个模糊量，为了实现对外设备的控制，必须选择合适的模糊判决方法，将控制输出的模糊量转换为精确量。 糊控制器设计途径 目前设计模糊控制器的途径一般是从三个方面考虑 (1)根据专家知识和经验进行设计 :模糊控制器本身就是本身是应用于控制的专家系统，其设计根据就是专家的经验和知识。 (2)根据建立熟练操作者控制模型的方法进行设计 :控制专家和熟练操作者可以巧妙地根据其经验实现对复杂系统的控制，但是这种方法难以把他们的经验和诀窍用逻辑形式表达出来。 (3)根据建立被控对象模糊控制模糊模型的方法进行设计 通过建立控制对象的模糊模型来实现，这种方法主要适用于无法依据该领域有经验的专家的经验，这时只有通过设计方法来建立相应的模糊规则。 附录 B 2. .1 he is in is in of to be is is by It is in it is is by to in s if is is If is is Is in is by is is of in is or is or is S L a At of is to to be is or be or to in . he is by -1 is a it to S p is s by ( b( f S s a. b is as In A . to 18. a by to 19,13”. (1) to an it to is a (2) to to to -4(a), in is -4(b) If is n, a an he is he is is of of is in of to to he is an as of he it in in so on to in he is so on in of is as or is of as he a to a by y to or to as to or in of to or to of he a to to as (l) is by (2) If is in in of to be to to to to to is a of 2.2 he is of in 980s, it it in or to in it by is to by to be to to he to 7 In In to it n to is by p w b. is is f(x)= is w p w p is w is is b to b p w -9 is a In , 1, 2, to 3. 3.1 ID in is in it in to ID to is of goo摘要 柴油机作为 一种动力机在车辆等交通工具及工程机械上有广泛应用，传统机械控制式柴油机结构复杂，控制精度低，由于难以准确及时控制喷油量，喷油提前角等主要参数导致传统机械控制式柴油机在排放性，动力性，经济性等方面弊端越来越突出。国外和我国排放标准要求越来越高，随着电子计算机技术的成熟，柴油机电控技术 得到长足发展。本文对柴油机高压共轨式电控喷油系统进行分析研究，对喷油器等关键部件进行较深入研究。对共轨系统工作原理一定了解的基础上，在满足喷油量喷油提前角基本满足的前提下对喷油器进行选型分析。选择球阀喷油器 ，对其 组成部件进行计算分析得到了其最优化结构。 关键词：柴油机 ；电控系统 ；共轨式喷射系统；传感器； 喷油器 of on so on is is of so on in so on to be to so on on to To of in of to on to on to to 本科毕业设计（论文）开题报告 题 目 柴油机电控系统设计 指导教师 院（系、部） 机械工程学院 专业班级 机械工程及自动化 02 学 号 姓 名 日 期 教务处印制 一、 选题的目的、意义和研究现状 1、目的 ： 优化动力性、改善燃油使用经济性，使柴油机 运转平稳，提高柴油 机排放性能达到环保要求 。 2、意义 ：柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。 随着我国经济发展，使用柴油机的车辆、机械迅速增加。而另一方面石油短缺，环境、噪声污染问题越来越严重。急需研制生产 高扭矩、高寿命、低油耗、低排放 的柴油发动机。 柴油电控发动机将计算机技术传感器技术及信息技术应用在传统柴油发动机上。 实现 喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求 。随着电控柴油机技术日趋成熟以上问题都将得到解决和改善。 3、研究现状； 柴油机电控技术是在 解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。 柴油机电控技术发展的三个阶段：位置控制、时间控制、时间 压力控制（压力控制） 柴油机电子控制技术始于 20 世纪 70 年代， 20 世纪 80 年代 以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通 用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十 铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满 足日益严格的排放法规要求。 由于柴油机具备高扭矩、高寿命、 低油耗、低排放等特 点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用 范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经 济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠 传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现 喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近 年来，随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展 ，使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进 行电子控制的要求，并且电子控制燃油喷射很容易实现。 实际上，柴油机排气中 汽油机少得多， 这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧， 可燃混合气形成时间很短，而且可燃混合气形成与燃烧过程交错 在一起。通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、 汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展 以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预 喷射、分段喷射等可以有效的改善排放。 经过多年的研究和新技术应用，柴油机的现状已与以往大不 相同。现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音 、烟 度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。随着国际上日 益严格的排放控制标准 (如欧洲 、 标准 )的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严 峻的挑战，解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现 在，柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到 60%以上。 二、研究方案及预期结果 1、 研究主要内容： 汽车有害排放物的产生及影响因素分析，柴油机电控燃油喷射系统的结构与组成， 柴油机共轨式电控燃油喷射技术，共轨系统关键部件研究。 电控单元的设计： 选型，传感器的选型。 2、研究方法：汽车工程 学，机械设计，物理化学，电子学，高等数学计算机控制技术等相关学科实现研究内容的要求。 3 预期结果： 1降低氮氧化物和烟度的排放。 2提高发动机的动力性和经济性。优化柴油机电控喷油系统。 3对柴油机共轨式喷油系统的喷油器等关键部件进行研究分析，及选择。 4使柴油机排放标准达到 欧洲号标准 三、研究进度 第 1，准备开题报告，搜集资料准备设计 :去图书馆借书，到工厂参观请教。 第 7，分析普通柴油机原理，分析柴油机电控与汽油机电控的不同 之处：柴油机电控主要控制喷油量和喷油提前角，汽油机电控主要控制参数为空燃比。柴油机电控系统三部分：传感器及其它信号输入装置，电控单元 行器。着重研究喷油系统。 第 9 周，从动力，经济，环保等方面确定柴油机主要参数及性能指标 了解国家世界环保环保要求。 第 10，电控燃油喷射系统的局部，总体结构分析，设计； 第 12 周，编写设计说明书； 第 13，编写毕业设计论文； 第 16，提交毕业论文； 第 18，毕业答辩。 四、主要参考文献 1刘越琪 ， 张海峰 . 发动机电控技术 . 机械工业出版社 （专著） 2必浩祥 . 国内外柴油机电控技术发展动态及我国今后的方向 . （专著） 内燃机燃油喷射和控制 3. . 4许家龙 ，腾泽英野 . 电控高压共轨喷油系统 国外内燃机 2000（ 2） （期刊） 5周文华，高压共轨燃油喷射 内燃机工程学 2001（ 3） 6 . “ to a 7吴健全，任继文，卜晓明 2000（ 3） 8王丰年， 宋年秀 . 电喷发动机。 人民交通出版社 2004 （专著） 9周云山， 于秀敏 . 汽车电控系统理论与设计 . 北京理工大学出版社 1999 10赵国材 . 计算机控制技术 . 吉林人民出版社 2001 （专著） 11 “ ,61100 五、指导教师意见 指导教师签字： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 目录 前言 . 1 . 2 . 7 油机电控喷油系统组成 . 7 感器及共他信号输入装置 . 7 . 8 行器 . 9 油机电控制系统控制过程 . 10 油机电控系统的控制功能介绍 . 10 . 12 控系统硬件开发 . 12 感器 . 12 . 13 . 15 轨燃油喷射系统的工作原理 . 15 控系统设计方案 . 17 . 19 件结构 . 19 统的输入及输出信号 . 20 速的测量 . 20 孙百辉： 柴油机电控系统设计 2 门位置的测量 . 20 制信号的输出 . 21 磁阀开 /关检测电路 . 21 . 22 油器的结构、原理和特点 . 22 油器的工作原理 . 23 油器的特点 . 24 油器喷油率控制 . 25 油器关键部件特性的研究 . 26 压控制阀的结构 . 26 制腔的结构参数计算与分析 . 29 阀弹簧的设计 . 34 油嘴的结构 . 34 速电磁阀 . 35 漏与密封分析 . 36 压共轨喷油 器针阀座面应力的计算 . 37 章小结 . 37 7 经济性分析 . 38 8 结论 . 39 致谢 . 40 参考文献 . 41 附 录 A . 42 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 附录 B . 50 摘要 柴油机作为一种动力机在车辆等交通工具及工程机械上有广泛应用，传统机械控制式柴油机结构复杂，控制精度低，由于难以准确及时控制喷油量，喷油提前角等主要参数导致传统机械控制式柴油机在排放性，动力性，经济性等方面弊端越来越突出。国外和我国排放标准要求越来越高，随着电子计算机技术的成熟，柴油机电控技术得到长足发展。本文对柴油机高压共轨式电控喷油系统进行分析研究，对喷油器等关键部件进行较深入研究。对共轨系统工作原 理一定了解的基础上，在满足喷油量喷油提前角基本满足的前提下对喷油器进行选型分析。选择球阀喷油器，对其组成部件进行计算分析得到了其最优化结构。 关键词：柴油机 ；电控系统 ；共轨式喷射系统；传感器； 喷油器 孙百辉： 柴油机电控系统设计 4 of on so on is is of so on in so on to be to so on on to To of in of to on to on to to 言 国外柴油机采用电子控制系统已相当普遍，其中，应用最多而且最重要的是电子控 制喷油系统。传统的机械控制式喷油泵对喷油量及喷油时刻 (正时 )的调节是通过离心 飞块在转速变化时所引起的离心力的变化调节套筒拉杆移动来实现的，而中间还要通过一系列传动机构，因此从转速的变化到离心力的变化到调节机构的移动将产生滞后现象，而且调节的范围和精度也受到限制。同时影响供油量及喷油时刻的因素不仅仅只是转速和负辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 荷， 进气温度、冷却水温、进气压力等因素也影响喷油量及喷油时刻，对于 这些影响因素的变化，普通机械控制式喷油泵是无能为力的。有结果表明，喷油始点改变 1度转角，燃油消耗率会增加 2%， 6%， %。显然，依靠机械式喷油提前装置实现高精度的喷油提前角控制是十分困难的，甚至是不可能的。控制精度低是机械控制系统不能满足更高控制要求的一个方面，另一方面，无论是柴油机的循环供油量（齿条位置的控制）还是喷油提前角（喷油始点的控制），实际上均受很多因素的制约，其每一瞬间的最佳值均不同，而要想实现发动机的 最优运行，必须要实现多参量的实时检测和调控，显然，这又是机械式控制所力不能及的。因此，当人们对柴油机的经济性和排放提出更高要求时，传统的机械式控制系统就有可能被更好的系统替代。而电子控制系统能充分利 用计算机技术的优势，更好的贯彻人们对柴油机的各种控制参数始终保持在最佳状态，大大改善柴油机的性能，同时还可对柴油机进行自动监视和诊断。柴油机电控制系统则是将上述影响柴油机动力性、经济性、和排放有关的因素通过相应的传感器向电控单元输入信号，经分析处理、计算后向执行器发出控制指令，有电动式执行器，如步进电机、 电磁线圈 等直接驱动控制套筒移动，实现对柴油机的电子控制。由于电控燃油喷射系统精确地控制喷油量和喷油时刻，对汽车提供了实行全面电子控制所应有的各种优点并提 供了与汽车其它功能接口的选择，从而有助于汽车实行全面电子控制 燃机采用电子控制以后，由于微机可精确控制内燃机点火、供油、喷油、及配气定时等参数，使内燃机在各种工况下都能按最佳状态运行，从而大幅度的降低排放污染， 提高经济性和改善动力性。 柴油机作为一种高效的动力机械，在车辆、船舶、电站、工程机械和农用机械等领域得到了广泛的应用。随着科学技术的不 断发展，柴油机也经历了许多技术变革。 20 世纪 20 年以机械喷射代替空气喷射， 50 年代实现了废气涡轮增压使得柴油机的功率和效率大幅度提高； 70 年代以来，随着当今世界能源紧张和全球环境恶化，要求柴油机进一步提高经济性，同时要求其废气排放大幅度降低。以柴油机为动力的汽车已经成为人们日常生活和工作不可缺少的交通工具，然而它在给我们带来便利和经济效益的同时，汽车尾气的排孙百辉： 柴油机电控系统设计 6 放对环境的污染更是令人担心。在我国，随着汽车保有量的急剧增加，由尾气排放带来的污染日益严重，以北京为例，大气污染物中 74的碳氢化合物（ 83的一氧化碳（ 及 46的氮氧化合物（ 是来自汽车的尾气污染物排放。由此可见，汽车的尾气排放已经成为大气环境的重大污染源。 排气中的氮氧化物是由燃烧室内高温燃烧富氧而产生，空气中的氮经过氧化首先产生后与大气中的氧相遇又生成 浓度的 特殊刺激性臭味，使人中毒的症状是发生肺水肿，同时引起闭塞性纤维性细支气管炎。 与 颗粒中的重要成分是碳烟、油雾和铅化物。柴 油机和汽油机所排放的颗粒是不同的，柴油机排放微粒的数量要比汽油机多得多，一般要高出 30烟除了致癌作用外，如吸入肺部，会导致慢性病、肺气肿、皮肤病及变态性疾病。铅化物进入人体，可导致贫血、神经麻痹 , 而且提高了血管病、肾病的发病率。 光化学烟雾是 化学烟雾只有在夏季且当汽车废气排量较多的地方，在太阳光线的照射下和特殊的大气对流不通畅的地理环境情况下才可能产生。一般每天日出后激增，午后 1化学烟雾会引起人肺的机能减弱、头疼、 麻痹，甚至死亡。 内燃机排气中的 般柴油机比汽油机的 使用催化净化装置时，很少量的 其中毒，降低使用寿命。 为了保护环境，维护人类生存环境，世界各国都采取措施，制定了日益严格的排放法规和限制标准，限制内燃机的排放。我国国家环境保护总局先后颁布新的汽车排放标准，于 2004 年 10 月开始全面执行相当于欧洲号排放法规的排放标准，北京、深圳等城市于 2004 年开始执行相当于欧洲号 排放法规的排放标准，上海、广州、杭州等城市也将于 2006年提前执行相当于欧洲号排放法规的排放标准， 2008 年将实行欧，到 2010年基本与国际接轨。在这种情况下，能够及时研制出满足严格排放法规的柴油机就成为众多汽车柴油机厂家的迫切需要。要满足这些要求，柴油机必须在各种环境和各种工况下都能做到整机优化。而目前满足欧洲号排放标准或欧洲号排放标准的车用柴油机的喷油系统在结构上普遍采用机械式喷油泵。这些类型的喷油泵，因结构本身的限制，喷射压力较低，喷油量、喷油提前角也难以精确控制，对组织柴油机气缸内的燃 烧是不利的，使柴油机的排放性能难以满足欧洲号排放标准或欧洲号排放标准。柴油机燃油喷射系统的辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 喷射压力对柴油机性能及排放都有很大的影响，因此，目前燃油喷射系统正在以提高喷射压力为中心，向喷油量、喷油提前角的电控及可变喷油速率方向发展。随着现代科学技术的发展，特别是微型电子技术、信息技术和控制技术的发展，已经为各个学科中的信号分析、处理和控制提供了极其有效的手段。这也给汽车柴油机的发展注入了新的活力。电子控制成为现代柴油机发展的必然趋势。总的来说，燃油经济性和排放特性是未来柴油机发展中要考虑的最重要的两个方面 。因此，在满足动力性需求的基础上设计出具有良好经济性和排放性能的柴油机是当今国内外柴油机行业所面临的共同任务，如何设计出适合我国国情的柴油机则更是我们关注的和要解决的问题。 柴油机排放控制对策 :与汽油机相比，柴油机有着燃油经济性较好的特点，但柴油机本身的工作特性决定了柴油机自身的缺点，其中最明显的是柴油机的排放性能 较差，微粒排放尤为突出；另外柴油机由于燃烧时爆发压力高，导致柴油机的工作粗暴，噪声相对较高。由于柴油机燃烧较充分，因而在其排放尾气中， 油机和 汽油机基本相当。由于汽油机的排气温度高，且一般工作在理论空燃比附近，采用三元催化措施较容易，可以将 柴油机却比较难实现。因此柴油机的排放问题中的 关键就是如何降低 随着人们对环保和可持续发展问题的重视，各国对柴油机的排放要求也越来越严格，并制定了相关的排放法规。为了满足生产和使用的要求，针对目前和未来排放的法规，一般需要从柴油机的改进、后处理和燃油品质的改进三方面来努力。柴油机的性能和排放关键在于燃烧，柴油机的燃烧过程与柴油机的进气系统与喷油系统密切相关。在进气系统方面，到现在为 止人们已经采用进气增压、增 压中冷、可变几何涡轮增压器、组织进气涡流、可变几何进气道、废气再循环（ 技术。在喷油系统方面，以前很多不能控制的参数，采用电控系统后都可以进行精确的控制，比如：喷油提前角、喷油量、喷油压力、预喷射、后喷射、喷油率控制。这些都是改进柴油机性能和排放的有效控制参数， 可以通过电控技术来实现。 对柴油机来说，理想的喷射特性应该是有预喷射，并且初始喷射速率低，主喷速率高，后喷停止速度快。另外，为了能够使柴油与空气充分混合，形成高质量的混合气体，提高喷射压力是一个很好的手段。目前最新的 燃油喷射系统中，轿车柴油机的喷射压力可达到 200用车柴油机可达 260高燃油品质固然是解决排放的一个重要手段，除此之外，为了能够灵活控制喷油量、喷油提前角和获得理想的喷射速率，对燃油喷射系统必须采用电子控制的方式，利用电控系统的快速灵活的特点，来提高柴油机的综合性能。 柴油机电控系统发展：发动机燃油喷射系统经历了从位置式控制到时间式控制再到数孙百辉： 柴油机电控系统设计 8 字式控制的过程，在发动机控制方式的研制中，基本上是多类型、多方式的控制策略，并逐渐向智能化、集成化、多任务化发展。柴油机电子控制技术是柴油机发展过 程中继二十世纪二十年代以机械喷射系统代替蓄压系统和七十年代采用增压技术之后的第三个里程碑。柴油机燃油喷射系统的最先发展动向是燃油系统和车辆的其它电子控制系统之间进行数字通讯，各 种传感器和技术数据进行共享，实现车辆控制综合化、智能化、网络化。 20 世纪 70 年代，柴油机电控技术进入研发阶段，经过 80 年代的实用阶段和 90 年代的发展阶段，电控柴油机的核心控制部分 电控燃油喷射系统已经十分成熟，至今已经出现了许多结构形式。从控制部件来分类，有电控喷油泵和电控喷油器两种；从控制方式及发展顺序来分，电控柴 油喷射系统通常可以分为三大类，即：第一代的位置控制式电控柴油喷射系统、第二代的时间控制式电控柴油喷射系统和第三代的压力时间控制式的高压共轨喷射系统。从发展顺序上讲，首先是位置控制系统，其次是时间控制式系统，之后进入高压共轨系统。 第一代电控燃油喷射系统通常指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主要可分为两类：位置控制式电控直列泵系统和位置控制式电控分配泵系统。位置控制式电控燃油喷射系统保留了传统的机械式喷射系统的基本结构，通过在原系统上增设由新型传感器、执行器和微处理器所组成的位置伺服控制 系统，对喷油提前角（电控提前器）和喷油量（电子调速器）进行间接的 低频连续控制。电控单元通过执行机构控制齿杆或滑套的位置以改变柱塞的有效行程，从而实现对燃油喷射过程的调节。喷射速率可以通过电控可变预行程进行一定的调节，但这样使系统结构大大复杂化，同时削弱了油泵的高压供油能力。图 1一种位置控制式电控分配泵结构简图。位置控制式电控燃油喷射系统的优点：技术难度小，改动工作量小，成本低，可以实现机械混合运行，安全可靠；对整机或整车性能有部分改善。位置控制式电控燃油喷射系统的缺点：间接控制，响应慢，喷射压力 取决于原喷射系统的性能，对柴油机性能改善有限，市场需求周期短，不能适应欧以上的排放法规。一般直列泵和分配泵最高喷射压力只有 100右，因此这种喷射系统即使是利用空气系统的改进如增压中冷、可变截面涡轮和废气再循环等技术，其柴油机性能也很难满足欧以上的排放法规。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 图 1置式电控分配泵结构简图 -1 of 二代电控燃油喷射系统通常指 脉动时间控制式电控燃油喷射系统。脉动时间控制式电控燃油喷射系统基本上可分为三大类：电控泵喷嘴系统、电控分配泵系统、电控单体泵或直列泵系统。电控脉动时间控制式燃油喷射系统仍然采用传统的脉动供油原理，其喷射特性仍决定于传统柱塞泵的供油和压力波传播特性。系统取消了齿条、滑套、柱塞上油量控制斜槽、提前器等传统喷油泵的油量和提前角的机械调节机构，使机械结构得以简化。此类系统的最大特点是通过高速强力电磁阀控制旁通溢流通道的关闭和开启来进行喷射提前角和喷油量的计量调节。电磁阀承担着所有喷射控制功能，它的闭合时刻决定喷油提前角，闭合时间长短决定喷油量，关闭和开启过程还影响压力的建立和泄流过程，进而影响喷油速率。图 1 图 1直列泵上实施的时间控制式电控系统 -2 in to 百辉： 柴油机电控系统设计 10 与第一代电控燃油喷射系统相比：第二代电控系统采用电磁阀实现对喷射过程的直接数字控制，不但可以控制喷油量，而且可以控制喷射提前角，实现高频和更加灵活的控制功能；可以实现分缸独立控制；能够适应欧及以上排放法规的要求：配合空气控制系统，比如增加增压中冷技术，排放可达欧，再采用可变截面涡轮技术、废气再循环技术、后处理技术等则有些系统可具有欧性能，比如电控单体泵系统。因此，可以有较长的生命周期，是目前市场上急需产品，也是第三代高压共轨系统的技术基础。第二代电控系统的缺点：仍然依赖于传统的脉动高压系统，使得喷射过程仍受到凸轮型线的限制，无法实现大范围的喷射提前角控制；喷射压力的大小只和 凸轮型线以及柴油机转速等结构参数有关，不能根据柴油机的工况灵活调节。 第三代电控燃油喷射系统指的是目前国际上比较流行的压力时间控制式的高压共轨电控燃油喷射系统。共轨式电控燃油喷射系统有三种类型：蓄压式电控高压喷射系统、电控液压式泵 共轨式电控燃油喷射系统摒弃了传统的脉动供油原理，通过高压共轨、共轨蓄压或液力增压等方式形成高压。高压油泵不直接控制喷油，而是向公共油道供油以维持所需的共轨压力，通过连续调节共轨压力来实现喷射压力的控制。系统采用压力时间式燃油计量原理，靠电磁阀的 关闭和开启控制喷射过程。该系统可以实现任何工况、任何转速下的高压喷射，因而对低速低负荷工况特别有利。 图 1示为 高压共轨系统。 对于蓄压式和电控液压泵喷嘴系统来说：控制油压力和增压活塞配合完成喷射压力控制，以较低的共轨力来实现高压喷射；需要活塞增压，增压过程响应慢（可达 30右）；可以实现预喷射，但是预喷射不能灵活调节；电磁阀采用高电压驱动，实现电磁阀的快速闭合控制。整个控制系统的复杂程度较高。但对于高压共轨系统来说：系统的控制燃油压力可达 180上，可以灵活实现预喷 射等理想的喷射规律。对喷油量、喷射提前角和喷射压力可以综合的控制。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 电 控 单 元喷 油 器压 力 传 感 器高 压 腔压 力 控 制 阀燃 烧 室高 压 泵图 1司的高压共轨系统 s 的来说，共轨系统这种对喷油量、喷射提前角、喷射压力和喷油速率的综合灵活控制使得柴油机的燃烧噪声、排放、动力性和经济性得到了较好的综合化，其技术水平在三代电控系统中处于 最高。由于共轨系统本身的这种控制优势，其排放性能可以满足欧以上的排放法规。是满足未来排放法规的重要措施。 油机电控喷油系统组成 柴油机电控喷油系统分为硬件和软件两部分。其中硬件主要有传感器、电控单元和 执行器。 感器及共他信号输入装置 它的作用是实时检测柴油机与汽车运行状态，并把它输入到 柴油机上使用的主要有： (1)加速踏板仿量传感器 加速踏板仿置传感器用以检测加速踏板的位置，即发动机的负荷信号。此信号输入 转速信号共同决定柴油机的 喷油量及喷油提前角，是柴油机电控系统的主控制信号。 (2)转速传感器、曲轴位置传感器 用以检测发动机转速或曲轴位置，与加速踏板位置传感器共同决定喷油量和喷油提前角，是柴油机电控系统的主控制信号。 (3)泵角传感器 检测喷油泵轴转角，与曲轴位置传感器配合共同控制喷油量，并保孙百辉： 柴油机电控系统设计 12 证在喷油正时改变时不影响喷油量。 (4)溢流环位置传感器 检测溢流控制电磁铁的电枢位置，以反馈控制溢流环的位置。 (5)正时活塞位置传感器 检测电子控制定时器正时活塞的位置将喷油正时提前量信号输入 (6)控制秆位置传感器 检测电子控制柱塞式喷油泵调速器中控制杆的位置将燃油喷射量的增减信号反馈给 (7)控制套筒位置传感器 检测电子控制分配式喷油泵调速器中控制套简的位置将燃油喷射量的增减信号反馈给 (8)着火正时传感器 检测燃烧室开始燃烧的时刻修正喷油正时。 (9)水温传感器 捡测发动机冷却水温度，修正喷油量及喷油正时。 (10)进气压力传感器 检测进气压力以修正喷油量及喷油正时。 (11)进气温度传感器 检测进气温度，以修正喷油量及喷油正时。 (12)E 发动机点火开关，向 动机工作状态信号。 (13)A 空调开关，向 怠速控制信号之一。 (14)动力转向油压开关 检测动力转向管路油压的变化，所获信号是怠速控制信号之一。 (15)空挡起动开关 向 怠速控制信号之一。 核心是单片计算机系统，同时包括一些输入输出 (I/O)接口电路和输通道接口电路等。它们与系统中的软件一起，负责信息的采集和处理，计算决策和执行程序，并将结果作为控制指令输出到执行器。此外， 功能即和其他的控制系统，如传动装置控制器进行数据传输与交换，再根据汽车其他系统的实时情况，适当修正喷油系统的执行指令，比如，适当修正喷油量、喷油提前角等等。与此同时 行器 柴油机电控系统的执行器也是由执行电器和机械执行机构两部分组成，其功用是根据节喷油量和喷油正时等、从而调节柴油机的运行状态。执行器主要有：电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 阀、高速电磁阀和电子液力控制喷油器等。这些执行 器实质上是电磁铁、螺旋管、直流电动机、步进电动机和力矩电动机等电器。 目前各种柴油机电控系统采用的基本对策都是 :把发动机转速和油门踏板位置信 号作为反映发动机实际工况 (转速和负荷 )点的基本信号，参照由发动机和整车试验得 出的 油机电控喷油系统基本控制方 案如图 2 执 行机 构执行器传 感 器控制器控 制量 实际 值控 制 量目 标 值查 M A P 图脚 踏 板 位 移发 动 机 转 速其它输入图 2油机电控系统基本控制方案 油机电控喷油系统的执行器一直是柴油机电控技术的重点。常用的柴油机电控喷油执行器有磁电式、液压式、螺线管、动圈式线性螺线管。传感器主要有执行器反馈信号传感器、发动机运行工况传感器、修正参数传感器。柴油机电控系统核心部件为电控单元(它分为硬件和软件两部分。 电控单元硬件由传感器与单片机的接口电路、中央微处理器单元和执行器驱动电路 3部分组成。传感器接口电路将传感器输出的信号转换成单片机可以接受的标准 信号。中央微处理 器单元由单片机及其外围电路组成。目前工业单片机的集成度很高， 已经把 种接口包括 A/D, D/集成在一块芯片 上，从而大大提高了单片机运行的可靠性。 电控单元软件是柴油机电控系统的核心部分。柴油机电子控制系统软件基础是控制 理论。 油机电控制系统控制过程 各种输入信号通过传感器及其它信号输入装置输入电子控制单元，经输入回路或模 /孙百辉： 柴油机电控系统设计 14 数 (A/D)转换器输入微机。在微机的存储器中，存有发动机的各有关调控参数或状态 的目标数据，这些目标数据是柴油机的各种不同参数和最优运行结果的 综合，一般通过统计或实测得到。当由传感器检测到的发动机的某一参数输入微机后，首先与存储器中的响应的参数和最优运行结果比较，如果两者相同，则电控系统保持原状态，发动机继 续按当前状态运行。实际参数偏离目标参数时，微机将根据偏离值的大小和方向按一定的控制对策进行有关信息的处理。对数字信号的处理方法有两种 :一是根据预订控制规律的控制算法对输入信号进行直接运算和处理，然后输出控制指令 ;一是对输入的数字信号进行特征抽取，即对输入信号的处理并非为了得到控制决策，而是从大量输入信号 中抽取那些有用信息，然后根据所抽取的特征值 来决定控制决策，经运算处理后为即通过 1/输出回路放大后控制各有关执行器动作，使发动机相 应参数或状态向目标逼近，接近程度也可有相应传感器来检测，并将检测结果反馈给电 子控制单元 现闭环控制。 油机电控系统的控制功能介绍 柴油机采用电子控制装置后，可有效解决其固有的弱点和问题，可以实现的控制功能如下： (1)喷 油量控制：基准喷油量由柴油机转速和加速踏板行程确定，并根据发动机其它相关参数进行补偿调节。 (2)喷油定时控制：控制方式同喷油量控制。 (3)冷起动性能的改善：低温 条件下，柴油机起动相当困难，为此采用低温起动电控预热装置改善其冷起动性能。 (4)游车和飞车控制：柴油机负荷急剧变动或小负荷低速运转时，会产生游车现象。电子反馈控制系统具有良好的响应特性，可有效防止游车。另外，当控制系统发生故障，柴油机转速超过某一上限值时，电控装置会立即切断向喷油泵输出的喷油信号，停止喷射，从而防止飞车。 (5)怠速控制：柴油机由于其喷油泵的特点，在怠速工作时不容易保持稳定。另外，为防止怠速时因负荷的增加而产生柴油机停转的现象，传统的做法是把怠速值调高一些。而采用电控系统后，可以对 怠速进行闭环控制。使其始终能保持较低的常数，从而实现良好的怠速控制性能。 (6)巡航控制：汽车在高速公路上长时间行驶时，打开电控系统的巡航开关后，恒速辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 行驶装置将根据行车阻力自动增减油门开度（即齿条位置），使汽车行驶速度保持一定。该功能可以大大减轻驾驶员长途行驶之疲劳。 (7)排放控制：柴油机的空气过量系数大，使得能够有效减少 三元催化剂无法使用。为此可通过调节燃油喷射时间或采用废气再循环的方法来减少 (8)误差修正与参数补偿：例如，通过调整各缸喷油宽度对喷油量的不均匀性进行补偿 ：通过调整各喷油器控制脉冲下降沿对喷油时刻的不一致性进行补偿。另外，某些动态参数及环境条件也可以通过电子控制对各控制量进行补偿。 上述八种功能的实现是采用先进的微处理机与电子技术相结合，进行综合控制的结果。这种微处理机集中控制系统有各种控制功能，但柴油机的性能最终取决于燃烧过程，喷油量和喷油时间的控制最为关键。这两种控制对耗油量的改善、排放物的净化、驾驶性能的提高、发动机的噪音及震动的降低是有效的。 控系统硬件开发 柴油机电控系 统包括 :主控单元 感器和执行器。其中，主控单元又包括信号处孙百辉： 柴油机电控系统设计 16 理电路、中央处理器 。 开环控制的柴油机电控系统的工作流程大体如下 :传感器检测到 的各种模拟信号按一定规律先进行 A/照中央处理器的存储器中存有的发动机的调控参数或状态的目 标数据，驱动相应的执行器。这些目标数据是柴油机的各种不同参数和最优运行结果的综合，一般是通过统计或实测而得到的。闭环控制的柴油机电控系统的工作流程大体如下 :当由传感器检 测到的发动机的某一实际参数 (经 A/后，先与存储 器中的 相应参数和最优运行结果比较。如果两者相同，则整个电控系统保持 原状态，发动机继续按先前状态运行 ;反之，当实际参数偏离目标参数时， 感器 1)齿条位置传感器 齿条位置传感器与执行器连为一体，为一电位计式传感器（图）其等效电路如图所示。经测定，该位置传感器的输出电压与执行器位移成正比。 2)发动机转速传感器 发动机转速传感器是一根据霍尔效应原理而制成的霍尔型传感器，它是通过改变磁场来产生电信号的，霍尔传感器的工作原理基于 半导体材料的“霍尔效应原理”，霍尔效应是指，若将某载流体置于磁场中，当有电流 I 通过时，在载流体上平行于 I， B 的两侧面之间产生一个大小与电流 I 和磁场 B 乘积成正比的电动势。该传感器霍尔元件和放大电路集成一体，其工作原理见图 电 源 正 极信 号 线电 源 线齿 盘喷 油 泵 凸轮凸 齿传 感 器电 源 线信 号 线电 源 地3条位置传感器等效电路 3动机转速传感器工作原理图 3-1 3-2 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 传感器实际上是装在发动机喷油泵上的，由于发动机转速与喷油泵转速之比为一定值，因而可以通过测量油泵转速来得到发动机转速。 在喷油泵凸轮盘上装有齿盘，齿盘上有 16 个齿，其中有一个齿装有磁钢每次旋转经过霍尔传感器，都会在传感器输出端产生一个脉冲，这样凸轮轴每旋转一转，传感器就会输出 1 个脉冲，且产生的频率与发动机转速成正比，因而，通过检测脉 冲频率，即可得到发动机的转速。 采用霍尔型转速传感器的原因主要有：其输出波形良好，几乎不用整形即可由微处理器进行处理，因而处理电路简单；此外，与磁电式转速传感器相比，霍尔式转速传感器的测量范围更广，低速时也有良好的信号波形。 (3)其它传感器 在柴油机电喷系统中，除齿条位置和发动机转速传感器这两个重要传感器之外，还有其它一些传感器，如：水温传感器、机油温度传感器、油门踏板传感器等。这些传感器信号只是作为参考信号查取 数据所用，在此就不再详述。 择了 司的 80片机为控制单元，它是一种高性能的 16 位 列单片机 48 49，具有 488 字节的 以使用 16 20晶振，这种单片机与 列单片机相比具有很多优点。如在测量发动机转速时，如果用 80片机时，采取测定发动机曲轴在一定时间内转过的转数的办法来实现转速的测量，这种测量方法比较费时，而且因为要乘以一个倍数才能计算出测量到的转速，所以相对来讲误差很大， 80片机还是 8 位机，限于其数据总线宽度，运算能力比较差，一般的参加运算的数是 8 位的，最大只能达到 25550；如果用 80片机，用它的高速输入口测量转速，方法是测量发动机曲轴转动一周所用的时间，再计算转速，80片机是 16 位机，运算能力也比较强，如做乘除运算时，乘法结果和被除数可以达到 ，而一般的参加运算的数是 16 位的，最大可达 65535，可以满足系统的要求了。所以用 80片机测量发动机的转速比用 80片机既快又准确。另外用 80片机时，还有一个优点，就是 80片机内部带 有 8 路 A/D 转换电路，不需要在片外扩展了。图 3单片机及其外围电源、晶振电路连接图，可以看出：所用的晶振为 12片机正常工作时供给电压 5V。 存储器选择输入端， 0，访问片外存储器； 1，访问片内 80片机而言，孙百辉： 柴油机电控系统设计 18 因为它的片内没有程序存储器， 保持为低电平。当单片机片内有 要编程时， 12V，不用编程时，只需要接 电 控 单 元8 0 C 1 9 6 K 阀数 码 管 实 时 显 示 转 速 油 门电 磁 阀 开 关 检 测P C 机 实 时 显 示 转 速 ， 油 门 位 置发 动 机 油 门 位 置传 感 器发 动 机 转 速传 感 器E P R O M 2 7 1 2 8 并 行 I / O 扩 展 接 口图 3单片机及其外围电源、晶振电路连接图 -3 is its 燃油喷射系统是决定柴油机动力性、经济性、排放性的重要系统，因此本次设计重点放在共轨式燃油喷 射系统的研究上。 目前国内柴油机电控燃油喷射系统的实用阶段研究主要集中在 原有机型基础上的高压泵位置控制或时间控制喷油系统。 由于高压共轨式电控燃油喷射系统对机械部分的要求很高，目前 可以采用外购的方法。 轨燃油喷射系统的