柴油机共轨电控喷油完整系统控制技术探析

1目录摘要…………………………………………..…………...............................2关键词………………………………………........................................……2矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。前言……………………………………..……........................................…..2聞創沟燴鐺險爱氇谴净。一、柴油机共轨式电控燃油喷射技术简介………………....…………2二、柴油机共轨电控喷油的特点…………………………….................….3三、柴油机共轨电控燃油喷射技术的优点…………………………….3四、柴油机电控喷油系统的原理和类型…………………...........……….4五、喷油压力控制技术…….................................................….........…….5残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。六、喷油量控制技术…………………………...................................….....7酽锕极額閉镇桧猪訣锥。七、喷油率控制技术…………………………………................………….8八、喷油定时控制技术...................................................................................9彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。九、柴油机共轨电控燃油喷射技术的发展方向...................................10謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。结束语…………。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。……………………………….112摘要为了降低柴油机的能源消耗和减少废气排放污染，满足节能和排放法规的要求，柴油机电子控制技术成为当今内燃机发展的必然趋势。为此，从柴油机的电控原理出发，探讨了柴油机的位置控制和时间控制技术，分析了柴油机高压共轨电控喷油系统的压力控制技术、喷油量控制技术、喷油率控制技术和喷油定时控制技术厦礴恳蹒骈時盡继價骚。关键词动力机械工程；柴油机共轨电控喷油系统；分析；时间压力控制；喷量控制；喷油定时控制前言在过去的几十年里，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、紧茕桢广鳓鯡选块网羈泪。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，电子控鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。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3术已势在必行。一柴油机共轨式电控燃油喷射技术简介随着世界各国城市交通运输车辆、船舶的急剧增加，柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染源。世界各国业已开始寻找和采取有效的技术措施主动地减少和控制污染物的排放。柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一项较为成功的控制污染排放的新技术。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。一、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。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。二柴油机共轨电控喷油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。它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性形状，降低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。该技术的主要特点是：渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。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。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。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。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。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。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。4４．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；尤其是高压共轨系统，均能与目前的小型、中型及重型柴油机很好匹配，因而市场前景看好。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。三柴油机共轨电控燃油喷射技术的优点柴油机共轨电控燃油喷射技术集计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身，不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制，而且还能实现预喷射和后喷，从而优化喷油特性、减低柴油机噪声和大大减少废气的排放量。具体优点有；蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。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，利于柴油机燃烧过程的全程优化。買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。2，采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。3，高速电测开关阀频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便的实现预喷射、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。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。4，系统结构移植方便，适应范围广，不像其他的电控燃料喷射系统，对柴油机的结构形式有专门要求，尤其是高压共轨系统，与目前的中小型及重型柴油机均都能很好地匹配。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。5四柴油机电控喷油系统的原理和类型4.1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。锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。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。構氽頑黉碩饨荠龈话骛。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。輒峄陽檉簖疖網儂號泶。4.2类型4.2.1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。尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。4.2.2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。识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。4.2.3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。凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。6五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。恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。5.1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。图1为日本电装公司的ECD—U2共轨喷油系统的压力控制系统图。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，经过时间间隔fT（以7气缸检测传感器的信号作为计时标准的开始），压力控制阀PCV启动关闭。在启动、柴油机空转或油机低速运转时，对PCV阀进行开环控制，以迅速获得共轨油压；随着发动机转速的升高或共轨油压的升高，PCV阀将自动转入闭环控制。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。5.2进油节流调节技术进油节流调节技术就是在高压油泵的进油口（即吸油口）处安装一节流阀，通过调节该节流阀流截面的大小来调节油泵的吸油量，从而实现对油泵输出油量的调节，达到对共轨油压的调节。进油节流阀可以是电磁比例节流阀或电磁溢流阀，通过电磁吸力与弹簧力的平衡位置来实现压力调节，硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。如图2所示。六喷油量控制技术共轨电控喷油系统的喷油量控制都采取高速电磁开关阀。电磁阀关闭时刻为喷油始点，电磁阀关闭时间长短即为喷油量的大小。但是，驱动电磁阀的脉宽不仅取决于喷油量，而且还取决于共轨压力的大小。ECD—U2电控喷油系统的喷油量控制框图如图3所示。8在电控单元内进行两级运算：第一级计算喷油量，在由各传感器提供信息的基础上确定每次喷射的目标喷量vbq；第二级是确定驱动电磁阀的脉宽。在计算喷油量时，要分别检索vbq和vfuq。vbq取决于发动机转速eN和加速踏板位置cepA；vfuq为允许的最大喷油量，取决于发动机转速eN、进气压力imP和进气温度hAT。为了得到目标喷油量，要从vbq和vfuq中选择最小值。因为喷油量vf1q是电磁阀控制脉宽qT和共轨压力cP（喷油压力）的函数，即vf1q=f(qT,cP)，它是精确的“时间—压力计算系统”，所以根据目标喷油量vf1q和共轨压力就可以得到qT。ECU在得到qT后，指令驱动电磁阀动作。BOSch公司的CR共轨喷油系统采用二位二通常闭式电磁阀，通过控制腔实现燃油的喷射控制。二位二通电磁阀不仅可实现喷油量和喷油定时的精确柔性控制，还可实现喷油速率的精确控制。阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。七喷油率控制技术喷油率是指喷油量对喷油时间（或喷油角度）的微分随时间或曲轴转角的变化关系，即喷射率的波形，也就是喷油规