2.4.1　电控油泵和喷油器的驱动函数

对于控制柴油机而言,最为重要的驱动函数是针对燃油系统供油的驱动功能。这主要有:针对电控共轨系统,驱动喷油器高速电磁阀动作实现喷油;针对电控单体泵系统,驱动油泵内高速电磁阀实现供油;针对电控分配泵,驱动油泵内滑套实现对油量的调节。

注意:前两种控制将同时调节供油的始点和供油量,而后一种则只能调节供油量。另外,电控分配泵是一种“电调”泵,它继承了原机械系统的油量调节基本结构,要依靠滑套的运动来调节油量,因此其调节速度较慢,要经历几个循环才能调节到位。而对于前两种系统,供油量和供油相位都能实现立刻调整,即调节指令执行后的下一次供油就会按指令的要求调节到位。这方面的差异会使采用不同油泵组装的柴油机有不同的控制特性。

(1)电控单体泵系统高速电磁阀的驱动

供油驱动函数为:void Oil_Supply?();其中?表示对应各缸的函数,如第1缸为1、第2缸为2等。另外定义的变量有以下含义:

A_Dtq1=dtq1⁃dtq0;自齿中断时刻到供油低位开关打开

A_Dtq2=dtq2⁃dtq1;自低位开关打开到高位开关打开

A_Dtq3=dtq3⁃dtq2;自高位开关打开到高位开关关闭

A_Dtq4=dtq4⁃dtq3;自高位开关关闭到低位开关关闭

以上A_Dtq?都必须大于零。

A_Dtq2和A_Dtq3是全局变量,A_Dtq2确定了高位开关打开的时机,因而会影响驱动上升的形状;而A_Dtq3确定了高位开关开启的持续时间,会对驱动波形开始阶段的形状造成影响。对于不同的驱动设备,A_Dtq2和A_Dtq3会对输出的驱动波形产生影响。但一般都在ECU与电磁阀做驱动配合的初期阶段将这两个值确定下来,而在实际工作过程中一般不需要再对这两个值做调整。当然,如果有必要,根据工作状态需要调整这两个值也是可以实现的。

在A_Dtq2和A_Dtq3已确定的前提下,A_Dtq1和A_Dtq4的值就明确了供油脉冲开始和结束的时刻。执行Oil_Supply?()之前,需要先计算出A_Dtq1和A_Dtq4的值。

需要重点说明的是 Oil_Supply?()函数是基础软件中重要的功能函数,它们是与底层的比较输出功能(OC)配合使用的。Oil_Supply?()函数只是起到了底层的比较输出功能(OC?),供油过程需要OC?的中断服务函数来最终控制实现。Oil_Supply?()函数虽然使用了A_Dtq?变量,但这些变量只是在执行时传递给了OC?的中断服务函数。当Oil_Supply?()函数执行完毕后,对应的OC?中断服务函数就接管了后续的供油控制。此后A_Dtq?变量值的改变不会影响到原 Oil_Supply?()的执行效果,尽管此时实际供油过程可能并未结束,甚至尚未开始。

至于相关驱动函数的具体模式和要求,这里不做叙述。有兴趣可以参考本书参考文献[1]。

(2)电控共轨系统喷油器的驱动

驱动电控共轨系统喷油器的方式与驱动电控单体泵的方式没有原则上的不同,具体区别可能在于:

① 最大驱动电压大小不同;

② 驱动脉冲前部形状不同;

③ 维持电压电平值不同。

以上差别,有时需要通过对硬件和基础数据调整来做出适配,但对实现控制过程逻辑没有实质性影响。因此当我们只需要一次供油喷射时,完全可以用前面用于控制单体泵系统供油的程序来控制共轨系统的供油。

但是,共轨系统具有相对于单体泵系统更为优异的工作性能,最反映其特殊效果的功能就是多次喷射。因此,在其控制功能上也要具备这种能力。所谓多次喷射是在柴油机一个工作循环内的供油过程中实现多于一次喷射的供油方式。目前只有共轨系统有能力实现这种多次喷射功能。

图2⁃17是关于共轨系统多次喷射功能的示意图。图2⁃18(a)是多次喷射的供油脉冲,反映相对于时间,喷油器驱动电流的大小;图2⁃18(b)是多次喷射的供油率随转角的变化规律。对于这种通过多次喷射的方式来改进燃烧效果的做法,近年来已经进入了实际产品阶段。

多次喷射的意义主要表现在两个方面:对于预喷射,主要是为了改进供油前期的供油规律,使其更加理想化。目的在于使早期供油量较少,滞燃期内生成的可燃混合气也会较少,这样会避免急燃期内燃烧速度过快引发压力快速上升,使柴油机工作过程变得柔和;对于少量的后喷射,会造成过高温度下产生的不完全燃烧产物(NOx等)在较低温度下充分实现互相的氧化还原作用,转化为完全燃烧产物(N₂、CO₂、H₂O等),这将降低柴油机的有害排放。有关多次喷射的研究工作目前正在不断深入,其意义也越来越多地被认识到。但多次喷射本身会使喷油器工作频率增加,机械负荷增大,从而对使用寿命造成一定负面影响。对于多次喷射的调试与标定工作也更为复杂。

在设定的控制系统底层资源中,能够实现5次喷射的控制功能。对应的供油控制函数为 Oil_Mul_Supply1()~ Oil_Mul_Supply4()。具体说明形式为:

void Oil_Mul_Supply?()

这一函数会涉及以下的全局控制变量:

A_OS1——第一次喷射持续时间;

　　A_OS12——第一次喷射与第二次喷射间隔;

　　A_OS2——第二次喷射持续时间;

　　A_OS23——第二次喷射与第三次喷射间隔;

　　A_OS3——第三次喷射持续时间;

　　A_OS34——第三次喷射与第四次喷射间隔;

　　A_OS4——第四次喷射持续时间;

　　A_OS45——第四次喷射与第五次喷射间隔;

　　A_OS5——第五次喷射持续时间。

以上全局变量取值都应大于等于0,当有任一值等于0时,后面的参数都作为0处理。原来的控制变量ADtq?依然有效,但含义有所变化:

A_Dtq1——自齿中断时刻到第一次供油低位开关打开;

A_Dtq2——自低位开关打开到高位开关打开;

A_Dtq3——自高位开关打开到高位开关关闭;

A_Dtq4——自高位开关关闭到本次喷射低位开关关闭。

业内有很多评价认为,多次喷射的功能在改进柴油机工作性能和排放性能方面有较深层次上的意义。但目前在国内多次喷射的实际应用机型还不多。

(3)驱动电控分配泵的油量控制滑套

前面提到过,电控分配泵的供油调节是针对油量调节滑套的控制来实现的。这一滑套受到旋转电磁铁(近来也有的国内公司采用直线电磁铁)的驱动沿轴线做移动,从而改变油量。而电磁铁对油量调节滑套的作用强度与其线圈上所加的有效电压有关:有效电压越高则对滑套的移动作用越强。对于ECU输出的驱动有效电压是靠通过脉宽驱动(PWM)的方式来调整的。尽管一般的ECU系统都配备若干个PWM驱动口,但针对分配泵油量调节滑阀的驱动口一般是专门设置的,这是由于对这一驱动有较高的精度要求和驱动强度。

实际实现对电控分配泵油量调节滑套的调整在资源利用上也有较简单的形式。通过调节输出驱动的PWM控制信号的占空比,它会使对应输出口的有效电压输出达到一个确定的强度。但是,无论是对于旋转电磁铁还是直线电磁铁(它们都属于比例电磁铁),驱动强度与目标位置都不是严格对应的。因此在实际使用时都需要采用位置传感器反馈控制的方式,通过PID的方式实现对目标位置的较精确定位。因此,在控制层必须制作控制函数:

void sliPosiPID（）；　//这一函数通过PID 工作方式给出当前滑套位置控制量

　　调用这一函数后将实现对分配泵油量调节滑套的调节。不过这种调节不是一次性的,而是按照PID控制方式,持续地、以一定的频率调用以上函数才能实现PID的控制效果。