摘 要

为了降低能源消耗和废气排放，机械泵式传统柴油机已经不能满足当今世界的需求，高压共轨电控柴油机具有排放低、经济性好等优点，已经逐渐取代机械泵式传统柴油机。高压共轨电控系统通过对曲轴传感器信号与凸轮轴传感器信号的处理来判断柴油机位置，进而建立正确的控制时序。曲轴信号和凸轮轴信号的正时同步是电控系统正常工作的基础，对各缸曲轴转角的判断，是保证电控系统正常工作的必要条件，其决定整个电控系统的运行效率和工作状态。

本文以六缸四冲程高压共轨电控柴油机为对象，研究高压共轨柴油机电控系统正时同步的控制策略，使用Simulink工具建立了对应的正时控制模型，模拟了柴油机在稳定运行状态下的曲轴和凸轮轴信号，检验了正时控制模型的准确性。本文的主要研究内容如下：

（1）选择合适的曲轴、凸轮轴信号盘，利用Simulink软件仿真曲轴和凸轮轴旋转时传感器获得的转速信号，为后续的正时同步控制方法研究提供信号输入条件。

（2）基于仿真的曲轴传感器与凸轮轴传感器信号，开展转速信号动态合理性检测方法的研究，设计相应的控制算法。

（3）分析曲轴传感器与凸轮轴传感器信号的特征，开展电控系统正时同步控制策略研究，设计正常判缸模式、曲轴判缸模式和凸轮轴判缸模式下的正时同步处理算法，利用Simulink软件开发相应的控制模型。

（4）基于稳定转速下的转速仿真信号，对开发的正时同步控制策略进行功能性和正确性验证。

关键词：高压共轨系统；正时同步策略；判缸模式

Abstract

In order to reduce the energy consumption and emissions, the traditional mechanical pump diesel engine has been unable to meet the needs of today's world, the high pressure Common Rail Diesel has low emissions and good economy, it has gradually replaced the traditional mechanical pump diesel.The high pressure common rail system process the crankshaft sensor signal and camshaft sensor signal to determine the position of the diesel engine, and then establish the correct control timing.The timing synchronization of the crankshaft signal and the camshaft signal is the basis of the normal operation of the electronic control system, the judgment of the crankshaft angle of each cylinder is the necessary condition to ensure the normal operation of the electric control system, it determines the operating efficiency and working state of the whole electric control system.

In this paper, six-cylinder four-stroke High Pressure Common Rail Diesel as an object, the control strategy of timing synchronization of the high pressure common rail diesel engine electronic control system is researched, a corresponding timing control model is created by Simulink tool, the crankshaft and camshaft signal under the condition of stable running of diesel engine are simulated, the accuracy of the timing control model is tested.The main research contents of this paper are as follows:

（1）Select the appropriate crankshaft, camshaft signal plate, use Simulink software simulate the speed signal when the crankshaft and camshaft rotation sensor obtained, provide input signal condition for the subsequent timing synchronous control method.

（2）Based on simulated crankshaft sensor and camshaft sensor signal, conducted the research of dynamic rationality detection method for speed signal.

（3）Analysis the characteristics of the crankshaft sensor and camshaft sensor signal, research the timing synchronization control strategy for electronic control system, design timing synchronous processing algorithms of normal sub-cylinder mode, crankshaft sub-cylinder mode and camshaft sub-cylinder mode, develop the corresponding control model using Simulink software.

（4）Based on simulated speed signal under stable speed, verify the functional and correctness of the developed timing synchronization control strategies.

Key Words：High pressure common rail system；timing synchronous method；sub-cylinder mode

目录

第1章 绪论 1

1.1 选题的背景及意义 1

1.2 国内外正时同步控制策略的研究现状 1

1.3 本文研究内容 2

第2章 位置传感器、信号盘及仿真软件 4

2.1 曲轴位置传感器 4

2.2 凸轮轴位置传感器 4

2.3 曲轴与凸轮轴信号盘选型 5

2.4 Simulink仿真软件 6

第3章 信号动态合理性检测 8

3.1 曲轴方波信号合理性检测原理 8

3.1.1 普通齿处和缺齿处的合理性检测 8

3.1.2 缺齿后第一齿处合理性检测 9

3.2 曲轴信号合理性检测 9

3.3 凸轮轴信号合理性检测 12

第4章 正时同步控制策略 15

4.1 柴油机相位确定 15

4.1.1 曲轴信号齿间间隔时间计算 15

4.1.2 曲轴缺齿位置判断 16

4.1.3 曲轴信号齿齿数计数器 16

4.1.4 凸轮轴多齿1位置判断 17

4.1.5 凸轮轴信号齿数计数器 17

4.1.6 柴油机当前转速计算 18

4.2 喷射控制时序 19

4.3 正常判缸模式控制策略 20

4.4 曲轴判缸模式控制策略 23

4.5 凸轮轴判缸模式控制策略 24

第5章 总结与展望 26

5.1 总结 26

5.2 展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 选题的背景及意义

高压共轨电控系统是柴油机先进技术研究的一个重要领域，能使船用柴油机满足日益严格的排放法规、提高工作性能。高压共轨电控系统具有良好的喷射特性、能够实现高压喷射、精确控制喷油定时与喷油量。其中，高压共轨电控系统的正时同步是电控系统正常工作的基础，决定整个系统的运行效率和工作状态。一旦高压共轨电控系统无法完成正时同步，柴油机的ECU（Electric Control Uint）将无法确定当前柴油机各缸的工作相位，不能按照制定的控制策略实现燃油喷射、排气阀启闭及其他执行机构的柔性控制，这对柴油机排放和性能有重要影响，开展电控系统正时同步控制策略的研究工作具有一定的研究意义和工程应用价值。

1.2 国内外正时同步控制策略的研究现状

高压共轨柴油机电控系统正时同步控制是指高压共轨电控柴油机的ECU对曲轴位置传感器和凸轮轴相位传感器信号进行分析处理^[1]，根据知情的控制策略来判断当前柴油机工作缸号及曲轴位置，建立正确的工作时序。利用正时同步控制策略确定当前工作缸号的过程也被称为电控系统的判缸过程。

用于正时同步控制的方法主要有光电传感器法、位置传感器法、倒拖法以及热力学方法等。其中位置传感器法是目前最常用的方法，其具有精度高且简单易行等特点。传统以位置传感器来进行正时同步控制的策略是利用凸轮轴传感器信号中一个与一缸发火上止点唯一对应的信号来确定高压共轨电控柴油机相位，但是这种方法不仅相位误差大、耗费时间长，而且当传感器出现故障或信号出现错误、失真时很难判缸成功。