共軌式電控柴油機控制特性分析

趙文珅　孫燕

摘 要：文章對共軌式電控柴油機常見的控制特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，目的是使發(fā)動機愛好者和操作者能夠全面地熟悉其特點，更加有效地操作和使用，希望能為檢修人員在電控柴油機的研究、使用方面提供參考。

關(guān)鍵詞：共軌式 電控發(fā)動機 控制特性 分析

中圖分類號：U664.121 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0040-02

高壓共軌技術(shù)的柴油機其燃油系統(tǒng)具有較高的噴射壓力和更加靈活的噴油方式。進(jìn)一步降低了燃油消耗、減少了噪音和滿足了更加嚴(yán)格的排放法規(guī)，因此成為柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的翹楚。共軌式電控柴油機的控制特性比較多，不同廠家生產(chǎn)出來的柴油機其控制特性也略有不同，下面分析的是常見的控制特性。

（1）噴油量控制：電控柴油機噴油量控制功能是指在發(fā)動機啟動、怠速及正常運轉(zhuǎn)等各種工況下，電控單元ECM根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號、負(fù)荷信號和內(nèi)存控制模式來確定基本噴油量，再根據(jù)冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度傳感器等對噴油量進(jìn)行修正。為了獲取實際噴油量，還應(yīng)計算出噴油器電磁閥開啟時間，并向執(zhí)行器發(fā)送信號，控制噴油器電磁閥供油開始、供油結(jié)束的時間，從而控制噴油量。

（2）噴油正時控制：電控單元ECM根據(jù)發(fā)動機的凸輪軸位置信號、轉(zhuǎn)速信號和ECM中內(nèi)存的控制模式來確定基本噴油提前角，再根據(jù)反饋信號進(jìn)行修正。

（3）噴油壓力控制：在高壓共軌系統(tǒng)中，ECM根據(jù)安裝在高壓共軌上的燃油壓力傳感器的反饋信號，計算出實際所需要的噴射壓力。并將其值與目標(biāo)壓力值進(jìn)行比較，然后發(fā)出指令控制高壓油泵中的壓力調(diào)節(jié)閥使高油共軌中的燃油壓力實現(xiàn)閉環(huán)控制，完成最佳噴油壓力控制。

（4）噴油速率控制：電控單元ECM根據(jù)發(fā)動機運行的需要，可以設(shè)置并控制噴油速率。噴油速率分預(yù)噴射、主噴射、后噴射等多段噴射。理想的噴油規(guī)律要求噴射初期緩慢、噴油速率不要太高，目的是減少在滯燃期內(nèi)的可燃混合氣量，降低初期燃燒速率，以達(dá)到降低最高燃燒溫度和壓力升高率，來抑制氮氧化合物的生成、降低燃燒噪聲。采用預(yù)噴射是實現(xiàn)初期緩慢燃燒的方法。主噴射發(fā)生在噴油中期，在主噴射階段，采用高噴射壓力和高噴油速率可以加快燃燒速度，防止生成微粒和降低熱效率，還可以加快可燃混合氣的擴散燃燒速度。在噴油后期要求迅速結(jié)束噴射，防止在較低的噴油壓力和噴油速率下燃油霧化變差，導(dǎo)致燃燒不完全而使HC和微粒物排放增加。后噴射可有效降低排放物。在高壓共軌系統(tǒng)進(jìn)行多次噴射，可使噴油規(guī)律得到優(yōu)化。

（5）進(jìn)氣控制：電控柴油機進(jìn)氣控制主要包括進(jìn)氣節(jié)流控制、可變進(jìn)氣渦流控制和可變配氣正時控制。進(jìn)氣節(jié)流控制是ECM根據(jù)柴油機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，控制進(jìn)氣管中的節(jié)氣門開度，以滿足不同工況下進(jìn)氣量的大小?？勺冞M(jìn)氣渦流控制也是ECM根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，按ECM內(nèi)部儲存的程序?qū)M(jìn)氣渦流強度進(jìn)行控制，以滿足柴油機在不同工況下對進(jìn)氣渦流強度的要求?？勺兣錃庹龝r控制也是ECM根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號、按ECM內(nèi)部儲存的程序?qū)ε錃庹龝r進(jìn)行控制，以滿足柴油機在不同工況下對配氣正時的要求。

（6）增壓控制：ECM根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號、增壓壓力信號等，通過控制廢氣旁通閥的開度或廢氣噴射器的噴射角度、增壓器渦輪廢氣進(jìn)口截面大小等，實現(xiàn)對廢氣渦輪增壓器工作狀況和增壓壓力的控制，借以改善柴油機的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪聲。

（7）排放控制：柴油機的排放控制主要是對廢氣再循環(huán)閥（EGR）、選擇性催化還原裝置（SCR）或微粒捕集器（DPF）進(jìn)行控制。電控單元ECM根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，對安裝的機外凈化裝置進(jìn)行控制，以使柴油機排放達(dá)歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)。

（8）巡航控制：安裝有巡航控制系統(tǒng)的電控柴油機車輛，當(dāng)使用巡航控制時，電控柴油機按選定的巡航控制模式運轉(zhuǎn)，電控單元ECM根據(jù)車速信號等使柴油車自動維持所設(shè)定的車速保持穩(wěn)定行駛。而當(dāng)按下解除巡航控制開關(guān)時，可使巡航控制自動解除。

（9）故障診斷和失效保護(hù)：柴油機電控系統(tǒng)具有故障診斷和失效保護(hù)功能。當(dāng)柴油機電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，電控單元ECM能識別已出現(xiàn)的故障，使故障指示燈點亮，提醒駕駛員應(yīng)盡快停車檢修。維修人員可以調(diào)出相關(guān)故障碼，進(jìn)行檢修。當(dāng)電控柴油機出現(xiàn)故障時，失效保護(hù)功能起作用，可使柴油機強制切斷燃油供給，以免發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)而受到損壞。

（10）調(diào)速器形式轉(zhuǎn)換：通過設(shè)在駕駛室內(nèi)的開關(guān)， 駕駛員可對ECM的調(diào)速器功能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即可在傳統(tǒng)的車用兩極調(diào)速器和全程調(diào)速器之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。除了通過開關(guān)控制外，也可以使用故障診斷服務(wù)軟件直接對ECM進(jìn)行調(diào)速器的設(shè)定。調(diào)速器形式的轉(zhuǎn)換只能在零油門位置的時候進(jìn)行。

（11）發(fā)動機保護(hù)：發(fā)動機保護(hù)功能是電控柴油機的標(biāo)準(zhǔn)特性。ECM通過監(jiān)測下列4個運行參數(shù)（冷卻液位、冷卻液溫度、機油壓力和進(jìn)氣溫度）來決定是否啟動發(fā)動機保護(hù)功能；當(dāng)ECM監(jiān)測到上述的一個或幾個參數(shù)超出一定的范圍，會采取降低輸出扭矩，降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速直至強行關(guān)閉發(fā)動機等措施，以保護(hù)發(fā)動機。

（12）排氣制動：由ECM來控制，當(dāng)司機打開儀表臺上的排氣制動開關(guān)后，ECM根據(jù)一定的條件來決定是否啟動排氣制動。如發(fā)動機轉(zhuǎn)速是否在1 000 rpm以上，油門和離合器踏板的狀態(tài)等。另外ECM控制的排氣制動還可以和巡航控制配合工作，以充分發(fā)揮排氣制動的功能。例如在巡航狀態(tài)下，當(dāng)車速高于設(shè)定的巡航車速時，可以啟動排氣制動，以使車速穩(wěn)定在設(shè)定的巡航車速。

（13）怠速停機：發(fā)動機長時間低怠速運轉(zhuǎn)會產(chǎn)生很多不利的影響。比如柴油燃燒不充分，容易在缸內(nèi)形成積碳；未燃燒的柴油在缸內(nèi)積聚，進(jìn)入油底殼稀釋機油；另外尾氣排放污染也很嚴(yán)重。ECM的怠速關(guān)機功能能夠監(jiān)測到發(fā)動機長時間低怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)而沒有任何司機指令輸入時，ECM將啟動怠速關(guān)機功能，首先通過黃色警告燈閃爍30 s來警告司機，如果司機在此30 s內(nèi)依然沒有任何的指令輸入，發(fā)動機將自動停機。

（14）安全回家：因為在油門發(fā)生故障時，ECM沒有得到油門信號，如果安全回家功能已經(jīng)啟用，此時ECM將根據(jù)怠速有效開關(guān)的狀態(tài)來決定是否給油。如果此時司機踩下油門，則ECM將給出一個固定的噴油量，以使發(fā)動機可以保證車輛安全行駛回維修廠做維修。

（15）低怠速的調(diào)整：發(fā)動機低怠速的調(diào)整范圍一般是600～800 rpm，低怠速可以通過故障診斷服務(wù)軟件來調(diào)整，也可以通過儀表臺上的開關(guān)來實時進(jìn)行調(diào)整。

（16）保養(yǎng)提醒功能：保養(yǎng)提醒功能就像一個鬧鐘一樣會定時提醒司機做車輛保養(yǎng)， 在保養(yǎng)功能提醒設(shè)置中，司機可以根據(jù)自己的運行工況和用油情況自己設(shè)定保養(yǎng)間隔。在保養(yǎng)間隔前的一定時間內(nèi)，ECM將通過儀表臺上的保養(yǎng)指示燈提醒司機及時做車輛保養(yǎng)。

（17）遠(yuǎn)程油門：遠(yuǎn)程油門為裝在駕駛室以外的、用于控制發(fā)動機的油門，大部分電控發(fā)動機都提供了安裝遠(yuǎn)程油門的選項。

（18）PTO調(diào)速控制：在PTO模式下，發(fā)動機工作在一個設(shè)定的PTO工作轉(zhuǎn)速下，PTO調(diào)速功能保證發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，而不管負(fù)荷如何變化。

高壓共軌系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的燃油系統(tǒng)，德國博世（Bosch）公司已經(jīng)將高壓共軌系統(tǒng)發(fā)展到第三代，其優(yōu)點是可以實現(xiàn)高壓噴射，最高壓力達(dá)到200 MPa，并且高壓燃油的產(chǎn)生和噴射完全獨立，燃油噴射的時刻和數(shù)量控制精度高，能夠有效地抑制和減少尾氣排放物中的有害成分，減少了噪音，滿足了更加嚴(yán)格的排放法規(guī)。目前，高壓共軌系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在載貨汽車、客車以及工程機械等柴油發(fā)動機上。

參考文獻(xiàn)

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