計算機控制的高壓共軌噴油器驅動控制技術研究

陳樹娟

摘要：在高壓共軌系統中，產生燃油的壓力和燃油噴射是分開的，而高壓共軌噴油器的噴油的時刻以及它的噴油量的調整都是通過觸發來實現外，還和它的驅動控制的設計技術相關，在計算機盛行的電子時代，驅動的設計打破了傳統的設計思想，驅動的最主要設計采用了高電壓以及大電流通過計算機的控制和開啟，然后再通過低電壓來對驅動進行相關的保持和疏通，以此來滿足高壓共軌噴油器中驅動的一些需求，本文將通過詳細的描寫來對此控制技術進行研究。

關鍵詞：計算機控制；高壓共軌；技術

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）07-0226-03

Research on the Control Technology of High Pressure Common Rail Injector Driven by Computer Control

CHEN Shu-juan

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

Abstract： in the high pressure common rail system， produce fuel pressure and fuel injection are separated， and the injection of common rail injector time and adjust the injection quantity it is through the trigger to achieve， also related to design and drive control technology of it， the electronic age for Sheng in the computer. The drive is designed to break the traditional design， the main design driven by high voltage and large current through the control of the computer and open， and then through the low voltage to maintain and dredge related to the driver， in order to meet some demand driven high pressure common rail injector in this paper， through the detailed description this control technology research.

Key words： computer control；high pressure common rail；technology

噴油器是共軌式的燃油系統中最重要和最關鍵的一個部件，它的主要作用就是通過接收到的控制信號，通過控制器的開啟和關閉，將所在高壓共軌腔中的燃料以一種最佳的噴油定時、噴油量以及準確的噴油率將燃料噴入到機器的燃燒室內。這些噴油器取代了傳統的噴油嘴和噴油嘴帽的組合。

1 高壓噴油器的發展狀況

隨著社會的不斷發展，在最近幾年，一些已經匹配直噴柴油發動機的小型轎車在歐洲的發展非常的顯著，不但可以提高燃油的經濟性，還可以減少發動機對環境造成的噪音的污染。我國的某一個車型就已經運用了此系統，最高的噴射壓力可達到1800帕。但是，隨著排放的更加苛刻的控制，我們就需要更高的以及恒定的噴射的壓力以及更加完善的電子的控制，于是。在眾多的制造商們就把優點相對而言比較多的共軌系統作為發動機的發展的方向。高壓共軌系統有著很高的燃油的壓力，并且可以合理地分配燃油的控制，通過計算機靈活的對燃油分配、燃油的噴射的時間、噴射的壓力以及噴射速率的控制，可以達到顯著的燃油的經濟性和低排放的特性。

在發動機所有的轉速的范圍內既可以很好地保證比較高的燃油的壓力，并且高的噴射的壓力可以在比較低的轉速的工作的情況下還是可以獲得良好的燃燒的特性。

由于燃油系統的壓力與發動機的轉速是呈現出線性關系的狀態，在這樣的轉速狀況下，發動機會出現燃油壓力不足的情況，共軌系統能夠在所有不同的轉速的情況下依舊可以產生非常高的燃油的壓力。由于計算機和電子控制的靈活度會對發動機的噴射壓力產生一定的影響，使得發動機的排放量降低的同時還可以提高效率。不過，由于壓力的產生過程是與噴射過程分離的，方便使得發動機在燃燒和噴油的過程中可以得到最大方位的自由，可以靈活的調節噴油器的噴射壓力。

2 高壓共軌系統的主要特點

高壓共軌系統主要是利用比較大的容積的共軌腔來將要輸出的燃油在高壓的狀態下進行儲存，在此工程中消除掉燃油中的壓力的波動，才可以進行下一步的環節，即將燃油分配到每一個可能需要噴油的噴油器中，最后是通過噴油器上的電磁閥來控制噴油器的開始以及結束。其主要的特點包括：

1）在高壓共軌中，噴油器的噴射是通過共軌腔中的高壓來進行的，共軌腔的設計與原來的設計相比，主要是去掉了噴油器中用來增壓的增壓構造，而且，高壓共軌還可以使噴油器持續的保持著高壓的狀態。再者就是力矩，高壓共軌的油泵所需要的力矩與傳統的油泵中的力矩相比要小很多。

2）在高壓油泵中有一個壓力調節的電磁閥，可以根據發動機自身的負荷的狀態、燃油的經濟性以及排放量來靈活的對高壓油泵進行調節，最顯著的特點就是可以優化此發動機的在低速方面的性能。

3）在噴油器上的電磁閥還可以來控制燃油的噴射的定時、噴射的優良以及噴射的速率，甚至還可以來靈活的在不同的工作的狀況下的預備噴射以及后噴射的噴射的油量和在主噴射之間的時間的間隔。

4）高壓共軌系統中的供油泵將燃油泵入到高壓油泵上的進油口，然后，再由該發動機的驅動上的具有高壓的油泵將燃油在增加壓力后傳送到共軌的腔內，最后再由電磁閥控制的噴油器在相對應的時間內進行噴油的動作。

5）噴油器的預備噴射是在噴油器的主噴射之前，通過將小部分燃油噴入到氣缸中，

在氣缸中將燃油發生混合或者燃燒部分燃油，以此來縮短主噴射的點火的延遲期。這樣氣缸中的壓力的升高率以及峰值的壓力都對相應的有所下降，可以使得發動機的工作可以在緩和的狀態下進行工作。

3 系統的設計

為了滿足系統的排放、節能以及提高系統性能的要求，電子控制已經成為目前共軌技術發展的重要的方向。在電子控制系統中，電控的噴油器的控制的執行元件是非常重要的一個組件--電磁閥對噴射系統的各種的基本的噴射性能有著重要的作用和影響。但是，噴射系統對該組件有著特殊的要求，要求它的開啟的時間不能大于300us，以此來保證整個系統的正常的控制的精度和系統的響應的速度。對于快速的相應而言，驅動電路的形成對整個系統有著非常大的影響。

3.1 硬件設計

硬件主要是利用80C51片內的資源來實現對噴油器驅動的智能的控制，再通過串行的通信方式實現PC機和80C51之間的通話，以此來滿足不同的需求。計算機通過會通過串行口來對80C51傳遞不同的三個的電壓的數值，以及一個相應的轉速值和一個噴油的脈寬。在這其中三個電壓值分別代表的是開啟的電壓值、維持中的電壓的值以及驅動的電壓的基準。但是，這三個值需要滿足一定的要求：開啟的電壓的基本值需要大于維持電壓的基本的值，而維持電壓的基本的值需要大于驅動的電壓的值。在80C51中關于十二位的轉換的模塊只有兩個，但是，在設計中需要的是三個，這樣的話就會缺少一個，所以這個時候就需要80C5中的一個串行通道的來轉化成需要的一個模塊。這樣的話，如果計算機輸入三個數值，在通過模塊的轉換后就會成為驅動電路所需要輸出的模擬的數值。而轉速和噴油的脈寬值是通過80C51的pca來產生的一個可以控制的方波。這樣就產生了三個模擬的電壓的值和方波，以此就可以對驅動電路進行相應的控制。硬件的總體設計原理如圖1：

3.2 80C51的編程實現方法

在80C51中，由于pca具有強定時的功能，與標準的相比較，它對CPU的干涉的需求比較少，在pca0中有著可以進行編程的定時器以及可被編程的捕捉模塊。其中的定時器是可以用來編制關于時基信號的驅動程序，在時基信號中有六個輸入口，分別是三個不同的系統時鐘、外部振蕩器、定時器以及外部時鐘的輸入口線上的外部時鐘信號。相較于定時器可編程而言，捕捉模塊是被編程為不同且獨立的六種工作方式。

捕捉模塊在高速輸出的工作的方式中產生的方波的原理主要是：pca的定時器的高八位和低八位在和捕捉模塊的高八位和低八位在發生匹配的時候，模塊中的CEXn上的引腳由于電平的跳轉會產生一個請求中斷的現象，當中斷寄存器中的中斷被允許的時候，CPU得工作將會轉向中斷的服務程序中。如果將相對應的模塊中的輸入/輸出線連接到端口處的輸入/輸出的接口上，80C51中相應的端口輸出的電平就會隨之發生改變，這樣就可以實現脈沖的高低電平的輸出。

3.3 控制噴油時間的算法的實現

系統所需要的轉速的范圍是在600到4000r/min之間，為了滿足這個要求，80C51的系統中采用時鐘外部不分頻，在pca定時器中采用了t0溢出來作為時鐘的時鐘源。為了實現在進入中斷中的時間的減少的目的，則需要讓t0定時器工作在能夠進行自動重載工作的八位的定時器的模式下，那么t0時鐘就作為系統的時鐘，在t0的工作中，TL0起到保存計數器當前數值的作用，TH0中保存了重載值，這時t0計時器的定時周期為（28-TH0）/felk，felk就是該系統的時鐘周期。為了到達pca脈沖能夠擁有盡量高精度的目的，并且還要在要求的轉速范圍之內，那么就需要計算重載的值，公式為：TH0=0xdf，pca的時鐘周期為：216XXTpca。由于噴油時間的方波的精度是由pca的周期來決定的，所以噴油的精度會到達15us。

3.4 系統軟件設計以及程序

在由計算機軟件控制的系統設計中，在系統復位以后，主程序會對微處理器上的端口進行初始化的操作，通用的是異步串行的輸入輸出口，D/A的轉化，t0定時器一件pca定時器。在整個的軟件的設計的工程中，計算機通過的串行通訊與80C51通訊是設計整個系統的關鍵。計算機將輸入的數據發送到數據接收的緩存區中，然后將會通過分割的方法，將存儲在緩存區中的數據進行分割，當每個模塊的功能都達到初始化的狀態后，再將已經分割的數據再分配到各個以及初始化的模塊中去，再進行一次處理。程序流程圖如下圖2：

3.5 驅動模塊的設計

由于驅動電路是整個驅動模塊設計的核心設計。驅動電路包括兩個方面：第一是在開啟噴油器的時候，需要通過電路的升高的電壓，在激勵脈沖的幫助下，在比較快速的情況下來使得驅動中的電流達到最大化，加速噴油器的開啟的動作。第二就是在開啟噴油器后，驅動電路需要通過調節電路中的電流來得到相應的脈寬，使得維持噴油器疏通狀態的電流比較小，還可以起到防止過熱的作用。

4 總結

整個驅動的設計主要以電磁閥為中心，通過計算機控制驅動的電路，以及結合了單片機中可編程的定時器，使得整個設計到達了高壓共軌的整體的要求，在計算機控制下的噴油器的動態與其他傳統的噴油器相比具有較快的響應速度，并且具有優異的性能以及可靠的運行程序，在實際中的使用，能夠最大限度地滿足使用的需求，同時還可以降低發動機的噪音產生的污染，在一定的程度上起到環保的作用。

參考文獻：

[1] 張興春，張幽彤，丁曉亮.壓電式高壓共軌噴油器的驅動研究[J].內燃機工程，2011（3）.

[2] 曾偉，顧東亮，宋國民.新型高壓共軌電磁鐵型噴油器驅動方式[J].車用發動機，2010（4）.

[3] 孔巖峰，歐陽光耀，劉振明.基于雙電源雙維持電磁閥驅動電路的高壓共軌噴油器控制技術研究[J].測控技術，2015（5）.

[4] 劉二喜.高壓共軌電控系統噴油器驅動電路的優化——一種續流模式可轉換的驅動電路[D]. 天津：天津大學，2011.

[5] 于正同，張楠. 一種高壓共軌噴油器的驅動電路設計[J].電子技術，2012（4）.

[6] 張愛云，曾偉，高崴.高壓共軌壓電式噴油器核心驅動電路的研究[J].車用發動機，2013（2）.