时间控制式柴油机喷油量喷射系统的控策略分析

胥刚

摘 要：当前时间控制式电控喷射系统成为柴油机喷油量控制的主流系统，本文阐述了时间控制式系统下各类工况下柴油机喷油量的控制策略，分析了喷油量控制芯片工作的逻辑关系。

关键词：柴油机;喷油量;智能控制策略

引言

传统燃油喷射系统由高压油泵，高压油管，喷油嘴构成。现代电控燃油喷系统的构成增加了电控单元、各种传感器，并与汽车集成一体。

而时间控制式电控喷油系统，则运用可承载高压的柱塞泵为电控喷油系统构建所需喷射压力，采用特制高速电磁阀的开闭状态使柴油机的喷油正时与油量控制成为可能之中的电磁阀通电维持多少则反映了汽油量的多少，电磁阀起作用的时刻来控制柴油机的喷油正时，为时间函数，这和车用柴油机（EFI）电控喷射系统较为类似。时间控制式的柴油机喷油系统一般由电控喷嘴泵（单体泵）、电控分配泵和共轨系统组成。

一、电控单元的结构与逻辑框架

如图1所示的时间控制式的柴油机电控系统，它应运而生所用控制芯片上使用32位的微处理器，此ECU采用模块化设计，各个模块均拥有独立功能与作用。

通常有32位CPU（中央处理器单元）、SRAM（片内存储器）、TPU（定时处理器）、QSM（队列串行模块）、QADC（队列式AD转换模式）和SIM（系统集成模块）等。所有模块之间依托IMB（内部总线）连接一体，而外部扩展的存储器依托EBI（外部总线接口）同系统集成模块模块连接。而前向通道内，则依托接口电路产生的模拟信号输进“队列式AD转换模式”中，产生的数字信号则输入定时处理器中。后向通道内，定时处理器输出不同执行机构的信号，依托驱动电路使执行器工作;监控模块则依托队列串行模块对ECU展开实时监控。而在整个系统编制软件程序时，既可使用专一功能的软件程序，还能承超高性能的RTOS（实时操作系统）。

二、一般工况下喷油量的控制原理与逻辑关系分析

发动机通常由各个循环输进气缸内的燃油量来表征功率的高低，所以控制燃量称为ECU的主要工作，在柴油机工作时，各个工况根据合适的控制逻辑向喷射系统喷油，控制策略是ECU软件设计的重要原则，也是各个工况下能平顺工作、顺利衔接的基础。

在一定的调速特性框架下，电控单元依据油门开度与柴油机转速，得到所需汽油，如是冷车状态下，将直接从表中选择相应的油门偏移量，如是怠速状态则依据目标转速和实际转速的差值，在预设的调速特性中选择的油量上，再增相应修正量，此油量和依据进气压力、温度及转速得到的冒烟极限油量相比较，选最小值，此信息通过油泵特性分析，并折算后获取此刻的喷油持续角度。此处使用的油泵特性，是依据柴油机的循环供油量与转速来选取合适的喷油角度，再叠加根据转速查表获取的延迟角，计算出最后喷油量（值）。在柴油机启动时，因为整个系统有较大的不确定状况，依据选通开关与冷却水温度，ECU即可直接获取喷油正时和油量信息为系统提供控策略。

三、特殊工况下喷油量的控制方法与策略

（1）启动工况分析。柴油机启动状态有冷启动和热启动两种，冷车启动特别是低温冷启动比较困难，这主要是低温时燃油雾化不好，壁面温度较低，同时机油黏度大，曲轴转动阻力矩相对较大等原因。柴油机电控单元对启动过程采用定的控制策略。开环控制是一般情况所用的控制策略，即用柴油机的冷却水表征图所处环境与机器自身的情况，用汽油发动机的转速信号表示启动控制的具体进程。冷车启动时燃油雾化通常不佳，因此需要吸入比较多的汽油，一且冷却水温慢慢变暖，这种情况有所改善，油量降低。暖车控制在发动机的基本供油量的基础上附加暖车修正系数，实际对应的是油门的附加量，冷却水温度为参考量查取暖车修正系数，随发动机冷却水温度的提高，暖车修正量逐渐减少，当冷却水温达到某一值时，暖车过程结束，不再向发动机提供额外的供油量，并进入怠速工况

（2）怠速工况分析。怠速工况通常作为其工作的重点环节来控制，时间控制式柴油机喷油量喷射系统设计的控制点主要有前馈控制（开环）、PID调节（闭环）以及各缸均匀性控制等。

四、结束语

综上所述，柴油机在调试与实际工作中均将产生部分意外状况，如负载忽然卸下将导致转速迅速升高、机油的泄漏或消耗导致压力过低等，这时操作人员往往没时间开展任何动作，汽油发动机会马上处于一种非常严重且恶劣的运行工况因此在电控单元的设计中应把“保护工况”纳入重要设计环节。一般保护工况有机油压力过低与超速保护，其他的工况下则按照预先设计的调速特性来执行。

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★ 基金课题：2017年度湖南省自然科学基金项目（2017JJ5033）;