2.4.1　電控油泵和噴油器的驅動函數

對于控制柴油機而言,最為重要的驅動函數是針對燃油系統供油的驅動功能。這主要有:針對電控共軌系統,驅動噴油器高速電磁閥動作實現噴油;針對電控單體泵系統,驅動油泵內高速電磁閥實現供油;針對電控分配泵,驅動油泵內滑套實現對油量的調節。

注意:前兩種控制將同時調節供油的始點和供油量,而后一種則只能調節供油量。另外,電控分配泵是一種“電調”泵,它繼承了原機械系統的油量調節基本結構,要依靠滑套的運動來調節油量,因此其調節速度較慢,要經歷幾個循環才能調節到位。而對于前兩種系統,供油量和供油相位都能實現立刻調整,即調節指令執行后的下一次供油就會按指令的要求調節到位。這方面的差異會使采用不同油泵組裝的柴油機有不同的控制特性。

(1)電控單體泵系統高速電磁閥的驅動

供油驅動函數為:void Oil_Supply?();其中?表示對應各缸的函數,如第1缸為1、第2缸為2等。另外定義的變量有以下含義:

A_Dtq1=dtq1?dtq0;自齒中斷時刻到供油低位開關打開

A_Dtq2=dtq2?dtq1;自低位開關打開到高位開關打開

A_Dtq3=dtq3?dtq2;自高位開關打開到高位開關關閉

A_Dtq4=dtq4?dtq3;自高位開關關閉到低位開關關閉

以上A_Dtq?都必須大于零。

A_Dtq2和A_Dtq3是全局變量,A_Dtq2確定了高位開關打開的時機,因而會影響驅動上升的形狀;而A_Dtq3確定了高位開關開啟的持續時間,會對驅動波形開始階段的形狀造成影響。對于不同的驅動設備,A_Dtq2和A_Dtq3會對輸出的驅動波形產生影響。但一般都在ECU與電磁閥做驅動配合的初期階段將這兩個值確定下來,而在實際工作過程中一般不需要再對這兩個值做調整。當然,如果有必要,根據工作狀態需要調整這兩個值也是可以實現的。

在A_Dtq2和A_Dtq3已確定的前提下,A_Dtq1和A_Dtq4的值就明確了供油脈沖開始和結束的時刻。執行Oil_Supply?()之前,需要先計算出A_Dtq1和A_Dtq4的值。

需要重點說明的是 Oil_Supply?()函數是基礎軟件中重要的功能函數,它們是與底層的比較輸出功能(OC)配合使用的。Oil_Supply?()函數只是起到了底層的比較輸出功能(OC?),供油過程需要OC?的中斷服務函數來最終控制實現。Oil_Supply?()函數雖然使用了A_Dtq?變量,但這些變量只是在執行時傳遞給了OC?的中斷服務函數。當Oil_Supply?()函數執行完畢后,對應的OC?中斷服務函數就接管了后續的供油控制。此后A_Dtq?變量值的改變不會影響到原 Oil_Supply?()的執行效果,盡管此時實際供油過程可能并未結束,甚至尚未開始。

至于相關驅動函數的具體模式和要求,這里不做敘述。有興趣可以參考本書參考文獻[1]。

(2)電控共軌系統噴油器的驅動

驅動電控共軌系統噴油器的方式與驅動電控單體泵的方式沒有原則上的不同,具體區別可能在于:

① 最大驅動電壓大小不同;

② 驅動脈沖前部形狀不同;

③ 維持電壓電平值不同。

以上差別,有時需要通過對硬件和基礎數據調整來做出適配,但對實現控制過程邏輯沒有實質性影響。因此當我們只需要一次供油噴射時,完全可以用前面用于控制單體泵系統供油的程序來控制共軌系統的供油。

但是,共軌系統具有相對于單體泵系統更為優異的工作性能,最反映其特殊效果的功能就是多次噴射。因此,在其控制功能上也要具備這種能力。所謂多次噴射是在柴油機一個工作循環內的供油過程中實現多于一次噴射的供油方式。目前只有共軌系統有能力實現這種多次噴射功能。

圖2?17是關于共軌系統多次噴射功能的示意圖。圖2?18(a)是多次噴射的供油脈沖,反映相對于時間,噴油器驅動電流的大小;圖2?18(b)是多次噴射的供油率隨轉角的變化規律。對于這種通過多次噴射的方式來改進燃燒效果的做法,近年來已經進入了實際產品階段。

多次噴射的意義主要表現在兩個方面:對于預噴射,主要是為了改進供油前期的供油規律,使其更加理想化。目的在于使早期供油量較少,滯燃期內生成的可燃混合氣也會較少,這樣會避免急燃期內燃燒速度過快引發壓力快速上升,使柴油機工作過程變得柔和;對于少量的后噴射,會造成過高溫度下產生的不完全燃燒產物(NOx等)在較低溫度下充分實現互相的氧化還原作用,轉化為完全燃燒產物(N₂、CO₂、H₂O等),這將降低柴油機的有害排放。有關多次噴射的研究工作目前正在不斷深入,其意義也越來越多地被認識到。但多次噴射本身會使噴油器工作頻率增加,機械負荷增大,從而對使用壽命造成一定負面影響。對于多次噴射的調試與標定工作也更為復雜。

在設定的控制系統底層資源中,能夠實現5次噴射的控制功能。對應的供油控制函數為 Oil_Mul_Supply1()~ Oil_Mul_Supply4()。具體說明形式為:

void Oil_Mul_Supply?()

這一函數會涉及以下的全局控制變量:

A_OS1——第一次噴射持續時間;

　　A_OS12——第一次噴射與第二次噴射間隔;

　　A_OS2——第二次噴射持續時間;

　　A_OS23——第二次噴射與第三次噴射間隔;

　　A_OS3——第三次噴射持續時間;

　　A_OS34——第三次噴射與第四次噴射間隔;

　　A_OS4——第四次噴射持續時間;

　　A_OS45——第四次噴射與第五次噴射間隔;

　　A_OS5——第五次噴射持續時間。

以上全局變量取值都應大于等于0,當有任一值等于0時,后面的參數都作為0處理。原來的控制變量ADtq?依然有效,但含義有所變化:

A_Dtq1——自齒中斷時刻到第一次供油低位開關打開;

A_Dtq2——自低位開關打開到高位開關打開;

A_Dtq3——自高位開關打開到高位開關關閉;

A_Dtq4——自高位開關關閉到本次噴射低位開關關閉。

業內有很多評價認為,多次噴射的功能在改進柴油機工作性能和排放性能方面有較深層次上的意義。但目前在國內多次噴射的實際應用機型還不多。

(3)驅動電控分配泵的油量控制滑套

前面提到過,電控分配泵的供油調節是針對油量調節滑套的控制來實現的。這一滑套受到旋轉電磁鐵(近來也有的國內公司采用直線電磁鐵)的驅動沿軸線做移動,從而改變油量。而電磁鐵對油量調節滑套的作用強度與其線圈上所加的有效電壓有關:有效電壓越高則對滑套的移動作用越強。對于ECU輸出的驅動有效電壓是靠通過脈寬驅動(PWM)的方式來調整的。盡管一般的ECU系統都配備若干個PWM驅動口,但針對分配泵油量調節滑閥的驅動口一般是專門設置的,這是由于對這一驅動有較高的精度要求和驅動強度。

實際實現對電控分配泵油量調節滑套的調整在資源利用上也有較簡單的形式。通過調節輸出驅動的PWM控制信號的占空比,它會使對應輸出口的有效電壓輸出達到一個確定的強度。但是,無論是對于旋轉電磁鐵還是直線電磁鐵(它們都屬于比例電磁鐵),驅動強度與目標位置都不是嚴格對應的。因此在實際使用時都需要采用位置傳感器反饋控制的方式,通過PID的方式實現對目標位置的較精確定位。因此,在控制層必須制作控制函數:

void sliPosiPID（）；　//這一函數通過PID 工作方式給出當前滑套位置控制量

　　調用這一函數后將實現對分配泵油量調節滑套的調節。不過這種調節不是一次性的,而是按照PID控制方式,持續地、以一定的頻率調用以上函數才能實現PID的控制效果。