计算机控制的高压共轨喷油器驱动控制技术研究

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摘要：在高压共轨系统中，产生燃油的压力和燃油喷射是分开的，而高压共轨喷油器的喷油的时刻以及它的喷油量的调整都是通过触发来实现外，还和它的驱动控制的设计技术相关，在计算机盛行的电子时代，驱动的设计打破了传统的设计思想，驱动的最主要设计采用了高电压以及大电流通过计算机的控制和开启，然后再通过低电压来对驱动进行相关的保持和疏通，以此来满足高压共轨喷油器中驱动的一些需求，本文将通过详细的描写来对此控制技术进行研究。

关键词：计算机控制；高压共轨；技术

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：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

喷油器是共轨式的燃油系统中最重要和最关键的一个部件，它的主要作用就是通过接收到的控制信号，通过控制器的开启和关闭，将所在高压共轨腔中的燃料以一种最佳的喷油定时、喷油量以及准确的喷油率将燃料喷入到机器的燃烧室内。这些喷油器取代了传统的喷油嘴和喷油嘴帽的组合。

1 高压喷油器的发展状况

随着社会的不断发展，在最近几年，一些已经匹配直喷柴油发动机的小型轿车在欧洲的发展非常的显著，不但可以提高燃油的经济性，还可以减少发动机对环境造成的噪音的污染。我国的某一个车型就已经运用了此系统，最高的喷射压力可达到1800帕。但是，随着排放的更加苛刻的控制，我们就需要更高的以及恒定的喷射的压力以及更加完善的电子的控制，于是。在众多的制造商们就把优点相对而言比较多的共轨系统作为发动机的发展的方向。高压共轨系统有着很高的燃油的压力，并且可以合理地分配燃油的控制，通过计算机灵活的对燃油分配、燃油的喷射的时间、喷射的压力以及喷射速率的控制，可以达到显著的燃油的经济性和低排放的特性。

在发动机所有的转速的范围内既可以很好地保证比较高的燃油的压力，并且高的喷射的压力可以在比较低的转速的工作的情况下还是可以获得良好的燃烧的特性。

由于燃油系统的压力与发动机的转速是呈现出线性关系的状态，在这样的转速状况下，发动机会出现燃油压力不足的情况，共轨系统能够在所有不同的转速的情况下依旧可以产生非常高的燃油的压力。由于计算机和电子控制的灵活度会对发动机的喷射压力产生一定的影响，使得发动机的排放量降低的同时还可以提高效率。不过，由于压力的产生过程是与喷射过程分离的，方便使得发动机在燃烧和喷油的过程中可以得到最大方位的自由，可以灵活的调节喷油器的喷射压力。

2 高压共轨系统的主要特点

高压共轨系统主要是利用比较大的容积的共轨腔来将要输出的燃油在高压的状态下进行储存，在此工程中消除掉燃油中的压力的波动，才可以进行下一步的环节，即将燃油分配到每一个可能需要喷油的喷油器中，最后是通过喷油器上的电磁阀来控制喷油器的开始以及结束。其主要的特点包括：

1）在高压共轨中，喷油器的喷射是通过共轨腔中的高压来进行的，共轨腔的设计与原来的设计相比，主要是去掉了喷油器中用来增压的增压构造，而且，高压共轨还可以使喷油器持续的保持着高压的状态。再者就是力矩，高压共轨的油泵所需要的力矩与传统的油泵中的力矩相比要小很多。

2）在高压油泵中有一个压力调节的电磁阀，可以根据发动机自身的负荷的状态、燃油的经济性以及排放量来灵活的对高压油泵进行调节，最显著的特点就是可以优化此发动机的在低速方面的性能。

3）在喷油器上的电磁阀还可以来控制燃油的喷射的定时、喷射的优良以及喷射的速率，甚至还可以来灵活的在不同的工作的状况下的预备喷射以及后喷射的喷射的油量和在主喷射之间的时间的间隔。

4）高压共轨系统中的供油泵将燃油泵入到高压油泵上的进油口，然后，再由该发动机的驱动上的具有高压的油泵将燃油在增加压力后传送到共轨的腔内，最后再由电磁阀控制的喷油器在相对应的时间内进行喷油的动作。

5）喷油器的预备喷射是在喷油器的主喷射之前，通过将小部分燃油喷入到气缸中，

在气缸中将燃油发生混合或者燃烧部分燃油，以此来缩短主喷射的点火的延迟期。这样气缸中的压力的升高率以及峰值的压力都对相应的有所下降，可以使得发动机的工作可以在缓和的状态下进行工作。

3 系统的设计

为了满足系统的排放、节能以及提高系统性能的要求，电子控制已经成为目前共轨技术发展的重要的方向。在电子控制系统中，电控的喷油器的控制的执行元件是非常重要的一个组件--电磁阀对喷射系统的各种的基本的喷射性能有着重要的作用和影响。但是，喷射系统对该组件有着特殊的要求，要求它的开启的时间不能大于300us，以此来保证整个系统的正常的控制的精度和系统的响应的速度。对于快速的相应而言，驱动电路的形成对整个系统有着非常大的影响。

3.1 硬件设计

硬件主要是利用80C51片内的资源来实现对喷油器驱动的智能的控制，再通过串行的通信方式实现PC机和80C51之间的通话，以此来满足不同的需求。计算机通过会通过串行口来对80C51传递不同的三个的电压的数值，以及一个相应的转速值和一个喷油的脉宽。在这其中三个电压值分别代表的是开启的电压值、维持中的电压的值以及驱动的电压的基准。但是，这三个值需要满足一定的要求：开启的电压的基本值需要大于维持电压的基本的值，而维持电压的基本的值需要大于驱动的电压的值。在80C51中关于十二位的转换的模块只有两个，但是，在设计中需要的是三个，这样的话就会缺少一个，所以这个时候就需要80C5中的一个串行通道的来转化成需要的一个模块。这样的话，如果计算机输入三个数值，在通过模块的转换后就会成为驱动电路所需要输出的模拟的数值。而转速和喷油的脉宽值是通过80C51的pca来产生的一个可以控制的方波。这样就产生了三个模拟的电压的值和方波，以此就可以对驱动电路进行相应的控制。硬件的总体设计原理如图1：

3.2 80C51的编程实现方法

在80C51中，由于pca具有强定时的功能，与标准的相比较，它对CPU的干涉的需求比较少，在pca0中有着可以进行编程的定时器以及可被编程的捕捉模块。其中的定时器是可以用来编制关于时基信号的驱动程序，在时基信号中有六个输入口，分别是三个不同的系统时钟、外部振荡器、定时器以及外部时钟的输入口线上的外部时钟信号。相较于定时器可编程而言，捕捉模块是被编程为不同且独立的六种工作方式。

捕捉模块在高速输出的工作的方式中产生的方波的原理主要是：pca的定时器的高八位和低八位在和捕捉模块的高八位和低八位在发生匹配的时候，模块中的CEXn上的引脚由于电平的跳转会产生一个请求中断的现象，当中断寄存器中的中断被允许的时候，CPU得工作将会转向中断的服务程序中。如果将相对应的模块中的输入/输出线连接到端口处的输入/输出的接口上，80C51中相应的端口输出的电平就会随之发生改变，这样就可以实现脉冲的高低电平的输出。

3.3 控制喷油时间的算法的实现

系统所需要的转速的范围是在600到4000r/min之间，为了满足这个要求，80C51的系统中采用时钟外部不分频，在pca定时器中采用了t0溢出来作为时钟的时钟源。为了实现在进入中断中的时间的减少的目的，则需要让t0定时器工作在能够进行自动重载工作的八位的定时器的模式下，那么t0时钟就作为系统的时钟，在t0的工作中，TL0起到保存计数器当前数值的作用，TH0中保存了重载值，这时t0计时器的定时周期为（28-TH0）/felk，felk就是该系统的时钟周期。为了到达pca脉冲能够拥有尽量高精度的目的，并且还要在要求的转速范围之内，那么就需要计算重载的值，公式为：TH0=0xdf，pca的时钟周期为：216XXTpca。由于喷油时间的方波的精度是由pca的周期来决定的，所以喷油的精度会到达15us。

3.4 系统软件设计以及程序

在由计算机软件控制的系统设计中，在系统复位以后，主程序会对微处理器上的端口进行初始化的操作，通用的是异步串行的输入输出口，D/A的转化，t0定时器一件pca定时器。在整个的软件的设计的工程中，计算机通过的串行通讯与80C51通讯是设计整个系统的关键。计算机将输入的数据发送到数据接收的缓存区中，然后将会通过分割的方法，将存储在缓存区中的数据进行分割，当每个模块的功能都达到初始化的状态后，再将已经分割的数据再分配到各个以及初始化的模块中去，再进行一次处理。程序流程图如下图2：

3.5 驱动模块的设计

由于驱动电路是整个驱动模块设计的核心设计。驱动电路包括两个方面：第一是在开启喷油器的时候，需要通过电路的升高的电压，在激励脉冲的帮助下，在比较快速的情况下来使得驱动中的电流达到最大化，加速喷油器的开启的动作。第二就是在开启喷油器后，驱动电路需要通过调节电路中的电流来得到相应的脉宽，使得维持喷油器疏通状态的电流比较小，还可以起到防止过热的作用。

4 总结

整个驱动的设计主要以电磁阀为中心，通过计算机控制驱动的电路，以及结合了单片机中可编程的定时器，使得整个设计到达了高压共轨的整体的要求，在计算机控制下的喷油器的动态与其他传统的喷油器相比具有较快的响应速度，并且具有优异的性能以及可靠的运行程序，在实际中的使用，能够最大限度地满足使用的需求，同时还可以降低发动机的噪音产生的污染，在一定的程度上起到环保的作用。

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