開題報告

電氣工程及自動化

船舶柴油機噴油泵電控系統設計

一、綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義

1、國內外研究動態：

國外對柴油機電控噴油系統的研究始于20世紀70年代。1967年，德國Bosch公司開始批量生產用進氣管絕對壓力控制空燃比的DJetronic模擬式電子控制汽油噴射系統，裝備在大眾汽車公司生產的Vw-21600型轎車上，開創了汽油噴射系統電子控制新時代。在短短的20年內，汽油機電控技術已相當成熟。柴油機電子控制的研究比汽油機晚20年的時間，但是汽油機電控技術促進了柴油機電控技術的發展，從上世紀80年代開始，柴油機的電控技術得到了迅速發展。目前己有多種形式的電控柴油噴射系統裝車使用，較成熟的電控燃油噴射產品在國外車用柴油機中得到了廣泛應用。僅1993年統計，德國Bosch公司的電控分配泵和電控直列泵在市場上已超25萬臺，美國底特律柴油機公司DDEC電控泵噴嘴系統已有10萬多臺投放市場，日本的zexel公司可變預行程的TICS直列泵已達2萬多臺，其中絕大部分是電控的。

柴油機電控噴射系統發展至今已先后推出了三代產品，即位置控制式、時間控制式和壓力一時間式。

第一代位置控制式電控噴油系統在不改變改變傳統噴油系統結構的基礎上，用電控調速器來代替原有的機械式調速器，對齒條或滑套位置予以控制，從而對油量進行調節，并通過電控液壓提前器代替傳統的機械或液壓式提前器來實現噴油正時的控制，提高控制精度和響應速度，是電控柴油機開發的早期產品。位置式電控系統無須對柴油機的結構進行改動，生產繼承性好，便于對現有機型進行技術改造，在分配泵和直列泵上都可以實現。其缺點是因為采用模擬量進行控制，頻率響應慢，控制自由度小，精度差，而且噴油率和噴油壓力難于控制，也不能改變傳統噴油系統所固有的噴射特性。典型的位置式電控噴油系統有日本電裝公司的ECD-V1電控分配泵，德國Bosch公司的RP39和RP43型電控直列噴油泵及VP37電控分配泵，日本小松公司的KP21型電控直列噴油泵，英國Lucas公司的EPIc型電控分配泵以及美國stanadyne公司的PcF型電控分配泵等。

第二代時間控制式電控噴油系統取消了傳統的噴油機構，采用高速強力電磁閥直接控制高壓燃油的通斷，高速電磁閥的開啟和關閉時間決定噴油量的大小和噴油時刻。時間控制式電控系統采用數字量控制，具有一定的噴油率控制能力。但由于仍沿用脈沖高壓供油原理，噴油壓力難以控制。同時要求高速電磁閥有良好的響應和可靠性，制造難度大。在傳統的機械分配泵、單體泵、泵-噴嘴等基礎上都可以實現時間式控制系統。典型的時間控制式電控噴油系統有:德國Bosch公司的PDE27用DE28系統，英國Lucas公司的EUI系統和美國底特律阿列森公司的DDEC系統等。

第三代電控噴油系統是時間一壓力式控制系統，它改變了傳統噴油系統的結構，不再采用柱塞泵脈動供油原理，而是利用高壓共軌或共軌蓄壓和液力增壓形式獲得高壓，通過連續調節共軌壓力來控制噴射壓力，利用電磁閥控制噴射過程，噴油量的大小由噴油時間和共軌壓力共同決定。由于共軌式噴油系統噴射壓力不受柴油機轉速和噴油量的影響，而且噴油量、噴油壓力、噴油速率都可以由ECU靈活控制，從而將高壓噴射與電控制完美的結合起來，實現了噴油系統的全電子控制，目前已成為柴油機電控噴油系統研究領域的重要課題與發展趨勢。較為典型的共軌式電控噴油系統有:美國BKM公司sERv0JET蓄壓式電控高壓噴射系統，美國Caterpillar公司的電控液壓泵一噴嘴系統，日本小松公司的KOMPICS液壓式共軌系統，日本電裝公司ECD一UZ高壓共軌式電控噴射系統，意大利Flat集團UNllET噴油系統，德國Bosch公司CR共軌式電控噴油系統，英國Lucas公司的LDCR電控高壓共軌噴油系統。柴油機的性能優異，應用范圍較廣，并且相對汽油機來說有獨到的先天優勢，因此，大力發展柴油機已是大勢所趨。

2、選題的依據及意義：

國內的發動機行業形勢也要求盡快發展柴油機電控方面的研究。然而，由于電控柴油噴射系統執行機構比較復雜，各種系統又各有利弊，我們既要研究開發具有發展前途的電控共軌系統，也要考慮我國國情和排放法規落后于國外發達國家水平的現狀，迅速開發研制形成自己的電控柴油機產品。第二代電控噴油系統雖然大大優于第一代，但其關鍵技術一高速電磁閥的制造難度大，尤其在我國汽車工業水平和電子技術相對落后的情況下，不可盲目追求第二代控制系統，而應該從實際出發，走國產研發之路，腳踏實地的進行電控燃油噴射系統的研究，這樣才有助于開發自己的產品，逐步形成自己的品牌優勢，在未來的國際市場競爭中有自己的一席之地。因此，選擇對分配式噴油泵進行了電控系統的開發符合當前的需要。

二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：

研究任務：

1、以VP37電控分配泵為研究對象，熟悉分配泵供油系統的工作原理；

2、對電控系統進行較全面的設計，完成硬件電路和軟件設計，并對硬件、軟件提出相應的抗干擾措施；

3、采用以CAN總線為平臺的分配泵電控系統，實現下位機與PC機之間的通訊，以實現對柴油機電控系統參數的監測。

擬解決的主要問題：

1、熟悉分配泵的工作原理。完成硬件軟件電路設計。

2、進一步熟悉電控系統提出抗干擾措施。

3、實現下位機與PC機之間的通訊。

三、研究步驟、方法及措施：

1、參考一些關于分配泵的書，研究硬件軟件電路的設計方案，選擇一種較好的方案來設計。

2、參考1中設計的電路，并查閱相關材料提出抗干擾措施。

3、參考相CAN總線為平臺的相關電控系統知識，實現下位機與PC機之間的通訊。

4、各個功能模塊完成設計達到要求后進行最后的監測設計。

四：參考文獻

[1]

李國岫,張幽彤,王尚勇,李鐵栓,程昌圻.高速柴油機電控系統中電磁式執行器的研究[J]北京理工大學學報,1997,(05)

[2]

李慧,張德江,林君,林志琦.BOSCH傳感器特性研究及信號調理電路的設計[J]傳感技術學報,2004,(01)

[3]

王桂華,譚丕強,陸辰,李國祥,陸家祥.車用柴油機電控燃油噴射系統分析[J]車用發動機,1998,(03)

[4]

杜仲,歐陽明高,王延嶺.車用柴油機管理系統電控單元的開發研究[J]車用發動機,1998,(06)

[5]

黃強,劉永長.車用柴油機電控燃油噴射系統的現狀與發展[J]柴油機設計與制造,2001,(02)

[6]

汪衛東.國外三大汽車排放法規體系[J]柴油機設計與制造,2003,(04)

[7]

楊忠敏.車用動力柴油化的技術研究與開發方向[J]柴油機設計與制造,2004,(01)

[8]

繆勇,倪計民,周奇.柴油機轎車在中國的開發和應用[J]柴油機,2003,(04)

[9]

溫任林,華旸.應用電控VE分配泵降低汽車柴油機排放的研究[J]柴油機,2003,(04)

[10]

王敬亭,廖力清,凌玉華.AD698型LVDT信號調理電路的原理與應用[J]國外電子元器件,2005,(09)

[11]

溫任林,顧志華,邱曉寒.電控燃油系統位置檢測和驅動裝置的研究[J]工業儀表與自動化裝置,[12]

葛林,周文華,徐航.一種新型車用角位移傳感器的研究與應用[J]機電工程,2000,(05)

[13]

宋哲英,宋雪玲,劉朝英.應用MATLAB設計模糊控制系統[J]計算機應用研究,2001,(02)

[14]

肖海榮,周風余.基于SJA1000的CAN總線系統智能節點設計[J]計算機自動測量與控制,2001,(02)

[15]

顏純林.柴油機電子調速系統仿真設計[J]農機化研究,2006,(09)

[16]

趙光宙,高軍,楊志家.柴油機模型參考自適應調速系統的研究[J]內燃機工程,1995,(04)

[17]

葛林,周文華,徐航.電控VE泵改善輕型車用柴油機性能的試驗研究[J]內燃機工程,2001,(03)

[18]

周文華.柴油機高壓共軌燃油噴射——電控系統開發研究[J]內燃機工程,2001,(03)

[19]

夏迎春,陳慧巖.柴油機位置式電控系統的開發研究[J]內燃機工程,2002,(01)

[20]

李元春,高巍,于在河,李駿.車用磁電式執行器的自適應模糊控制研究[J]內燃機學報,2000,(02)