開題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

船舶柴油機(jī)噴油泵電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

1、國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)：

國外對(duì)柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代。1967年，德國Bosch公司開始批量生產(chǎn)用進(jìn)氣管絕對(duì)壓力控制空燃比的DJetronic模擬式電子控制汽油噴射系統(tǒng)，裝備在大眾汽車公司生產(chǎn)的Vw-21600型轎車上，開創(chuàng)了汽油噴射系統(tǒng)電子控制新時(shí)代。在短短的20年內(nèi)，汽油機(jī)電控技術(shù)已相當(dāng)成熟。柴油機(jī)電子控制的研究比汽油機(jī)晚20年的時(shí)間，但是汽油機(jī)電控技術(shù)促進(jìn)了柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展，從上世紀(jì)80年代開始，柴油機(jī)的電控技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前己有多種形式的電控柴油噴射系統(tǒng)裝車使用，較成熟的電控燃油噴射產(chǎn)品在國外車用柴油機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。僅1993年統(tǒng)計(jì)，德國Bosch公司的電控分配泵和電控直列泵在市場(chǎng)上已超25萬臺(tái)，美國底特律柴油機(jī)公司DDEC電控泵噴嘴系統(tǒng)已有10萬多臺(tái)投放市場(chǎng)，日本的zexel公司可變預(yù)行程的TICS直列泵已達(dá)2萬多臺(tái)，其中絕大部分是電控的。

柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)發(fā)展至今已先后推出了三代產(chǎn)品，即位置控制式、時(shí)間控制式和壓力一時(shí)間式。

第一代位置控制式電控噴油系統(tǒng)在不改變改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用電控調(diào)速器來代替原有的機(jī)械式調(diào)速器，對(duì)齒條或滑套位置予以控制，從而對(duì)油量進(jìn)行調(diào)節(jié)，并通過電控液壓提前器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械或液壓式提前器來實(shí)現(xiàn)噴油正時(shí)的控制，提高控制精度和響應(yīng)速度，是電控柴油機(jī)開發(fā)的早期產(chǎn)品。位置式電控系統(tǒng)無須對(duì)柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，生產(chǎn)繼承性好，便于對(duì)現(xiàn)有機(jī)型進(jìn)行技術(shù)改造，在分配泵和直列泵上都可以實(shí)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是因?yàn)椴捎媚M量進(jìn)行控制，頻率響應(yīng)慢，控制自由度小，精度差，而且噴油率和噴油壓力難于控制，也不能改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)所固有的噴射特性。典型的位置式電控噴油系統(tǒng)有日本電裝公司的ECD-V1電控分配泵，德國Bosch公司的RP39和RP43型電控直列噴油泵及VP37電控分配泵，日本小松公司的KP21型電控直列噴油泵，英國Lucas公司的EPIc型電控分配泵以及美國stanadyne公司的PcF型電控分配泵等。

第二代時(shí)間控制式電控噴油系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的噴油機(jī)構(gòu)，采用高速強(qiáng)力電磁閥直接控制高壓燃油的通斷，高速電磁閥的開啟和關(guān)閉時(shí)間決定噴油量的大小和噴油時(shí)刻。時(shí)間控制式電控系統(tǒng)采用數(shù)字量控制，具有一定的噴油率控制能力。但由于仍沿用脈沖高壓供油原理，噴油壓力難以控制。同時(shí)要求高速電磁閥有良好的響應(yīng)和可靠性，制造難度大。在傳統(tǒng)的機(jī)械分配泵、單體泵、泵-噴嘴等基礎(chǔ)上都可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間式控制系統(tǒng)。典型的時(shí)間控制式電控噴油系統(tǒng)有:德國Bosch公司的PDE27用DE28系統(tǒng)，英國Lucas公司的EUI系統(tǒng)和美國底特律阿列森公司的DDEC系統(tǒng)等。

第三代電控噴油系統(tǒng)是時(shí)間一壓力式控制系統(tǒng)，它改變了傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不再采用柱塞泵脈動(dòng)供油原理，而是利用高壓共軌或共軌蓄壓和液力增壓形式獲得高壓，通過連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來控制噴射壓力，利用電磁閥控制噴射過程，噴油量的大小由噴油時(shí)間和共軌壓力共同決定。由于共軌式噴油系統(tǒng)噴射壓力不受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量的影響，而且噴油量、噴油壓力、噴油速率都可以由ECU靈活控制，從而將高壓噴射與電控制完美的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了噴油系統(tǒng)的全電子控制，目前已成為柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要課題與發(fā)展趨勢(shì)。較為典型的共軌式電控噴油系統(tǒng)有:美國BKM公司sERv0JET蓄壓式電控高壓噴射系統(tǒng)，美國Caterpillar公司的電控液壓泵一噴嘴系統(tǒng)，日本小松公司的KOMPICS液壓式共軌系統(tǒng)，日本電裝公司ECD一UZ高壓共軌式電控噴射系統(tǒng)，意大利Flat集團(tuán)UNllET噴油系統(tǒng)，德國Bosch公司CR共軌式電控噴油系統(tǒng)，英國Lucas公司的LDCR電控高壓共軌噴油系統(tǒng)。柴油機(jī)的性能優(yōu)異，應(yīng)用范圍較廣，并且相對(duì)汽油機(jī)來說有獨(dú)到的先天優(yōu)勢(shì)，因此，大力發(fā)展柴油機(jī)已是大勢(shì)所趨。

2、選題的依據(jù)及意義：

國內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)形勢(shì)也要求盡快發(fā)展柴油機(jī)電控方面的研究。然而，由于電控柴油噴射系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，各種系統(tǒng)又各有利弊，我們既要研究開發(fā)具有發(fā)展前途的電控共軌系統(tǒng)，也要考慮我國國情和排放法規(guī)落后于國外發(fā)達(dá)國家水平的現(xiàn)狀，迅速開發(fā)研制形成自己的電控柴油機(jī)產(chǎn)品。第二代電控噴油系統(tǒng)雖然大大優(yōu)于第一代，但其關(guān)鍵技術(shù)一高速電磁閥的制造難度大，尤其在我國汽車工業(yè)水平和電子技術(shù)相對(duì)落后的情況下，不可盲目追求第二代控制系統(tǒng)，而應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，走國產(chǎn)研發(fā)之路，腳踏實(shí)地的進(jìn)行電控燃油噴射系統(tǒng)的研究，這樣才有助于開發(fā)自己的產(chǎn)品，逐步形成自己的品牌優(yōu)勢(shì)，在未來的國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中有自己的一席之地。因此，選擇對(duì)分配式噴油泵進(jìn)行了電控系統(tǒng)的開發(fā)符合當(dāng)前的需要。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：

研究任務(wù)：

1、以VP37電控分配泵為研究對(duì)象，熟悉分配泵供油系統(tǒng)的工作原理；

2、對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行較全面的設(shè)計(jì)，完成硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，并對(duì)硬件、軟件提出相應(yīng)的抗干擾措施；

3、采用以CAN總線為平臺(tái)的分配泵電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與PC機(jī)之間的通訊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)電控系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)。

擬解決的主要問題：

1、熟悉分配泵的工作原理。完成硬件軟件電路設(shè)計(jì)。

2、進(jìn)一步熟悉電控系統(tǒng)提出抗干擾措施。

3、實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與PC機(jī)之間的通訊。

三、研究步驟、方法及措施：

1、參考一些關(guān)于分配泵的書，研究硬件軟件電路的設(shè)計(jì)方案，選擇一種較好的方案來設(shè)計(jì)。

2、參考1中設(shè)計(jì)的電路，并查閱相關(guān)材料提出抗干擾措施。

3、參考相CAN總線為平臺(tái)的相關(guān)電控系統(tǒng)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與PC機(jī)之間的通訊。

4、各個(gè)功能模塊完成設(shè)計(jì)達(dá)到要求后進(jìn)行最后的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。

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