摘 要

　　柴油机电控技术是在缓解全球能源危机以及环境污染两大困难背景下，利用不断进步的电子控制技术取得进展。使得柴油机不被淘汰而满足日趋严格的排放法规要求，同时保证其经济性和舒适性。

本文在分析了柴油机电控技术的国内外研究情况以及未来发展方向后，运用电控技术的知识原理和相关控制理论，综合分析了电控柴油机控制模块ECM的控制功能。并对ECM硬件部分和软件部分进行了详尽的研究分析，尝试针对柴油机电控模块的硬件部分和软件部分进行了初步设计。此外，本文结合MAP和PID控制原理，制定了关于高压共轨柴油机轨压、喷油定时、喷油量的控制策略。最后，根据控制策略实现的要求，对控制系统MAP进行了研究，制定了关于喷油量，共轨压力，喷油定时的基础MAP，并作了关于MAP标定技术的简要介绍，完成了喷油定时MAP的优化。

　　研究结果表明，针对电控柴油机控制系统ECM的研究，对于实现柴油机进一步的优化控制功能，更具经济性和环保性，具有重要的意义。此论文对高压共轨式柴油机的基础研究，为柴油机控制系统的进一步优化设计提供了参考。本文的特色在于：1.ECM标定软件模块和故障诊断模块的开发；2.喷油量控制的修正和优化喷油率控制，改善柴油机性能；3.对喷油定时MAP图的改进。

关键词：高压共轨柴油机；ECM；硬件；软件；控制策略；MAP

Abstract

Diesel engine electronic control technology is to ease the global energy crisis and environmental pollution in the two difficult context, the use of continuous improvement of electronic control technology to make progress. Making the diesel engine not to be eliminated to meet the increasingly stringent emission regulations, while ensuring its economy and comfort.

In this paper, after analyzing the domestic and international research situation of diesel engine electronic control technology and the future development direction, this paper analyzes the control function of ECM control module of electronic control diesel engine by using the knowledge principle and related control theory of electronic control technology. And the hardware part and software part of ECM are analyzed and analyzed in detail, and the hardware part and software part of diesel engine electronic control module are designed. In addition, this paper combines the MAP and PID control principle, developed on the high pressure common rail diesel engine rail pressure, fuel injection timing, fuel injection control strategy. Finally, according to the requirements of the control strategy, the MAP of the control system is studied, the basic MAP of the injection quantity, common rail pressure and fuel injection timing is established, and a brief introduction to the MAP calibration technology is made. Timing MAP optimization.

The results show that the study of ECM for electronic control diesel engine is of great significance to realize the further optimization and control function of diesel engine, which is more economical and environmentally friendly. This paper provides a reference for the further optimization of diesel engine control system for the basic research of high pressure common rail diesel engine. The characteristics of this paper are as follows: 1. Development of ECM calibration software module and fault diagnosis module; 2. Correction of fuel injection control and optimization of injection rate control to improve the performance of diesel engine; 3. Improvement of injection timing MAP.

Key words: high pressure common rail diesel engine； ECM；hardware；software； control strategy； MAP

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题的提出及其研究意义 1

1.2 国内外的相关研究现状 1

1.3 电控柴油机高压共轨系统的发展趋势 2

1.4 本文研究的主要内容和预期目标 2

1.4.1 主要内容 2

1.4.2 预期目标 2

第2章 高压共轨系统的组成及工作原理 3

2.1 高压共轨电控系统结构组成 3

2.1.1高压油泵 4

2.1.2喷油器 5

2.1.3高压油轨 5

2.2电控单元ECM 6

2.2.1 ECM输入设备 6

2.2.2 ECM输出设备 9

2.3控制理论 10

2.3.1 开环控制 10

2.3.2 闭环控制 11

2.3.3 PID控制 11

2.3.4 自适应模糊PID原理 11

2.3.5 神经网络控制 12

第3章 ECM硬件系统的设计 13

3.1 ECM硬件结构介绍 13

3.2 微控制器的选用 13

3.3 核心板电路 14

3.3.1低压电源 14

3.3.2 时钟和复位电路 15

3.3.3 串口通信电路 15

3.3.4 调试接口 16

3.4 拓展模块部分 16

3.4.1电源模块 16

3.4.2输入处理电路 17

3.4.3 输出驱动电路 19

3.4.4 CAN通信电路 21

第4章 ECM软件系统的设计 22

4.1 ECM软件系统设计流程 22

4.2 ECM软件系统设计原则 22

4.3 主要软件设计 23

4.3.1 软件的初始化 23

4.3.2 数据采集模块 24

4.3.3 喷油时序控制 26

4.3.4 串口通信模块 27

4.3.5 标定软件模块 28

4.3.6故障诊断模块的设计 29

第5章 高压共轨柴油机控制策略的研究 33

5.1 控制策略 33

5.1.1 共轨压力的控制策略 33

5.1.2 喷油定时的控制策略 34

5.1.3 喷油量的控制策略 35

5.2 MAP研究 39

5.2.1 MAP的制取 39

5.2.2 MAP标定 41

5.2.3 MAP优化 42

第6章 总结与展望 45

6.1 研究总结 45

6.2 工作展望 45

致 谢 46

参考文献 47

第1章 绪论

1.1 课题的提出及其研究意义

　 我们知道，柴油机相比汽油机的优点是：功率高、扭矩大；在运行中，能扛重任，高效耐用^[1]。现如今，环境污染问题越来越突出，生产发展和环境保护的矛盾变得尖锐，节能减排是当今时代发展的主题。柴油机电控技术在这样的背景下应运而生，充分利用电控技术的进步提高柴油机性能，作为一种新技术已工程开展中打下了坚实的基础，目前，柴油机电控技术的的发展前景还十分广阔^[2]。

　　当前柴油机的发展主要以实现高功率，节能减排为目标，为了降低油耗和减少排放，就要对柴油机各个系统进行研究和改进^[3]。电控柴油机的燃油喷射技术是柴油机控制优化的关键技术，燃油喷射系统性能的优劣决定了柴油机的经济性和排放指标。因此，研究开发更具优势的电控高压共轨燃油喷射系统，是强化现代柴油机整体性能的重要发展方向^[4][20]。

1.2 国内外的相关研究现状

　　近年来，发展迅速、技术革新的电控高压共轨燃油喷射系统，使得柴油机的环保性和燃油经济性得到很大提高。目前，很多新技术一直被国外所垄断，其技术水平体现了国际水平。在国外，高压共轨技术主要由以下厂家掌控：德国BOSCH公司的CR系统、日本电装公司的ECD-U2系统、美国德尔福（Delphi）公司的MULTEC DCR系统等都是极具代表性的公司及产品，可以说，这些公司代表着国际高压共轨系统的技术水平^[4]-[6]。

　　其中，博世公司用压电石英代替高速电磁阀，最新采用的同轴可变喷嘴及压力扩大器技术，使得喷射压力高达200MPa，针阀运动速度达到1.3 m/s，预喷射油量可控制在1mm³之内；另外，日本电装公司的ECD-U2系统喷油泵采用三“桃尖”凸轮结构，起动时的共轨管中油压迅速上升，油泵供油工作三个行程后，共轨压力就达到开启压力，发动机0.6s内达到怠速要求，ECD-U2在任何转速和任何工况下均可实现高压喷射^[7]-[8]。