[发明专利]一种适用于柴油机电控高压共轨喷射系统的电子控制单元

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电子控制单元，尤其涉及适用于一种电控高压共轨喷射技术的柴油机的动力控制，属于汽车电子控制技术领域。

背景技术：

电子控制管理技术是影响柴油机综合性能的重要部分，广泛应用电子控制燃料喷射系统是一个必然趋势。随着排放法规越来越严格，能源越来越紧张，人们生活质量的不断提高，对汽车的动力性、经济性、排放性、安全性、舒适性等方面的要求越来越高。

柴油机电控喷油系统产生于20世纪70年代，到现在已发展了三代。第一代电控喷油系统是位置控制式系统，即在不改变传统喷油系统结构的基础上，将机械式调速器和提前器换成电子执行器，电控系统只需要控制一个比例调齿杆，控制功能简单，控制精度低。第二代电控喷油系统是时间控制式系统，取消了传统喷油泵中的喷油机械，用高速电磁阀直接控制高压燃油的通断，喷油量由高速电磁阀的开启或关闭持续时间决定。时间式控制系统采用数字量控制，机械结构简单，喷射压力提高，喷油量控制和喷油正时控制合二为一，控制的自由度更大。但时间控制系统仍采用脉冲高压供油原理，喷油压力无法控制，而且由于在柴油机喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的，柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异，油管内的压力波动有时还会在主喷射之后使高压油管内的压力再次上升，甚至达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象。而二次喷油不可能完全燃烧，增加了烟度和HC的排放量和燃油耗。此外每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定地喷射。尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了共轨喷油系统，即第三代电控喷油系统。

第三代电控喷油系统是时间-压力控制式系统，不再采用柱塞泵脉动供油原理，而在油泵和喷嘴之间增加共轨机械，通过共轨直接或间接形成恒定的高压，并通过电磁-液力控制式喷油器上的高速电磁阀完成喷油控制。喷油量的大小喷油时间和共轨压力共同决定；喷油定时与喷油量的控制相互独立，喷油压力和喷油持续期不受发动机负荷和转速的影响；各缸的喷油压力、喷油量和喷油始点可自由调整，从而实现对喷油正时、喷油量和喷油速率的最优控制；喷射压力很高且喷射可靠，能实现多种喷油规律。这些特点使柴油机在降低排放方面具有明显优势，但是这也使得第三代的电控高压共轨系统是目前柴油机电子控制系统中控制功能最多、分布式结构最为复杂、电磁干扰环境最为强烈一种控制系统。

电控高压共轨系统增加了共轨压力控制阀，来精确控制共轨压力。共轨压力不仅决定了喷油压力的高低，而且是喷油计量的重要参数，其稳定性和过渡响应直接影响发动机起动、怠速、加速等性能。然而，原有的电控单元在硬件上无压力采集处理电路和调理调节阀输出驱动电路，在软件上也无压力匹配、控制策略。

柴油机要满足欧IV，甚至欧V排放法规，需要引入尾气后处理系统，喷射参数和喷射次数以及喷油规律可以灵活控制，根据不同的工作条件、环境因素、排放要求、附件使用情况等来合理组织多次喷射，可达5次甚至更多次数的喷射。要求电控系统在软件上具有多次喷射能力，在硬件驱动上要能够节省能量并实现快速驱动。

在人们对舒适度，安全性等性能要求越来越高，要求电控系统要处理越来越多的信息，控制并协调其它相应的附件及车载ECU工作，柴油机电子控制单元的控制自由度和复杂性不断地加大，多因数协调控制要求不断提高。原柴油机电子控制单元采用油门油量控制方法，即油门基本油量直接为发动机转速和油门踏板位置的函数，虽然这种控制算法仍然具有有效的控制精度和实时性，但此控制算法又诸多不利影响。主要体现在：控制对象完全以发动机为控制整体，忽略了发动机附件设备(空调、发电机等)的功率损耗，以及外部系统的扭矩请求(自动变速箱，ABS等)，当各种需求同时出现时，缺乏统一的扭矩协调，不同需求实现时的相互耦合，导致工作点偏移，控制精确度下降，由于耦合作用的存在，导致不同子系统的匹配数据之间有很强的依赖性，使数据标定的独立性下降，标定难度加大。

综上所述，传统的电子控制单元在硬件电路、驱动、接口及软件控制策略等方面均不能够满足其控制要求，因此，因此急需开发一款高性能的共轨柴油机电子控制单元，对ECU的软硬件进行全新设计。

发明内容：

本发明的目的是根据高压共轨柴油机的控制功能及特点，设计一款适合于柴油机高压共轨喷射系统电子控制的电控单元，填补国内高压喷射柴油机高性能电控单元的空白，为提高柴油机综合性能提供保障。