准。此外，清华大学、北京理工大学、中国北 方发动机研究所等单位都在电控单体泵燃油喷射系 统结构设计、性能研究、控制系统开发和仿真计 算分析等方面开展了颇有成效的工作。
２电控单体泵燃油喷射系统工作原理
本文采用Ｐｒｏ／Ｅ软件对电控单体泵燃油喷射系 统进行实体建模，如图ｌ所示。系统主要由电磁 阀总成、泵体、柱塞等组成，其纵向剖视如图 ２所示。
转速升高后回油的时间延长，回油量增加，因而
循环供油量减少。
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供油角，＊ＣＡ 图５单体泵系统的基本供油特性图
同时进行燃油温度对油泵特性的影响试验，在 １４００ｒ／ｍｉｎ时，设定控制系统的供油角度为２４℃Ａ，
ｍ泵台１＿Ｔ型槽２．润滑油口３．电磁阀４－线柬５．进油口６－喷油 器■消雾器８．泵体９＿信号盘１０－法兰１１．传感器 图４单体泵特性测试台架示意图
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第十四届全国大功率柴油机学术年会论文集
距ｔ，满量程ＲＡＴＩＯ值为０ｘ８０（十六进制数）。所以， 实际的控制精度可以达到ｔ／０ｘ８０的水平，例如齿间 距为６℃Ａ，则最小分辨率为０．１℃Ａ，这对于时间 式的燃油喷射系统是完全够用的。
４电控单体泵燃油喷射系统特性试验
电控单体泵燃油喷射系统特性试验在传统的直 列泵体基础上，自行开发了单体泵安装适配箱体如 图４所示，箱体由油泵安装孔、燃油路、润滑油 路、信号和控制器、消雾燃油收集系统等组成，箱 体下方有对中导向装置。
Ｉ ｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ｘｕ Ｃｈｕｎｌｏｎｇ。ＷＡＮＧ Ｊｉａｘｉｏｎｇ，ＸＵ Ｔｉｎｇｊｉｅ （Ｃｈｉｎａ Ｎｏｒｔｈ Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｘｉ Ｄａｔｏｎｇ ０３７０３６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ Ｐｒｏ／Ｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｕｎｉｔ ｐｕｍｐ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆｔｈｅ ｐｕｍｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆｈｉｇｈ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｔｔｉｎｇ－ｕｐ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ｂａｓｅｄ ｏｒｌ ｔｈｅ ｃｒａｎｋ ａｎｇｌｅ ｄｏｍａｉｎ ｔｈｅｏｒｙ ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｎｄ ｔｉｍｉｎｇ ｃａｎ ｂｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ ｗｉｔｈｉｎ １＂ＣＡ．Ａｔ ｔｈｅ ８８１＂Ｄ．ｅ ｔｉｍｅ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｕｎｉｔ ｐｕｍｐ ｆｕｅｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｙｃｌｅ ｆｕｅｌ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｆｕｅｌ ｆｅｅｄ ａｎｇｌｅ ｉｓ ｌｉｎｅａｒ．Ｔｗｏ ｐｕｍｐｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｓｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅｉｒ ｐｕｍｐ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｃａｎｎｏｔ ｂｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｕｎｉｔ ｐｕｍｐ；ｐｕｍｐ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ
图ｌ单体泵的实体模型图
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徐春龙，壬家雄，徐廷杰：电控单体泵燃油喷射系统工作原理及特性研究
量和喷射正时，系统的输入信号为油泵判断信号与 曲轴分度信号，设计的主旨是保证喷油量和喷油正 时精确控制，并且工作可靠。使用凸轮轴信号作为 油泵判断信号，通常对于ｎ缸，有ｎ＋１个信号相对 应，在曲轴上安装具有一定齿数的信号盘用于喷油 正时的控制。使用的ＭＣＵ资源是可配置定时器 （ＣＴＭ）和定时处理单元（ＴＰＵ）。这种控制方法的原理 如图３所示。
提前角为６℃Ａ，通过电阻丝加热水浴控制燃油的温 度。试验结果如图６所示，随着燃油温度的升高， 单体泵循环供油量有下降的趋势。如果以油温为３５ ℃供油量为基准，则当燃油温度升高到６２℃时，循 环供油量可减少近１５％。这主要是因为单体泵中存 在柱塞和电磁阀拉杆两副偶件，燃油流经时必然存 在一定的泄漏，随着燃油温度的升高，燃油的黏度 降低，这种趋势将更加明显。当单体泵转速一定， 柱塞的有效行程不变时，柱塞腔内的压缩容积一 定，泄漏的增加就会引起循环供油量的减少。
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第十四届全国大功率柴油机学术年会论文集
电控单体泵燃油喷射系统工作原理及特性研究
徐春龙，王家雄，徐廷杰
（中国北方发动机研究所，山西大同０３７０３６）
摘要：通过建立电控单体泵燃油喷射系统的Ｐｒｏ／Ｅ模型，对电控单体泵燃油喷射系统的工作原理和高压燃油的产生过程进
行分析，并设计了基于曲轴转角域的控制系统，使喷油量和喷射正时的控制精度达到１。ＣＡ，同时开展电控单体泵燃油喷射
图２单体泵的纵剖视图
发动机工作时，曲轴通过齿轮驱动凸轮轴运转， 凸轮推动挺柱体总成克服柱塞弹簧向上的弹簧力而向 上运动，柱塞下移时，喷射系统内部压力低于低压 油路的泵油压力，此时低压系统燃油将通过泵体上方 的进油口和横斜油道进入高压喷射系统；柱塞上升 时，柱塞腔内的燃油被压缩，柱塞腔压力上升，只 要电磁阀处于断电状态，此时柱塞腔中压力与进油压 力大致相同。受压燃油就会经拉杆左侧的控制阀旁通 口高速泄流，回到低压油路系统中；在柱塞供油行 程中，当电控系统根据所采集到的各传感器信号， 在某一个特定的时刻发出喷油控制脉冲，通过驱动电 路给电磁阀供电，回油通道被关闭，柱塞腔形成一 封闭容积。随着柱塞上升，封闭容积中的燃油被压 缩，压力迅速上升，嘴端压力随之急剧上升，当此 压力高于高压油管内的残压和喷嘴开启压力之和时， 针阀开启，柱塞继续上升，油压也继续升高，燃油 喷入气缸内。由于柱塞顶面积较大，喷油器的喷孔 面积较小，故喷射过程中压力继续升高。当控制脉 冲终止时，电磁阀断电，回油通路接通，燃油经回 油通路溢出，高压油经拉杆左侧的阀口向低压系统泄 流，高压油路压力下降，当降至针阀开启压力时， 喷油结束；在上述四个过程进行的同时，都会有部 分燃油经过泵体内的竖斜油道和水平油道进入柱塞腔 内，利用柴油对柱塞进行冷却和润滑。柱塞弹簧下 端的座体与挺柱相连传递动力。
１ 前言
采用新的燃油喷射系统是柴油机技术发展的必 然趋势，由于它在改善柴油机排放方面的优势， 面对越来越苛刻的排放法规，该领域的研究已成为 热点。对于车用柴油机，究竟哪种高压燃油喷射 系统是最佳选择，目前仍然存在争论【－】。高压共轨 式燃油喷射系统以其多参数柔性可控，对于燃烧过 程的组织和排放指标的实现都十分有利，然而该系 统整体的刚度以及喷射压力进一步提高带来了可靠 性问题。因而，许多研究机构都认为，电控单体 泵燃油喷射系统或泵喷嘴系统更加适合未来车用柴 油机的发展需要，．一方面喷射压力有很大的提高潜 力（可以达到２２０ＭＰａ）１２ｊ，另一方面结构相对简单、 布置容易。如ＤＤＣ公司２０００系列发动机就采用电 控单体泵燃油喷射系统，Ｄｅｕｔｚ公司的１０１３、１０１５ 系列发动机中也有多款采用这一技术，还有ＣＡＴ 公司的一些产品；国内一汽大柴与Ｄｅｕｔｚ合作开始 生产拉杆式单体泵柴油机，华北柴油机厂也有类似 的产品。玉柴曾发布其与成都ＷＩＴ公司合作开发 的电控单体泵柴油机，并已经达到ＥＵＲＯ ＩⅡ排放标
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图４网络模型对降转速控制效果
３结论
由图３可以看出，利用神经网络逆模型可实现 对柴油机转速突变的控制，控制效果比较理想。由 于神经网络在控制中为直接前馈式，没有反馈环 节，在对速度的控制中，静态误差不易消除；且
因训练模式有限，在实际控制中，存在着发动机的 滞后性和一些不可预料的其它扰动，将会直接影响 神经网络控制器的控制效果。特别是在低怠速时， 控制效果尤其不够理想。这说明经离线训练好的神 经网络控制器，在实际的控制中由于各种不确定因 数的存在，并不能很好地实现控制作用。因此，在
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燃油温度。℃ 图６燃油温度对单体泵供油特性的影响
此外，进行了同一型号电控单体泵燃油喷射 系统间油泵特性差异的试验。在相同的转速和提 前角下，由小到大顺次改变供油角度。试验结果 如图７所示，随着供油角的增大，Ａ泵与Ｂ泵间
（转第９２页论文集
３电控单体泵燃油喷射系统控制系统设计
电控单体泵燃油喷射系统控制系统主要控制喷油
图３单体泵控制系统最小系统图 当油泵信号到来时，ＣＴＭ通过中断服务程序通 知系统，某一油泵准备向缸内供油；曲轴信号输入 到ＴＰＵ的某一通道，采用该通道的ＰＭＭ功能，检 测曲轴信号的缺齿时刻，并给缺齿后的第一个齿标 号，若齿盘上有ｍ个齿，则齿间距为３６０／ｍ＂ＣＡ， 显然信号量越多则控制精度越高。控制脉冲的输出 由ＴＰＵ某通道的ＰＳＰ功能来实现，通过预置ＨＳＱＲ 寄存器的控制位，可以选择ＰＳＰ是以ＡＮＧＬＥ． ＡＮＧＬＥ模式或ＡＮＧＬＥ．ＴＩＭＥ模式工作。控制参数 有ＡＮＧＬＥｌ（起始齿）、ＲＡＴＩＯｌ（角度比率）和 ＡＮＧＬＥ２（结束齿）、ＲＡＴｌ０２（角度比率），这种 工作模式当ＡＮＧＬＥｌ达到预设的数值时，再过ＲＡ＿ Ｔ１０１ Ｘ ＰＥＲＩＯＤ０时ＰＳＰ通道开始产生高电平，到 ＡＮＧＬＥ２达到预设数值后，在ＲＡＴｌ０２×ＰＥＲＩＯＤｌ 到来时电平结束：由于ＴＰＵ通道间具有相关联的功 能，以上模式所使用的ＰＥＲＩＯＤｘ均可被ＰＭＭ检测 出来。研究中对主控脉冲采用ＡＮＧＬＥ．ＡＮＧＬＥ模 式，喷油正时通过控制ＡＮＧＬＥｌ和ＲＡＴｌ０１实现， 通过控制ＡＮＧＬＥ２和ＲＡＴｌ０２来控制脉冲结束的时 刻，从而控制脉冲的长度。采用ＡＮＧＬＥ－ＡＮＧＬＥ模 式对于某一喷油持续角Ｑ和喷油正时Ｔ的实现及控 制精确度的保证由实现算法和硬件配置保证：计算 过程中除法将会自动舍尾取整，因而算得的ＡＮＧＬＥｌ 和ＡＮＧＬＥ２为实际的齿数，但由于实际标号从Ｏ开始， 需要减ｌ后写入寄存器。ＰＭＭ方式对应每～齿间