柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)探析

陳樹娟（山東服裝職業(yè)學(xué)院，山東泰安，271000）

柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)探析

陳樹娟
（山東服裝職業(yè)學(xué)院，山東泰安，271000）

新能源不斷的開發(fā)并使用，但石油仍然是21世紀(jì)的主要燃料。而內(nèi)燃機(jī)中的共軌電控噴油系統(tǒng)由于它的能柔和燃燒、噪音低、排放量小并且能夠?qū)崿F(xiàn)多次噴射的優(yōu)點(diǎn)，成為未來內(nèi)燃柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的主要研究對(duì)象。本文首先介紹了柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)的發(fā)展歷史，然后重點(diǎn)對(duì)共軌噴油系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)作了探討說明。

柴油機(jī)；共軌電控；噴油系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)

0 前言

在我國新能源研究開發(fā)的同時(shí)，作為傳統(tǒng)能源的石油的使用一直被國家所重視。而先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的研究開發(fā)并在國家公共交通中的應(yīng)用一直是各個(gè)相關(guān)高校和研究所研究的重點(diǎn)。柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)關(guān)于噴油協(xié)調(diào)、燃油噴射控制以及噴油量調(diào)節(jié)等問題開發(fā)設(shè)計(jì)的軟件一直是我國研究工作面臨的重點(diǎn)課題。

1 柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)的大體發(fā)展歷程

1.1 柴油共軌電控噴油系統(tǒng)工作的原理以及特點(diǎn)

共軌電控噴油系統(tǒng)的共軌管處于噴油器和噴油泵之間，共軌管積蓄從噴油泵輸送過來的燃油的同時(shí)還起到控制壓力的波動(dòng)作用，然后噴油器接收來自各個(gè)輸油管的燃油。而噴射的開始與終止將有安裝在噴油器上的電磁閥門來全程控制，認(rèn)為設(shè)定的噴油定時(shí)來決定電磁閥門的控制時(shí)間，但是最終噴油量卻是由電磁閥門控制持續(xù)時(shí)間和共軌上的壓力來共同控制。

1.2 柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)歷史發(fā)展階段

從上個(gè)世紀(jì)70年代柴油機(jī)電控噴油技術(shù)開始出現(xiàn)并得到初步發(fā)展以來，柴油共軌電控噴油系統(tǒng)大致來講已經(jīng)經(jīng)歷了三個(gè)較大的發(fā)展改進(jìn)階段。

（1）第一階段——位置式的電控噴油系統(tǒng)

具有泵、管和嘴結(jié)構(gòu)的位置式電控噴油系統(tǒng)是柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)發(fā)展歷史中的第一個(gè)階段，該系統(tǒng)中應(yīng)用到了基本的控制噴油量的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，這些機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括噴油泵的齒條、齒圈、滑套、柱塞和螺旋槽等。在該共軌電控噴油系統(tǒng)中，為了提高噴油控制精度和噴油的響應(yīng)速度，把最開始的機(jī)械離心控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)改裝替換為電子控制，這種較原來先進(jìn)的電子控制一般由電子傳感器、自動(dòng)執(zhí)行器以及電子控制單元（ECU）組成。第一代柴油電控噴油系統(tǒng)只是在直列泵和分配泵上進(jìn)行略微的改進(jìn)，改進(jìn)后就相應(yīng)的劃分為直列泵柴油電控噴油系統(tǒng)和分配泵柴油電控噴油系統(tǒng)。

（2）第二階段——具備時(shí)間控制式的電控噴油系統(tǒng)

經(jīng)過改進(jìn)革新的時(shí)間起控制作用的電控噴油系統(tǒng)就是柴油電控噴油系統(tǒng)的第二個(gè)階段。它的噴油量成為時(shí)間的函數(shù)的顯著特點(diǎn)的產(chǎn)生，是因?yàn)樵谶@個(gè)系統(tǒng)中，噴油量的大小是由噴油器開啟時(shí)間長(zhǎng)短以及噴油壓力兩個(gè)因素來決定的。在該系統(tǒng)中，高速電磁閥的開關(guān)與閉合決定著噴油的開始與結(jié)束，而噴油的時(shí)間長(zhǎng)短也由高速電磁閥的關(guān)閉間隔時(shí)刻來決定。

（3）第三階段——時(shí)間壓力共同控制式電控噴油系統(tǒng)

第三階段的時(shí)間壓力來共同起控制作用的電控噴油系統(tǒng)，與前兩種的位置式控制電控噴油系統(tǒng)和時(shí)間起控制作用的電控噴油系統(tǒng)相比，不僅徹底的擺脫了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，而且還將現(xiàn)代化的電磁感應(yīng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及電磁閥技術(shù)完全融入了全新的電控噴油結(jié)構(gòu)中。該系統(tǒng)的一般供油原理是，大都采用與前兩個(gè)發(fā)展階段所不同的利用燃油來計(jì)量壓力以及時(shí)間的方式，進(jìn)而在電磁閥的全程控制下通過公共應(yīng)用的供油管道來實(shí)現(xiàn)對(duì)于供油的控制。

1.3 國內(nèi)外柴油電控噴油系統(tǒng)的研究進(jìn)展對(duì)比

國內(nèi)在共軌電控噴油系統(tǒng)的研究由于起步較晚，這些技術(shù)都不同程度的落后于國外，處于起步階段。雖然在國外對(duì)這些領(lǐng)域的技術(shù)日趨重視的前提下，各大相關(guān)高校及研究所與企業(yè)合作在共軌電控噴油系統(tǒng)取得了一定的成績(jī)，但是要不都是沒有自主研發(fā)體系，要不就是雖然開發(fā)出了自主系統(tǒng)，但是無法投入批量生產(chǎn)。

2 柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)中要用到的軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)

2.1 關(guān)于柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)

要設(shè)計(jì)開發(fā)出柴油機(jī)共軌電控系統(tǒng)的一系列軟件，必須首先要了解這些控制電控噴油系統(tǒng)軟件的基本組成有哪些。電控系統(tǒng)軟件總的來說包含的幾部分主要有基礎(chǔ)性部分軟件、控制部分軟件以及標(biāo)定部分和調(diào)試部分軟件。在這些一系列組成軟件部分中，基礎(chǔ)部分軟件與硬件部分之間相輔相成，它的主要作用是一個(gè)給起控制作用的部分軟件來提供資源的軟件部分，以及完成底層配制如對(duì)寄存器的定義、分配地址、對(duì)系統(tǒng)初始化和分配引腳等。

柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)軟件開發(fā)的目的是為了解決噴射次數(shù)的協(xié)調(diào)問題、確定噴油量的多少問題、噴油間隔時(shí)間和持續(xù)時(shí)間問題、控制噴油器作用時(shí)間問題和檢測(cè)噴油效用效果問題。在對(duì)軟件基本組成部分以及開發(fā)這些軟件的目的了解之后，才能針對(duì)問題和目的有條理地來開發(fā)所需軟件。

2.2 柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)工具選擇

對(duì)柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)起控制作用的一系列軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)中對(duì)于開發(fā)軟件過程所需要的工具的選擇對(duì)軟件開發(fā)的過程以及軟件最終的效果具有重要作用，開發(fā)軟件借助的工具選擇好了，對(duì)于軟件開發(fā)可以達(dá)到事半功倍的效果。

目前國際上通用的柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)的建模工具技術(shù)軟件一般有兩種，第一種是代碼自動(dòng)生成技術(shù)，第二種是快速算法定型開發(fā)技術(shù)。而集成硬件的仿真設(shè)計(jì)是由快速算法定型開發(fā)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。但是一般的對(duì)柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)工作都會(huì)選擇代碼自動(dòng)生成技術(shù)與快速算法定型開發(fā)技術(shù)結(jié)合的開發(fā)技術(shù)來使用，這是因?yàn)榇a自動(dòng)生成技術(shù)可以保證代碼的準(zhǔn)確率和代碼質(zhì)量以及對(duì)節(jié)省人力物力成本也有一定的效果，而快速算法定型開發(fā)技術(shù)可以在開發(fā)軟件過程中直接標(biāo)定所要求的參數(shù)算法，這種直接對(duì)參數(shù)算法的標(biāo)定可以大大縮短軟件的開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)軟件快速開發(fā)。

2.3 柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)中的各部分要用到的軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)

（1）基于ECU的噴射系統(tǒng)軟件的開發(fā)

如下圖2所示，基于ECU的軟件開發(fā)大致要經(jīng)過對(duì)ECU需求在軟件中描述、軟件建模以及仿真、自動(dòng)生成ECU編程代碼以及優(yōu)化、代碼進(jìn)行在線測(cè)試和最后一步的軟件實(shí)際標(biāo)定和測(cè)試這些流程。

圖2.ECU軟件開發(fā)流程

（2）噴油量換算同時(shí)完成噴油量調(diào)節(jié)軟件的開發(fā)

發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于燃油的需求量要經(jīng)過機(jī)械扭矩傳遞給系統(tǒng)，系統(tǒng)再在軟件的控制下完成相應(yīng)噴油量多少的換算。發(fā)動(dòng)機(jī)所需的目標(biāo)噴油量將會(huì)在該軟件的控制下通過噴射系統(tǒng)的噴射口進(jìn)行預(yù)噴，同時(shí)，噴油時(shí)間長(zhǎng)短以及噴油量間隔都會(huì)在軟件的自動(dòng)控制下精確實(shí)施。

（3）基于噴射系統(tǒng)中的具備噴射協(xié)調(diào)功能的軟件的開發(fā)

每個(gè)油缸在每次循環(huán)下的噴射次數(shù)以及每個(gè)油缸的噴射的優(yōu)先級(jí)要通過噴射系統(tǒng)的噴射協(xié)調(diào)軟件來調(diào)節(jié)。噴射系統(tǒng)噴射協(xié)調(diào)軟件的主要作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)的需求噴油量的條件下，要確定最佳噴油組合，并且對(duì)每一個(gè)噴油組合實(shí)施即時(shí)控制。

射系統(tǒng)噴射協(xié)調(diào)軟件主要包含兩個(gè)部分，一個(gè)是對(duì)于噴油選擇油缸的優(yōu)先級(jí)，另一個(gè)是對(duì)于選定的油缸組合進(jìn)行協(xié)調(diào)合作噴油。一般將噴油的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為主噴為最優(yōu)級(jí)，預(yù)噴為次優(yōu)級(jí)。對(duì)于噴油組合的主噴和預(yù)噴協(xié)調(diào)設(shè)置問題，一般設(shè)置如下圖3的噴射協(xié)調(diào)組合方式，即在發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷狀態(tài)下，只設(shè)置最多一次或者不設(shè)置預(yù)噴，而以主噴為主，這是因?yàn)楦哓?fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)噴，雖然對(duì)廢棄排放不會(huì)產(chǎn)生較大影響，但是會(huì)較大程度損害發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

圖3.噴射協(xié)調(diào)軟件對(duì)于噴射組合的設(shè)置簡(jiǎn)示圖例

（4）基于控制發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的軟件的開發(fā)設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)的是否正常運(yùn)行會(huì)直接影響柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制正常運(yùn)行的軟件有主控軟件系統(tǒng)和中斷軟件系統(tǒng)。而主控系統(tǒng)程序主要包括上電自檢軟件、系統(tǒng)的初始化軟件、故障自我診斷軟件以及控制量自我修正軟件等。中斷控制系統(tǒng)的軟件組成部分最主要的就是可編程的定時(shí)自我中斷系統(tǒng)。

（5）基于預(yù)噴控制要用到的的軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)

柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)預(yù)噴控制的軟件的功能主要有：1）核查預(yù)噴的條件是否達(dá)到；2）對(duì)于達(dá)到預(yù)噴條件時(shí)的所需噴油量的自動(dòng)計(jì)算；3）噴油器的預(yù)噴油的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的控制以及精確計(jì)算，；4）對(duì)于預(yù)噴作用的時(shí)間長(zhǎng)短進(jìn)行控制等。

（6）基于主噴控制要用到的的軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)

這部分的軟件程序的主要功能是計(jì)算主噴油量、確定主噴時(shí)的角度、控制主噴作用的時(shí)間以及間隔等。在主噴和預(yù)噴之間優(yōu)先級(jí)關(guān)系協(xié)調(diào)好之后的條件下，主噴油量就等于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際需油量與噴油器預(yù)噴油量之差。而主噴作用的時(shí)間則取決于發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速限制以后的情況下需油時(shí)的需油請(qǐng)求，若是發(fā)動(dòng)機(jī)的斷油需求發(fā)出，則主噴的噴油時(shí)間應(yīng)該為0。

3 結(jié)語

通過參考大量文獻(xiàn)的以及對(duì)于柴油共軌電控噴油系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)一系列控制軟件的實(shí)踐，對(duì)柴油共軌電控噴油系統(tǒng)基于主噴、預(yù)噴、主噴預(yù)噴之間的協(xié)調(diào)、噴油量的計(jì)算、噴油作用時(shí)間的起始以及間隔和發(fā)動(dòng)機(jī)的目標(biāo)需油量軟件的認(rèn)識(shí)得到了進(jìn)一步加深。柴油機(jī)共軌電控噴油系統(tǒng)的一系列控制軟件將在電控噴油系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣。

孫欽云.柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)［D］.長(zhǎng)安大學(xué) 2010

陳樹娟，（1979.5-），女，山東泰安人，本科學(xué)歷，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

Software design of diesel engine common rail electronically controlled fuel injection system

Chen Shujuan
（Shandong Vocational Institute of Clothing Technology，Shandong Tai'an，271000）

New energy is constantly developed and used， but oil is still the main fuel in twenty-first Century.Owing to its soft combustion， low noise， small amount of discharge and can realize the advantages of multiple injection become future diesel engine fuel injection system is the main object of study in an internal combustion engine common rail electronic control fuel injection system.This paper first introduces the development history of diesel engine common rail electronically controlled fuel injection system， and then discusses the software development and design of common rail injection system.

diesel engine；common rail electronic control；fuel injection system；software design