CN105840332A - 电控共轨式柴油喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃油喷射系统，提供了一种电控共轨式柴油喷射系统，更好的控制电磁阀的运行状态，减少喷油系统的响应时间。电控共轨式柴油喷射系统，包括电子控制装置、驱动电路、执行机构、以及设置在执行机构上面的压力传感器和位移传感器；所述执行机构包括电磁阀，所述压力传感器与所述电子控制装置连接；所述位移传感器与所述电子控制装置连接，所述电子控制装置与所述驱动电路连接，所述驱动电路与所述执行机构连接。本发明适用于共轨式柴油喷射系统。

Description

电控共轨式柴油喷射系统

技术领域

本发明涉及燃油喷射系统，尤其涉及电控共轨式柴油喷射系统。

背景技术

燃油喷射控制是电喷发动机燃油喷射系统中最重要的功能，电控柴油喷射系统由传感器、ECU(电子控制装置)和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。其中应用较多的是“时间－压力控制”式电控共轨式柴油喷射系统，共轨式柴油喷射系统指该系统中有一条公共油道，即共轨。用电磁阀对共轨油压进行压力调节并由压力传感器进行反馈控制，并使其根据柴油机的工况要求稳定在目标值。有一定压力的柴油经共轨分别通向各缸喷油器，带有电液控制件的喷油器可按要求的喷油正时从共轨中调出具有符合工况要求压力和循环供油量的燃油喷入气缸。喷油量取决于共轨油压和喷油器电磁阀开启时间的长短，喷油正时则取决于喷油器电磁阀的开启时刻，在共轨式柴油喷射系统中，喷油器是至关重要的部件，它要把具有符合要求压力和循环供油量的高压柴油按要求的喷油时刻以良好的喷雾质量喷入气缸。

高速发动机中喷油器每次喷射的时间很短(通常为数百微妙)，因此要求喷油器驱动器输出电磁力在极短的时间内升到喷油额定值，以便快速打开针阀，实现所需升程。且为了使柴油机工作柔和，燃烧过程理想，喷油规律最好是初期喷油速率低，中期多而急，而喷油结束时能快速断油，不滴漏。传统燃油喷射系统中，因为电磁阀自感的作用，造成电流上升慢，实际喷油时要滞后一段时间。为了解决此问题，通常采用高压小电流充磁方式，尽量减少喷油器线圈的匝数，以减小自感。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种电控共轨式柴油喷射系统，更好的控制电磁阀的运行状态，减少喷油系统的响应时间。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：电控共轨式柴油喷射系统，包括电子控制装置、驱动电路、执行机构、以及设置在执行机构上面的压力传感器和位移传感器；所述执行机构包括电磁阀，所述压力传感器与所述电子控制装置连接；所述位移传感器与所述电子控制装置连接，所述电子控制装置与所述驱动电路连接，所述驱动电路与所述执行机构连接。

通过位移和压力传感器，将实时检测到的电磁阀所受电磁力和运动位移参数同时输入ECU中，经过ECU计算后，把指令送到驱动电路，从而控制电磁阀的运行状态，使电磁阀的运行达到最佳效果。

进一步的，所述电磁阀为圆锥形磁极的电磁阀。圆锥形磁极的电磁阀使得初期喷油速率相对较小，发动机工作更为柔和。

进一步的，还包括一阶微分电路，所述一阶微分电路的输入端与所述电子控制装置连接，所述一阶微分电路的输出端与所述执行机构连接；所述电子控制装置通过向一阶微分电路输入补偿函数，对执行机构的相位进行补偿。

具体的，所述一阶微分电路为RC并联电路，所述补偿函数为其中λ为电磁阀的磁极在微分环节与惯性环节的转折频率之比，f₀为系统的转折频率，s为电磁阀的位移量。

本发明的有益效果是：本发明采用力和位移双闭环系统，减少了喷油系统的响应时间，比起传统只采用压力的单闭环系统，本发明开始喷射更为迅速、结束喷射更为彻底、工况喷油调整更为灵活，能够使喷油器的喷油压力及针阀升程的变化规律调节能更为方便快捷，保证了燃油喷射的精确性，减少了燃油消耗量和有害废气排放。并且通过电子控制装置向一阶微分电路输入补偿函数，从而对执行机构的相位进行补偿，使执行机构与控制信号跟踪良好，避免了高频状态下执行机构与控制信号的失步情况。

附图说明

图1是实施例的结构示意图；

图2是一阶微分电路图；

图3是系统的相频特性仿真曲线图；

图4是传统磁极的电磁阀和圆锥形磁极的电磁阀在上升阶段进行弹簧伸缩量的动态仿真图；

图5是传统磁极的电磁阀和圆锥形磁极的电磁阀在下降阶段进行弹簧伸缩量的动态仿真图；

图6是传统磁极的电磁阀和圆锥形磁极的电磁阀在上升阶段衔铁行程的动态仿真图；

图7是传统磁极的电磁阀和圆锥形磁极的电磁阀在下降阶段衔铁行程的动态仿真图。

图中编号：1为压力传感器，2为位移传感器，A为传统磁极的电磁阀的动态仿真曲线，B为圆锥形磁极的电磁阀的动态仿真曲线，R为电阻，C为电容，Ui为输入端，Uo为输出端，L1为补偿前的相频特性仿真曲线，L2为补偿后的相频特性仿真曲线。

具体实施方式

在同样条件下，对传统磁极的电磁阀和圆锥形磁极的电磁阀进行弹簧伸缩量和衔铁行程的动态仿真，仿真曲线如图4-7所示。通过分析传统磁极的电磁阀的动态仿真曲线A和圆锥形磁极的电磁阀的动态仿真曲线B可知，传统磁极的电磁阀在极短行程范围的响应要优于圆锥形磁极的电磁阀，由于圆锥形磁极的电磁阀形成的电磁力方向与衔铁运动方向有一个角度，从而降低了吸合接触的电磁力，增大释放电流，缩短释放时间，释放时间是影响电磁阀相应的主要因素；经过实验比较，圆锥形磁极的电磁阀使得初期喷油速率相对较小，发动机工作更为柔和，总体响应要优于传统磁极的电磁阀，因此本实施例选用圆锥形磁极的电磁阀。

如图1所示，实施例包括ECU、数字信号处理器、耦合器件、驱动电路、执行机构、压力传感器1、位置传感器2、一阶微分电路；其中，ECU通过数字信号处理器分别与执行机构上面的压力传感器1和位置传感器2连接，ECU通过数字信号处理器和耦合器件与驱动电路连接；此外，ECU还通过数字信号处理器和一阶微分电路与执行机构连接。

实施例中，驱动电路采用H桥驱动电路，根据H桥驱动电路中不同三极管的导通情况，电流就会从不同方向流过励磁线圈，产生不同方向的磁通，利用控制H桥驱动电路的导通实现对电磁阀励磁线圈磁通的控制，从而有效的控制电磁阀衔铁吸合和释放速度；执行机构选择脉冲型电磁阀，并采用圆锥形永磁磁通磁极实现对线圈磁通的制约和矫正；通过对圆锥形磁极分布的分析可知，当打开油门时电磁通增加，关闭油门时电磁通减小，缩短了响应时间，达到了节约燃油的目的；

ECU用于实现对电磁阀运行工况的实时控制，通过位移和压力传感器，将实时检测到的电磁阀所受电磁力和运动位移参数同时输入ECU，与标准参数值进行比较，经过ECU计算后，把指令送到H桥驱动电路，控制H桥上的三极管导通与截止，从而控制电磁阀的运行状态，使电磁阀的运行达到最佳效果。

系统工作时，如果不对执行机构的相位进行补偿，在低频时，执行机构与驱动电路输出控制信号跟踪良好，但是当执行机构工作在高频状态时，受电感和反电动势的影响，执行机构与控制信号有失步现象。为了防止高频状态下执行机构与控制信号的失步，ECU向一阶微分电路输入一个补偿函数对执行机构的相位进行补偿，以使执行机构与控制信号跟踪良好。

具体的来说，一阶微分电路为RC并联电路，如图2所示，包括并联在一起电阻R和电容C，电路的左端作为输入端Ui与ECU连接，右端作为输出端Uo与执行机构连接。本实施例中，ECU向一阶微分电路输入以下函数

$G\left(s\right)=\frac{{\mathrm{\λf}}_{0}s+1}{f_{0}s+1}$

其中，f₀为系统的转折频率，λ为电磁阀的次级债微分环节与惯性环节的转折频率之比。补偿前系统相频特性仿真曲L1和补偿后的系统相频特性仿真曲线L2如图3所示，经过一阶微分补偿以后的相频特性有效的抑制了电感和反电动势的影响，相频特性仿真曲线变得平滑，从而使执行机构与控制信号不失步。

需要指出的是，上面所述只是用图解说明本发明的一些原理，由于对相同技术领域的普通技术人员来说是很容易在此基础上进行若干修改和改动的。因此，本说明书并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (4)

1.电控共轨式柴油喷射系统，包括电子控制装置、驱动电路、执行机构、以及设置在执行机构上面的压力传感器；所述执行机构包括电磁阀，所述压力传感器与所述电子控制装置连接，所述电子控制装置与所述驱动电路连接，所述驱动电路与所述执行机构连接；其特征在于，还包括位移传感器，所述位移传感器设置在执行机构上面，并与所述电子控制装置连接。

2.如权利要求1所述的电控共轨式柴油喷射系统，其特征在于，所述电磁阀为圆锥形磁极的电磁阀。

3.如权利要求1或2所述的电控共轨式柴油喷射系统，其特征在于，还包括一阶微分电路，所述一阶微分电路的输入端与所述电子控制装置连接，所述一阶微分电路的输出端与所述执行机构连接；所述电子控制装置通过向一阶微分电路输入补偿函数，对执行机构的相位进行补偿。

4.如权利要求3所述的电控共轨式柴油喷射系统，其特征在于，所述一阶微分电路为RC并联电路，所述补偿函数为其中λ为电磁阀的磁极在微分环节与惯性环节的转折频率之比，f₀为系统的转折频率，s为电磁阀的位移量。