内燃机车用柴油机燃油喷射系统的电子控制单元设计

摘要

能源和环境的双重压力、电子技术与控制理论的飞速发展使得柴油机控制能够采用电子控制技术，并成为柴油机控制的研究热点。本文针对我国内燃机车牵引用的柴油机(12V240ZJ6E)，主要研究其电控单体泵的电子控制技术。实现了电控单体泵在实验台上的电子控制，为最终降低内燃机车柴油机在轻载工况下的燃油消耗率并改善其排放打下基础。在以下三方面展开研究工作： 首先，根据柴油机的燃油喷射原理，深入研究高压燃油在泵-管-嘴系统中的传递规律，分析燃油喷射系统的各种电子控制方式，结合我国内燃机车柴油机改造的现状并参考国内外应用实例，确定采用“电控单体泵系统”方案。针对性地分析电控单体泵的特性，总结出电控单体泵的控制规律。 其次，设计电控单体泵的高速大流量电磁阀驱动模块，其性能直接影响电磁阀的响应特性。通过计算和试验对比的方法获得不同驱动电压、不同续流回路情况时的动态响应，找出最优电路参数和控制参数。用于多缸柴油机的驱动模块可以修正各单体泵喷油特性的差异。 第三，设计凸轮轴转速的测量模块。采集安装于凸轮轴上的测速齿轮的脉冲信号，计算凸轮轴的瞬时转速和相位，并对瞬时转速进行预测，为查找脉谱表以确定喷油定时和喷油量奠定基础。凸轮轴转速的预测方法为“相邻区间+自适应参数修正”。 最后，设计控制电路，以数字信号处理器为主控芯片。在数字信号处理器中完成柴油机的转速测量和电磁阀驱动脉冲生成。由于内燃机车上的电磁环境比较恶劣，采用了抗干扰措施。 通过上述工作，掌握了电控单体泵系统的基本特性，完成了电子控制单元主要电路的设计，并实现凸轮轴的测速和电磁阀的控制。电子控制单元在电控单体泵试验台上进行了试验。结果表明，测速准确、电磁阀驱动及其控制方式合理，为后续工作打下良好的基础。

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文摘

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2电子燃油喷射控制技术的优越性

1.3电子燃油喷射控制技术的发展历程

1.3.1位置控制式的电子燃油喷射控制系统

1.3.2时间控制式的电子燃油喷射控制系统

1.3.3时间-压力控制式的电子燃油喷射控制系统

1.4机车柴油机燃油喷射控制系统的现状

1.4.1国外机车柴油机燃油喷射控制系统的现状

1.4.2我国机车柴油机燃油喷射控制系统的现状

1.5方案确定

第二章电控单体泵系统的原理与控制

2.1电控单体泵系统的原理

2.2喷油特性对柴油机性能的影响

2.2.1几何供油规律与喷油规律

2.2.2喷油规律形态及其对柴油机的影响

2.2.3喷油压力及其对柴油机性能的影响

2.3供油规律沿高压油路的演变

2.4电控单体泵电磁阀的控制

2.4.1电磁阀结构

2.4.2电磁铁特性

第三章电子燃油喷射控制系统的硬件设计

3.1系统方案

3.1.1基本控制方案

3.1.2总体结构

3.2硬件设计

3.2.1主控芯片

3.2.2数据采集电路

3.2.3电磁阀驱动电路

3.2.4电源

3.2.5通信单元

3.3可靠性设计

第四章控制方式与软件设计

4.1燃油喷射过程的工作时序

4.2凸轮轴瞬时转速的测量

4.2.1凸轮轴瞬时转速的计算

4.2.2凸轮轴瞬时转速的预测

4.3电磁阀控制脉冲的生成

4.4喷射控制的程序设计

第五章试验

第六章结论

参考文献

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