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高压共轨燃油喷射系统代表着柴油机燃油喷射技术的发展方向,可在提高柴油机性能的同时降低排放。高压共轨系统能灵活控制喷油压力、喷油量以及喷油规律,可实现多次喷射,被誉为20世纪末内燃机行业三大突破之一。研究高压共轨电控系统关键技术对于提高我国汽车产业自主研发能力具有十分重要的意义。
本文在深入研究高压共轨电控系统工作特性基础之上,进行高压共轨ECU(电控单元)硬、软件系统的研究。根据高压共轨系统功能需求,将ECU划分为5个层次:控制策略层、控制软件层、嵌入式前后台实时系统、底层软件层以及ECU硬件层。底层软件为控制软件建立基本工作环境,控制软件通过调用底层软件资源对硬件系统进行操作和实现控制策略,应用以中断为核心的前后台实时系统对应用程序进行管理。在ECU硬件方面,完成MCU(微控制器)模块,时钟电路模块、电源电路模块、复位电路模块、CAN通讯电路模块、信号处理电路模块以及驱动电路模块的设计。将SCR DeNOx(选择性催化还原.脱除氮氧化物)控制作为高压共轨系统控制软件的一个任务模块,实现高压共轨ECU对SCR系统集成式控制。
将高压共轨控制策略分为两大部分进行研究:中断层控制策略与任务层控制策略。在中断层策略中,应用滚动平均法进行曲轴与凸轮轴转速计算;综合曲轴缺齿信号与凸轮轴多齿信号,实现曲轴以及凸轮轴相位识别策略;应用ECT(增强型捕捉定时器)模块输出比较功能,实现喷油驱动与SCR喷射驱动;应用实时中断RTI定时激活周期性执行的任务。在任务层策略中,模拟量采用剔除高、低异常值的滤波方法,开关量采用延迟采样的滤波方法;基于负荷与转速控制模式,进行柴油机运行工况划分,并研究各工况之间转换策略;详细讨论不同工况下喷油参数和SCR尿素喷射参数的更新处理流程;采用基于MAP表的PID闭环控制方式控制共轨压力与怠速喷油量,保证共轨压力快速稳定和怠速喷油量精确控制。
最后通过ECU仿真平台模拟调试与发动机台架试验,对控制单元软、硬件模块具体功能进行试验验证。试验结果表明:电控单元具有较好地信号采集与处理功能,实现了喷油器电磁阀最优电流驱动、SCR尿素喷嘴电磁阀中位电压PWM驱动以及轨压比例电磁阀PWM电压驱动等控制功能。并且进行共轨压力控制试验、怠速转速控制试验以及SCR脱硝控制试验研究。