柴油机共轨电控喷油完整系统控制技术探析.doc

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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。.11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

2、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

3、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。 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

4、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。采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，

5、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。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。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。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

6、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

7、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。 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 60150MPa，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

8、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

9、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

10、，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。

11、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。 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，

12、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 ECDU2 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 f1 p ；第二级是为实现f1 p ，确定接通压力控制阀的脉冲启动时间 fT 。 f1 p 靠基本的目标喷油压力 fb p 来确定， fb p 由发动机转速e N 和负荷 f1 Q 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 f1 p 和共轨压力传感器所测得共轨内实际喷油压力

13、 c p 的差值，应用模糊 PID 的校正得到 fbk T ， 然后与基本的控制阀启动时间 fb T 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

14、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。ECDU2 电控喷油系统的喷油量控制框图如图 3 所示。 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 vb q ；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 vb q 和 vfu q 。 v

15、b q 取决于发动机转速 e N 和加速踏板位置 cep A ； vfu q 为允许的最大喷油量，取决于发动机转速 e N 、进气压力 im P 和进气温度 hA T 。为了得到目标喷油量，要从 vb q 和 vfu q中选择最小值。 因为喷油量 vf1 q 是电磁阀控制脉宽 q T和共轨压力 c P （喷油压力）的函数，即vf1 q = f ( q T , c P )，它是精确的“时间压力计算系统” ，所以根据目标喷油量 vf1 q 和共轨压力就可以得到 q T 。 ECU 在得到 q T 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

16、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，也就是喷油规律。喷油率是柴油机燃烧的重要参数之一，改善燃烧过程的关键技术之一是通过控制喷油率来控制燃烧过程，以实现其理想化。 一般喷油率曲线可分为 3 部分：一是喷油初期（即着火延迟期） ，从喷油到着火燃烧；二是喷油中期，即从着火燃烧到喷油压力升至最高；三是喷油后期，从喷油压力最高值到喷油结束。理想的喷油率形状曲线如图 4 所示。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 日本电

17、装公司的 ECDU2 高压共轨电控喷油系统，由三通阀（TWV）通过控制喷油器控制腔中的压力来实现喷油过程控制； 美国的 HEVI 共轨液压式喷油系统，是通过其电控喷油器中增压柱塞和柱塞套上的精密孔道回油控制来实现喷油速率形状控制的； 而德国 Bosch 公司的 CR 共轨喷油系统是通过给釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。高速电磁阀多次通电，实现多段喷射、预喷射和后喷射。 八 喷油定时控制技术 喷油定时控制系统的框图如图 5 所示。 在 ECU 中进行两级计算：第一级是根据各种传感器信号确定目标喷射始点时刻 fi ；第二级是为了实现目标喷射始点时刻 fi ，确定三通电磁阀通电启动时刻 c T 。图 5 中，

18、 b 是由发动机转速和负荷来确定基本喷射定时 fi 的。为了确定目标喷射定时 fi ，还要加上进气压力补偿 p 和水温补偿值 w 。 因 fi 是以曲轴转角（上止点前）值表示的，所以要根据发动机转速换算成时间，然后再得到从参考计时标准30信号算起的时间间隔 c T ，最后得到三通阀通电起点。三通阀通电后，喷油器控制室内的高压燃油在针阀快速打开时迅速喷出。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 与喷油量控制不同，喷油定时的控制含有从曲轴转角到时间的换算。受到发动机转速的影响，转速的测量精度至关重要。因此，柴油机转速传感器和测量电路精度要求很高，转速传感器多为磁电式或霍尔式。传感器的输出信号经过测量电路的处理和

19、采集，获取发动机飞轮端的瞬时转速信号，从而实现喷油定时控制。 九 柴油机共轨电控燃油喷射技术的发展方向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。谚辞調担鈧谄动禪泻類。 结束语 由于高压共轨式燃油喷射系统具有可以对喷油定时、喷油持续期、喷油压力、喷油规律进行柔性调节的特点，该系统的采用可以使柴油机的经济性、动力性和排放性能都有进一步的提高，在有利于环境保护的同时，也必将促进柴油机、汽车工业及与之相关产业的向前发展。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。11_