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1、燃油喷射电磁阀控制系统的设计实现毕业论文目 录 第一章 绪论1 1.1 引言1 1.2 电控燃油喷射的意义1 1.3 电控燃油喷射技术的发展1 1.4 电控燃油喷射技术的发展趋势3 第二章 电磁阀控制系统的总体设计5 2.1 电磁阀控制燃油喷射系统的工作原理5 2.2 电控单元的设计112.3 本章小结13 第三章 电控系统的硬件设计14 3.1 硬件电路设计总概14 3.2 单片机介绍15 3.3 驱动电路的设计18 3.4 外部显示和键盘电路22 3.5 编码器双向计数的抗干扰电路23 3.6 硬件抗干扰措施24 3.7 本章小结25 第四章 电控系统的软件设计26 4.1 单片机C语言开
2、发工具26 4.2 主程序26 4.3软件抗干扰措施 30 4.4 本章小结 30 第五章 全文总结与展望 32 5.1 全文总结 32 5.2 展望 32 参考文献33 外文资料 中文译文 致谢 .专业.专注. 第一章 绪论1.1 引言随着现代工业的发展和科学技术的进步，人类的生存环境和工作环境也面临着大气、水源、电磁辐射和噪声等一系列的污染，生态平衡遭到严重的破坏。而汽车工业的快速发展，汽车的生产量和保有量急剧增加，汽车排放污染已成为大气污染最主要的根源，严重的危害着人类的健康。据研究，大气中38.5%的一氧化碳（CO）、21.7%的碳氢化合物（HC）、87.6%的氮氧化合物(NOX)、1
3、1.7%的二氧化碳（CO2）、6.2%的二氧化硫（SO2）、32%的微粒物（PM）来自汽车废气排放。而城市大气中，61%的CO、87%的HC、55%的NOX汽车废气排放。为了治理环境污染，各国相继对大气中各种排放污染源的排放提出控制要求，制定强制性排放标准（排放法规），以控制汽车排放污染物排放量。随着欧洲一体化进程的深入，自20世纪90年代始推行了更加严格的排放法规，对汽车排放的限制越来越严厉，相继出台了欧洲号、号直至号标准。从2000年10月1日起，执行欧洲号标准，就NOX、HC、CO及微小颗粒物质等排放限值，欧洲号限值分别是欧洲号的71%、60%、52%和67%。1.2 电控燃油喷射的意义
4、在人们意识到汽车废气的污染的严重时，纷纷出台很多控制汽车尾气排放的政策，但是这不能从根本上来解决这个问题，再加上石油资源的紧，于是人们从上世界七十年代就开始对发动机燃油电控喷射系统的研究。电控燃油喷射系统有利于提高燃油喷射压力，可以根据发动机的实际运转工况反馈控制调整各缸供油量和供油时间，一方面改善了燃烧，提高了工质的热效率，另一方面也能适当减少某些有害排放，是现代电子技术与传统机械产业结合的典1。1.3 电控燃油喷射技术的发展 燃油喷射系统式发动机的核心部分，对发动机的动力性、燃油经济性、排放、噪声、运转平稳性，以及可靠性、耐久性等都有极其重要的影响，采用电子控制技术将大大优化燃油的喷射规律
5、。本质上，电子控制技术并未改变发动机的工作过程以及燃烧、排放等的机理和规律，但很大程度上影响着发动机的性能、使用和发展方向。相比机械控制方式，发动机采用电子控制技术的优势在于：（1） 控制自由度大，能针对不同的运行工况，迅速调整，实现对喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油速率等参数的最优控制，是发动机在大部分工况下均具有良好的性能。（2） 控制精度高，尤其是对喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油速率等参数的控制精度均远高于机械式燃油喷射系统，控制功能更强。（3） 能充分考虑其他影响燃油喷射和缸燃烧的各种因素，如大气压力、水温、油温、油的品质等，并做出准确的校正。 发动机电控燃油喷射系统的发展根据其进展
6、时间、工作原理和直接控制的量可以分为位置控制、时间控制和时间压力控制三个阶段2。在发动机电控喷射技术的发展过程中，不论是最早的位置控制式电控喷射系统还是近期的高压共轨电控喷射系统，国外均投入了大量的人力物力开发新的技术，研究成果不断涌现。1.3.1 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是在原机械控制系统的基础上发展起来的，属于第一代电控燃油喷射系统。这类系统尽量保留了原机械燃油喷射系统的结构和部件，包括传统的喷油泵高压油管喷油嘴系统及控制油量的机械传动机构，如直列泵中的油量调节齿杆、柱塞上控油螺旋槽，VE型分配泵中的油量调节滑套等，所以易为发动机生产企业和用户所接受。但是由于
7、燃油泵输送和计量机构基本不变，喷油系统参数受发动机转速影响大，控制自由度小，精度差，难以实现喷油规律的精确控制，凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的提高。目前该类系统主要有基于分配泵和基于直列泵的两种类型。1.3.2 时间控制式电控燃油喷射系统 采用时间控制式的电控燃油喷射系统称为第二代电控燃油喷射系统。时间控制的核心在于采用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷油定时和喷油持续时间。此外，还能实现对每个喷油泵的单独控制，这样可以对发动机实施部分停缸。时间控制式的电控燃油喷射系统在大功率发动机上一般有两种结构：（1）电控单体泵系统。相比第一代控制系统，取消了机械泵，改为电控单体泵，取消供油拉杆
8、，各单体泵单独控制；高速电磁阀的响应速度优于第一代的比例电磁铁。这种控制方式对于原来使用联合调节器的机车发动机而言，需要做一些改动：主要是取消联合调节器、接卸喷油泵、供油拉杆及其附件等喷油调节系统，改用电控单体泵和电子控制单元，并加装相应传感器。这些改动主要是减少了发动机机体上的部件，如果电控单体泵的安装尺寸与机械泵一致，将无需重新设计发动机的机械部件；否者需要更改凸轮轴箱以适应电控单体泵的结构。（7） 电控泵喷嘴系统。电控泵喷嘴系统的高压燃油容积比甭管最系统少了高压有关部分，因而液力响应更快，能够实现多次喷射。不过需要重新设计汽缸盖，凸轮轴也需要重新布置，这将对发动机的改动很大，而且汽缸盖将
9、变得更复杂，一般用于新设计的发动机。总之，第二代控制系统具有更大的控制灵活性和精确度。高速电磁阀控制高压燃油的喷射规律为：电磁阀关闭，开始喷油；电磁阀打开，喷油结束。喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭时间的长短。可见，时间控制式实现了喷油定时和喷油量的双重控制。由于喷油泵只提供高压燃油，不再具备调节油量的功能，故取消齿圈、滑套、柱塞上的斜槽等部件或结构，喷油泵结构得以简化，强度大大提高，能提供比第一代更高的燃油喷射压力。时间控制式仍然采用脉动供油的方法，供油规律与曲轴转速有着密切关系，故低速特性差。1.3.3 时间压力控制式电控燃油喷射系统 采用时间压力控制式的电控燃油喷射系
10、统称为第三代电控燃油喷射系统，实现方式为共轨式燃油喷射系统3。于谦两代相比，共轨式燃油喷射系统不再采用遇有脉动供油特点，而是有一个高压油泵将高压燃油持续泵入一个公共容器（共轨）中，燃油喷射的控制有集成在喷油器的电磁阀执行，还可以通过电磁阀调节高压燃油的喷射压力，达到喷油定时、喷油持续时间和喷油压力的三重柔性控制，能够实现预喷射、后喷射和多次喷射。从时间和压力方面调节喷油规律，从而获得更理想的喷油规律。这将大大改善发动机的低转速、低负荷性能；明显改善油耗和排放等综合性能。总之，发动机燃油喷射系统的电控技术经过多年发展，已经出现了三种风格迥异的控制方式，各具特色，适用于不同的发动机。位置控制式可以
11、柔性的控制喷油提前角，相比联合调节器已有质的飞跃。时间控制式相对位置控制式的最大改进时喷油泵可以单独控制，发动机的动态性能也有很大提高。但二者共同点为脉动供油，喷油压力也曲轴转速有密切关系，喷油压力取决于凸轮型线和曲轴转速。时间压力控制式相对时间控制式的最大改进是喷油压力可以控制，与曲轴转速无关。二者的共同点是都能对个喷油泵单独控制。1.4 电控燃油喷射技术的发展趋势 目前，博世公司、德尔福公司、斯堪尼亚、依维柯等世界商用车及柴油机系统制造商在开发满足欧和欧排放法规的动力总成中，都把注意力集中在对燃油喷射技术的改进与创新上。博世公司通过吧2.5：1的压力放大器装入每一个喷射器，使得在“蓄压”式
12、共有技术中出现了一大提高，泵喷嘴最大喷嘴压力达到2500巴，而通过的共轨技术最乐观的预测大约为1800巴。博世公司即将为戴克柴油机装配的下一代燃油系统，称之为APCRS（压力放大活塞的共轨系统）。这种新的燃油系统将兼备的单体泵/泵喷嘴以及共轨系统的特性。把最好的单体泵的最大喷射压力（喷嘴处压力达到2400巴）结合由共轨提供易变化的“rate shaping”（即通过微秒喷射行程的供油精确调节）喷射过程将有效的降低微粒和NOX排放。德尔福汽车系统公司的“双气阀”E3整体式喷油器又称为E3 EUI喷油系统，目前已经装用在沃尔沃D12发动机上，该系统能够不依赖于喷油器燃油压力的升高和降低，仅仅由EU
13、I主溢流调节，独立控制喷油器的打开和关闭，实现了多重喷射的可能性。其目的是降低最高燃烧温度，在不生成炭烟微粒的情况下减少NOX的生成。纵观发动机电控燃油喷射系统的发展和未来发动机对喷射系统的要求，未来发动机电控燃油喷射系统将面向以下发展方向：（1） 高的喷射压力。（2） 独立的喷射压力控制。（3） 独立的喷射正时。（4） 可变的预喷射及后喷射控制能力。（5） 最小油量喷射控制能力。（6） 快速断油能力。 第二章 电磁阀控制系统的总体设计2.1 电磁阀控制燃油喷射系统的工作原理从功能上分析，共轨燃油喷射系统可以分成两大部分:(l)燃油供给部分；(2)电子控制部分。燃料供给部分就是燃油的吸入、加压
14、、分配和喷射的系统，这一与传统的机械式柴油机喷油系统差不多。供油泵使低压燃油加压成高压燃油，并送入共轨中。在计算机的控制下，燃油由共轨分配到各个气缸中。喷油器的电磁阀在计算机指令的控制下，在适当的时刻开启或关闭，完成燃油喷射。燃油供给系统的构成框图如图2.1。电子控制 电磁阀控制针阀升程 供油量共轨喷油器供油泵油箱图2.1 燃油供给系统构成框图 电子控制部分的核心是ECU(电子控制单元)，ECU就是一台微型计算机。输入ECU的信息是由安装在车辆和发动机上的各种传感器输出的。ECU输出的是送往各个执行机构的电子信息。常见的传感器有发动机转速传感器、油门开度传感器、曲轴转角传感器、共轨压力传感器、
15、冷却水温度传感器、空气温度传感器、燃油温度传感器、增压压力传感器、巡航控制开关、机油传感器、进气量传感器、凸轮转角传感器和上止点位置传感器等。主要执行机构有喷油器、供油泵、共轨等4。电子控制系统的框图见图2.2。2.1.1 电磁阀的工作原理电磁阀是用来控制流体的方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就输出信号输入信号 电子控制单元ECU喷油正时控制
