柴油机电控喷油和配气系统中电控单元ECU的开发

柴油车电喷工作原理
柴油车电喷工作原理是通过电子控制单元（ECU）控制喷油器，将燃油以高压雾化喷射到气缸内进行燃烧。

该系统主要包括传感器、控制单元、喷油器和油泵等组成。

首先，传感器会实时监测引擎负荷、转速、氧气含量、温度等参数，将监测到的数据传输给ECU。

ECU根据传感器所提供的数据，计算出最佳的喷油量和喷油
时机，并将计算结果转化为相应的电信号进行控制。

油泵接收到ECU发出的指令后，将燃油从油箱中抽送至高压
喷油器。

高压喷油器中包含一个喷油喷嘴，它由一个细小的喷孔和一个电磁阀组成。

当ECU发出的电信号到达喷嘴时，电磁阀会打开，燃油被以高压雾化喷射到气缸内部。

喷油量的控制是通过调节喷油器的喷油持续时间来实现的。

ECU根据引擎工作状态的需求，调整电信号的时长和频率来
控制喷油器的工作。

同时，ECU还可以调整喷油器的喷射角度和喷嘴的喷油压力，以适应不同工作条件下的燃烧需求。

通过这种方式，电喷系统可以实现对燃油的精准控制，提高燃烧效率，减少尾气排放，提高柴油车的性能和经济性。

电喷柴油发动机的工作原理和使用方法电喷柴油机的工作原理高压共轨(Common Rail)电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元(ECU)组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。

它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管(Rail)，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力(Pressure)大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度.共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。

ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。

高压共轨系统利用较大容积的共轨腔将油泵输出的高压燃油蓄积起来，并消除燃油中的压力波动，然后再输送给每个喷油器，通过控制喷油器上的电磁阀实现喷射的开始和终止。

其主要特点可以概括如下：共轨腔内的高压直接用于喷射，可以省去喷油器内的增压机构；而且共轨腔内是持续高压，高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。

通过高压油泵上的压力调节电磁阀，可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活调节，尤其优化了发动机的低速性能。

通过喷油器上的电磁阀控制喷射定时，喷射油量以及喷射速率，还可以灵活调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及与主喷射的间隔。

高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。

供油泵从油箱将燃油泵入高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。

预喷射在主喷射之前，将小部分燃油喷入气缸，在缸内发生预混合或者部分燃烧，缩短主喷射的着火延迟期。

摘要柴油机的高效、节能使得汽车的柴油机化日趋明显。

电控燃油喷射系统也成为目前柴油机领域的重要发展方向之一。

采用电控技术后，将有效改善柴油机的动力性和经济性，降低柴油机的有害排放。

柴油机的喷油系统主要是由高喷油泵、喷油器和连接喷油泵与喷油器的高压管组成。

随着国家对环境治理力度的加强，对机动车尾气排放的要求相对的提高了，特别是对柴油发动机的排放要求更加严格，所以喷油系统必须能够保证柴油机使柴油充分的燃烧，保证柴油机有足够的动力和运输的可靠性。

这样，就对喷油系统有较高的要求，改变了柴油发动机的控制模式，实现了精确的控制，使排放更加清洁，减小了柴油机做功粗暴所产生的噪音，提高了车辆的经济型和舒适性。

执行机构的控制研究是柴油机电控技术研究的关键。

本文在给出了油量执行结构及其位置传感器、供油定时控制机构及其提前角检测的设计方案，并对其控制策略进行了研究。

电控单元硬件、软件设计是电控系统设计的核心。

本文详细地讨论了电控单元硬件、软件设计过程，完成了硬件电路和软件模块化设计，并对硬件、软件提出了相应的抗干扰措施。

此外，为了完善柴油机电控系统开发，提出了柴油机标定系统。

采用以CAN 总线为基础平台的分配泵电控系统，实现下位机与PC机之间的通讯，完成对柴油机电控系统参数的监测。

本文阐述了采用单片机对柴油机喷油泵（BOSCH喷油泵）进行控制，主要实现对喷油泵内齿条位置的准确控制，从而实现对喷油量的准确控制，达到改善喷油系统和环保的目的。

本系统采用我们比较熟悉的89C51单片机作为控制核心，采用电感传感器作为反馈和信号的采集，使用光耦驱动电路使输入端与输出端相互隔离，使电路的抗干扰能力加强了，使用PID控制算法控制系统稳定，鲁棒性强。

关键词：柴油机；单片机；喷油泵；控制系统System of diesel engine fuel injection controlAbstractDiesel engines have been widely applied in the world because of their efficiency, economy and reliability．Electronically controlled fuel injection is one of important research directions in the diesel engine field．Introduction of electronic control techniques into diesel engine can not only improve the drivability and economy considerably．but reduce their exhaust emissions and contamination.Fuel injection system of diesel engine as long as it is made of high fuel injection pump，injector high-pressure tubing connected fuel injection pump and the injector.Along with the country to strengthen environmental regulation，on vehicle emissions requirements relative increase，Especially for the diesel engine emission requirements more stringent,So the injection system must be able to ensure that the diesel combustion,To ensure the reliability of diesel engine with power and transportation of enough.So,have high requirements for fuel injection system,To change the control mode of the diesel engine and precise control.The emissions of more clean,reduce the diesel engine work rude noise,improve vehicle economy and comfort.The executive mechanism is the key techniques in the diesel engine electronic control technology．In this paper detailed designs on control mechanisms and sensors are presented and control tactics are investigated also．As the core of diesel engine electronic control system．The whole process of ECU hardware and software designs is specified，moreover requisite software and hardware measures are taken in the system anti-disturbance performance．Besides，in order to calibrate the parameters of diesel engines，the electronically controlled unit of VE distributor pump is presented based on the CAN field bus．It adopts the simple and practical design of the electronically Controlled unit by CAN field bus communication and make the bottom processor and the top computer communicate and the parameters of the electronically controlled unit can be monitored．This paper expounds the application of single-chip microcomputer in diesel fuel injection pump (BOSCH pump) control,mainly to achieve precise control of fuel injection pump rack position,so as to realize the accurate control of injection quantity,Improve the fuel injection system and the purpose of environmentalprotection.The system uses the more familiar 89C51 microcontroller as control core,The inductive sensor as the feedback and signal acquisition,use optocoupler driving circuit to make the input and the output are isolated from each other,so that the anti-interference ability of the circuit to strengthen.The use of PID control algorithm of the control system stability,robustness.Keywords：Diesel enging；Microcontroller；Fuel injection pump；Control system目录第一章绪论 (1)1.1 论文选题背景及研究 (1)1.2 柴油机电控喷油系统的发展动态 (1)1.3 国内外电控燃油系统的发展现状 (3)1.4 论文研究的主要内容 (6)第二章方案论证 (7)2.1 系统设计要求 (7)2.2 系统方案论证 (7)2.2.1 单片机的选择论证 (7)2.2.2 传感器选择论证 (9)第三章硬件电路设计 (12)3.1 控制系统的硬件总体结构 (12)3.2 单片机最小系统 (13)3.2.1 复位电路 (14)3.2.2 振荡电路 (15)3.3 位置式传感器的工作特点 (16)3.4 传感器检测电路设计 (17)3.5 传感器激励电路设计 (19)3.6 AD转换电路设计 (19)3.7 位移执行器驱动电路设计 (20)3.8 CAN总线模块设计 (21)3.9 电源模块设计 (22)第四章系统流程图及软件设计 (23)4.1 系统流程图 (23)4.2 CAN总线控制流程图 (25)4.3 PID控制系统 (25)4.3.1 PID控制框图设计 (26)4.3.2 齿条位移闭环增量式PID控制 (26)4.3.3 PID流程图 (28)4.3.4 PID控制参数整定 (28)总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)第一章绪论1.1 论文选题背景及研究柴油机自问世以来，就以其高效、节能等优点而在车用动力中占有非常重要的地位，特别是近些年来，柴油机的应用有逐渐扩大的趋势。

电控柴油机工作原理
电控柴油机工作原理十分复杂，需要多个部件和系统的配合才能实现。

为了让柴油机能够高效工作，电子控制单元（ECU）起着至关重要的作用。

以下是电控柴油机的工作原理简要描述：
1. 空气供给系统：电控柴油机的空气供给系统由进气道、空气滤清器和涡轮增压器组成。

通过进气道吸入的空气经过空气滤清器过滤后，进入涡轮增压器。

涡轮增压器通过加速和压缩空气，使其更充足，增加柴油机的动力输出。

2. 燃油供给系统：燃油供给系统向柴油机供给燃油，并控制燃油喷射的时机和量。

主要包括燃油箱、燃油泵、喷油器等。

燃油泵通过压力将燃油送入喷油器，喷油器则根据ECU的控制
信号将燃油喷射到燃烧室。

3. 燃油喷射系统：燃油喷射系统通过控制喷油器的喷油时机、压力和喷孔形状，实现燃油的精确喷射。

ECU接收多个传感
器信号，包括转速、负荷、氧传感器等，根据这些信号来确定喷油量和喷油时机，以提高燃烧效率和减少排放。

4. 其他控制系统：电控柴油机还包括其他控制系统，如点火系统、冷却系统、发电机系统等，这些系统通过ECU进行监测
和控制，以确保柴油机的性能和可靠性。

总之，电控柴油机通过ECU对各个系统进行精准控制，实现
了燃油喷射、空气供给、点火等过程的优化，提高了柴油机的燃油经济性、动力输出和环境友好性。

柴油机电控技术发展三个阶段的技术简介柴油机电控技术的发展柴油机电控技术是在解决能源危机和排放污染两大难题的背景下，在飞速发展的电子控制技术平台上发展起来的。

汽油机电控技术的发展为柴油机电控技术的发展提供了宝贵经验。

柴油机电控技术发展的三个阶段：位置控制、时间控制、时间—压力控制（压力控制）第一代柴油机电控燃油喷射系统（常规压力电控喷油系统）优点：结构不需改动，生产继承性好，便于对现有柴油机进行升级换代。

缺点：系统响应慢、控制频率低、控制自由度小、控制精度不够高，喷油压力无法独立控制。

第二代柴油机电控燃油喷射系统（高压电控喷油系统）改变了传统燃油供给系统的组成和结构，主要以电控共轨（各缸喷油器共用一个高压油管）式喷油系统为特征，直接对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行“时间－压力控制”或“压力控制”。

特点：通过设置传感器、电控单元、高速电磁阀和相关电/液控制执行元件等，组成数字式高频调节系统，有电磁阀的通、断电时刻和通、断电时间控制喷油泵的供油量和供油正时。

但供油压力还无法独立控制。

●柴油机电控燃油喷射系统的优点1.改善低温起动性。

电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作，使柴油机低温起动更容易。

2.降低氮氧化物和烟度的排放。

采用柴油机电控技术，可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内，同时根据发动机工况调节喷油时刻，从而有效地抑制排烟。

3.提高发动机运转稳定性。

4.提高发动机的动力性和经济性。

采用柴油机电控系统，无论负荷怎样增减，都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转，有利于提高其经济性。

5.控制涡轮增压。

柴油机电控系统中，ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时。

从而提高发动机的动力性和经济性。

采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制。

6.适应性广。

只要改变ECU的控制程序和数据，一种喷油泵就能广泛用在各种柴油机上，而且柴油机燃油喷射控制可与变速器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制，有利于缩短柴油机电控系统开发周期，并降低成本，从而扩大柴油机电控系统的应用范围。

电喷柴油机控制原理
电喷柴油机控制原理是通过电子控制单元（ECU）对柴油喷油系统进行精确控制，实现燃油的喷射时间、喷射量以及喷油压力的调节，从而达到优化燃烧和提高发动机性能的目的。

电喷柴油机控制原理分为以下几个关键步骤：
1. 传感器采集：引入多个传感器，如气温传感器、气压传感器、曲轴传感器等，用于检测环境条件和发动机工作状态参数。

2. 数据处理：ECU接收传感器信号，并将其转换成数字信号
进行处理。

通过对各种传感器信号的综合分析和计算，ECU
可以判断当前发动机工况。

3. 控制策略：ECU根据当前发动机工况和预设的控制策略，
计算出需要调节的喷油时间、喷油量和喷油压力等参数。

4. 喷油控制：根据计算结果，ECU通过驱动喷油器的电磁阀
来控制喷油量和喷油时间。

电磁阀会周期性地开关来控制喷油器的喷油时间，从而实现精确的喷油控制。

5. 反馈调节：ECU通过返回的实际工作参数，如转速、燃油
压力等，与设定值进行比较并进行修正，以保持发动机的稳定运行。

整个控制过程是一个不断循环的闭环控制系统，通过不断的反馈和修正，ECU可以实现对发动机喷油系统的精确控制。

电喷柴油机控制原理的优点是可以实现高精度的喷油控制，提高燃烧效率和发动机性能。

同时，通过电子控制的方式，还可以更好地适应不同工况下的喷油需求，提供更多的动力输出和更少的尾气排放。

浙江省2018年10月自学考试汽车发动机构造与维修试题课程代码：05875一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。

错选、多选或未选均无分。

1.活塞环中的扭曲环之所以会扭曲是因为()A.加工成扭曲B.环断面不对称C.气体压力的作用D.惯性力的作用2.为了减轻磨损，通常对______进行镀铬。

()A.第一道环B.所有气环C.油环D.气环和油环3.进、排气门在排气上止点时()A.进气门开，排气门关B.排气门开，进气门关C.进排气门全关D.进排气门全开4.电控燃油喷射发动机的开环与闭环控制是根据有无______来区分的。

()A.废气再循环B.氧传感器C.爆震传感器D.活性碳罐5.在V.A.G.1552诊断仪中，地址字“01”代表______电子系统。

()A.发动机B.制动C.变速器D.防盗6.柴油机的供油提前角一般随发动机转速的升高而()A.增大B.减小C.不变D.有时增大，有时减小17.机油粗滤器上装有旁通阀，当滤芯堵塞时，旁通阀打开，()A.使机油流回机油泵B.使机油直接进入细滤器C.使机油直接进入主油道D.使机油不经过滤芯，直接流回油底壳8.转子式机油泵工作时，()A.外转子转速低于内转子转速B.外转子转速高于内转子转速C.内、外转子转速相同D.内、外转子转速不确定9.水冷却系中，冷却水的大小循环路线由______控制。

()A.风扇B.百叶窗C.节温器D.分水管10.以下可以互换的零部件是()A.各缸活塞连杆组B.轴承盖C.气门D.火花塞二、多项选择题(本大题共5小题，每小题2分，共10分)在每小题列出的五个备选项中至少有两个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。

错选、多选、少选或未选均无分。

11.关于气缸磨损，下面说法正确的是()A.在正常情况下，气缸磨损很均匀B.在活塞环运动区域内呈上大下小的不规则锥形磨损C.磨损的最大部位在气缸的中间D.气缸沿圆周方向的磨损形成不规则的椭圆形E.气缸径向最大磨损部位一般在前后或左右方向12.发动机配气机构凸轮轴磨损会引起()A.气门开度增大B.充气系数降低C.配气相位变化D.发动机噪声增大E.发动机动力下降13.电控燃油喷射系统中，电控单元（ECU）由以下哪些部分组成()2A.输入通路B.A/D转换器C.CPUD.微型计算机E.输出通路14.柴油机电控共轨燃油系统的优点是可以自由调节()A.喷油压力(共轨压力)B.喷油量C.喷油率形状D.喷油时间E.单缸喷油压力15.以下发动机零件中属于压力润滑的有()A.凸轮轴轴颈及其轴承之间B.曲轴各轴颈及其轴承之间C.气缸壁D.凸轮表面和挺杆E.摇臂轴与摇臂之间三、判断题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）判断下列各题，正确的在题后括号内打“√”，错的打“×”。

柴油机高压共轨电控喷射系统一、柴油机基本知识柴油发动机与汽油发动机具有基本相同的结构，都有气缸体、气缸盖、活塞、气门、曲柄、曲轴、凸轮轴、飞轮等。

但前者用压燃柴油作功，后者用点燃汽油作功，一个"压燃"一个"点燃"，就是两者的根本区别点。

汽油机的燃料是在进气行程中与空气混合后进入气缸，然后被火花塞点燃作功；柴油机的燃料则是在压缩行程接近终了时直接喷注入气缸，在压缩空气中被压燃作功。

这个区别造成了柴油机在燃料供给系统的结构有其自己的特点。

柴油机的燃料喷射系统是由喷油泵、喷油器、高压油管及一些附属辅助件组成。

柴油机燃料输送的简单过程是：输油泵将柴油送到滤清器，过滤后进入喷油泵（为了保证充足的燃料并保持一定的压力，要求输油泵的供油量比喷油泵的需要量要大得多，多余的柴油就经低压管回到油箱，其它部分柴油被喷油泵压缩至高压）经过高压油管进入喷油器直接喷入气缸燃烧室中压燃。

（示意图是柴油机燃料供给系统，4是高压输油管、1、2、3是低压输油管、5、6、7、8是回油管）。

二、高压共轨电控柴油喷射系统现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平，而且相比汽油机更环保。

目前国外轻型汽车用柴油机日益普遍，奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。

在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比，柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出的大小，而柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置（油门拉杆位置）来决定的。

因此，基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定最佳喷油量的。

电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。