电控共轨技术的应用与分析

商丘工学院毕业论文（设计）题目电控共轨技术的应用与分析院别机械工程学院专业汽车检测与维修学生姓名成绩指导教师徐雁波2013年1月商丘工学院毕业论文(设计)I摘要随着世界能源危机和环境污染的加重，为了节约能源、降低排放，使得柴油机电控喷射技术得到了飞速的发展。既要想保住直喷柴油机卓越的燃油经济性能，又要满足日益严格的排放法规，最重要的一步还是改善燃烧过程，而燃油喷射系统的性能又是影响柴油机燃烧过程至关重要的环节。高压共轨电控燃油喷射技术的应用则发挥了巨大的威力，进一步降低燃油消耗、增强了动力性能和满足了更加严格的排放法规，并使系统具有更高的喷射压力和更加灵活的喷油方式。因此，被认为是内燃机行业的一大突破，并成为柴油机电控喷射系统的主流，新一代绿色柴油机的标志。并且随着电控共轨技术的不断提高，其在发动机的应用上越加广泛，也越加重要。关键词：柴油机；电控；高压共轨；应用；发展电控共轨技术的应用与分析II目录前言...............................................................11电控共轨技术的影响与发展趋势......................................21.1电控共轨技术的影响............................................21.2电控共轨技术的发展趋势........................................22共轨式电控燃油喷射技术简介........................................32.1共轨式电控燃油喷射技术的组成..................................32.2共轨式电控燃油喷射技术的原理..................................32.3共轨式电控燃油喷射技术的特点..................................33电控共轨喷油系统的原理和类型......................................43.1电控喷油系统原理..............................................43.2电控喷油系统类型..............................................43.2.1位置控制式（第Ⅰ代）.......................................43.2.2时间控制式（第Ⅱ代）.......................................53.2.3时间—压力控制式（第Ⅲ代）.................................54发动机电控共轨技术的应用..........................................64.1喷油压力控制技术..............................................64.1.1变排量技术.................................................64.1.2进油节流调节技术...........................................64.2喷油量控制技术................................................74.2.1ECD—U2电控喷油系统的喷油量控制框图........................84.2.2喷油量计算.................................................84.3喷油率控制技术................................................94.4喷油定时控制技术..............................................9结论...............................................................11参考文献...........................................................12商丘工学院毕业论文(设计)1前言如今，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段，主流加上环保意识的增强对未来的汽车技术要求将越来越严格化，在过去的几十年里，我国车用柴油机虽然得到了飞速的发展，但是柴油机产品的质量一般不高，可靠性较差，能耗高，排放污染严重，动力性、紧凑性、振动和噪音等指标也较低。近年来，国外柴油机普遍采用电子控制技术、直喷式高压喷射技术以及增压中冷、废气再循环和多气门技术，电子控制共轨喷射技术也进入了实用普及阶段。要实现内燃机工业的可持续发展，电控共轨喷射技术已势在必行。柴油机工作噪声大，尾气排放超标，为了解决这些缺陷，现代柴油机都采用共轨电控燃油喷射技术。电控共轨技术的应用与分析21电控共轨技术的影响与发展趋势1.1电控共轨技术的影响高压共轨电控燃油喷射技术的出现使得车用柴油机的发展获得了新生，它不仅保留了传统柴油机卓越的燃油经济性能，还进一步降低了颗粒物和碳烟的排放，使其更节能，排放更环保，在性能上已远远超过了传统汽油机。同时，该技术还具备很大的发展潜力，进一步的研究主要体现在以下几个方面：提高喷射压力；减小喷孔直径；增加喷孔数目；进一步开发压电喷油器；研制新型智能传感器；进一步解决共轨压力波动问题；加强控制模式与算法的研究；加强安全保护、故障诊断及紧急运行能力的研究；进一步优化系统匹配；不断提高系统可靠性和寿命；降低成本。总之，共轨电控燃油喷射系统的进一步发展与优化涉及到执行器、传感器、计算机和控制技术，是一门综合性的新兴技术，只有在发展中不断完善。1.2电控共轨技术的发展趋势正是由于共轨电控燃油喷射技术具有很多优点，所以该技术一经问世，就得到世界上大多数柴油机制造厂商的青睐，其中，高压共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的三大突破之一。现在国内外许多内燃机专家学者都在致力于该项新技术的研究，并着手开发新一代的高压共轨系统产品及其与之配套的产品。目前，这一项技术的发展方向有：1，可靠保证高压共轨系统的恒高压密封性；2，尽量降低高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀；3，进一步优化高压共轨系统三维控制数据；4，解决微结构、高频响电磁开关阀涉及与制造过程中的关键技术。商丘工学院毕业论文(设计)32共轨式电控燃油喷射技术简介2.1共轨式电控燃油喷射技术的组成共轨电控喷射系统的组成高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。2.2共轨式电控燃油喷射技术的原理共轨式电控燃油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。现在该项新技术已开始在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用，这是世界汽车工业为满足日益严格的废气排放标准的必然趋势。2.3共轨式电控燃油喷射技术的特点柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身,故其特点如下：1．采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，益于柴油机燃烧过程的全程优化。2．采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油嘴间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。3．高速电磁开关阀频响高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地实现预喷射、后喷等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段。4．系统结构移植方便，适应范围宽，不像其它的几种电控喷油系统，对柴油机的结构形式有专门要求。电控共轨技术的应用与分析43电控共轨喷油系统的原理和类型3.1电控喷油系统原理柴油机燃油喷射具有高压、高频和脉动等特点，其喷射压力高达60～150MPa，是汽油机喷射的几百倍甚至上千倍。另外，柴油机喷射对喷射量和定时精度要求非常高，相对于柴油机活塞压缩上止点角度位置的测量，远比汽油机要求精确，这就导致了柴油机喷射的电控传感器、执行器和控制器比汽油机要复杂得多。柴油机在机械控制时代就已经有直列泵、分配泵、泵喷嘴和单体泵等结构完全不同的系统，每个系统各有其特点和适用范围，又有多种不同的结构，实施电子控制技术的执行机构也相对比较复杂，因此形成了柴油机电控喷射系统的多样化。柴油机电控喷油系统由传感器、电控单元ECU和执行器3部分组成。传感器包括柴油机转速传感器、加速踏板位置传感器、供油拉杆位置传感器、喷油时刻传感器、车速传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器及冷却水温度传感器等。电控单元（ECU）根据各种传感器实时检测到的柴油机运行参数，与ECU中预先已经存储的技术参数值或参数脉谱（MAP）图相比较，按其最佳值或计算后的目标值把指令输送给执行器，执行器根据ECU的指令，控制喷油量、喷油时刻和喷油规律，从而实现各工况下的最佳控制。3.2电控喷油系统类型3.2.1位置控制式（第Ⅰ代）在原有喷油泵、高压管和喷油嘴系统的基础上，只是对齿条式滑套的移动位置由原来的机械调速控制改为电子控制。其仅能控制喷油量，控制范围小，精度也较差，在直列泵和分配泵上都有应用。商丘工学院毕业论文(设计)53.2.2时间控制式（第Ⅱ代）用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射，仍然保留原有的喷油泵、高压油管和喷油嘴系统，也有采用新型高压燃油系统的。用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷射，喷油始点取决于电磁阀开闭时刻，喷油量取决于电磁阀开闭的长短，因而既可控制喷油量，也可控制喷油时刻。3.2.3时间—压力控制式（第Ⅲ代）电控共轨式喷油系统是用一个高压油泵在柴油机的驱动下，以一定的速比连续将高压燃油输送到共轨（共用高压油道）内，高压燃油再由共轨送入各缸喷油器。高压油泵不但向共轨供油以维护所需的共轨压力，而且通过连续调节共轨压力来控制喷射压力。同时，采用压力—时间式燃油计量原理，用高速电磁阀控制喷射过程、喷油压力、喷油量、喷油定时及喷油规律，由电控单元（ECU）根据各传感器的适时信息进行适时控制。该系统可实现高压喷射，最高已达200MPa。喷油定时和喷油量可适时调节，并能实现预喷射，调节喷油速率，实现理想的喷油规律，从而优化燃烧过程，使发动机油耗、烟度、噪声及排放等性能指标明显改善。电控共轨技术的应用与分析64发动机电控共轨技术的应用4.1喷油压力控制技术在普通液压传动系统中，对定量泵系统均采用溢流阀来调节系统的压力。在车用柴油机共轨喷油系统中，高压油泵在柴油机的驱动下，会随发动机转速的变化而变化，且变化范围很大。高压油泵的输出流量也会大幅度变化。若高压油泵按低速最大喷量的要求设计，会使高压油泵在高速时输出超高压的油液，致使大部分高压燃油通过溢流阀泄走，从而损耗功率，降低发动机总效率。因此，在共轨喷油系统中，常采用其它方法来调节喷油压力。4.1.1变排量技术变排量就是根据发动机的转速和负荷变化来调节高压油泵的排量，从而实现对喷油压力调节的功能。ECD系统要进行两级计算：第一级是由各种传感器信号确定的目标喷射压力f1p；第二级是为实现f1p，确定接通压力控制阀的脉冲启动时间fT。f1p靠基本的目标喷油压力fbp来确定，fbp由发动机转速eN和负荷f1Q来确定，还要进行冷却水温、进气压力和进气温度的补偿。根据目标压力f1p和共轨压力传感器所测得共轨内实际喷油压力cp的差值，应用模糊PID的校正得到fbkT，然后与基本的控制阀启动时间fbT进行相加，得到最后的控制阀变动时间fT。最后，经过时