陳華其, 孟利清
(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院,云南 昆明650224)
研究與設(shè)計
高壓共軌燃油系統(tǒng)噴油量不均的研究
陳華其, 孟利清
(西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院,云南 昆明650224)
介紹了高壓共軌電噴技術(shù)的工作原理,分析了致使噴油量產(chǎn)生差異的幾個主要因素,并提出了解決各缸噴油量不均勻問題應(yīng)采取的措施。
高壓共軌;噴油量;研究方法;不均勻性
高壓共軌電噴技術(shù)是指以高壓油泵、壓力傳感器和電子控制單元組成的閉環(huán)系統(tǒng)中,將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。系統(tǒng)工作時由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管,通過公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制,使高壓油管壓力大小不受發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速影響,該技術(shù)可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化的程度。
柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)具有控制自由度高和處理信息能力強(qiáng)、噴射系統(tǒng)參數(shù)可柔性控制、改善柴油機(jī)的排放及提高柴油機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)[1-2]。
系統(tǒng)工作時燃油首先經(jīng)過油箱粗濾器,然后經(jīng)低壓油泵輸出,此時燃油已具有了一定壓力,再經(jīng)過精濾器過濾到達(dá)高壓油泵,經(jīng)高壓油泵加壓后輸出高壓燃油,此時的燃油壓力不低于130 MPa[3]。進(jìn)入共軌管的燃油經(jīng)濾波、穩(wěn)壓形成高壓燃油的噴油壓力,當(dāng)相應(yīng)的噴油器需要噴油時,電控單元發(fā)出指令,噴油器的電磁閥開啟即可開始噴油。高壓共軌噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1 示功圖法
判別各缸噴油不均勻性的最直接方法是通過示功圖判斷發(fā)動機(jī)各缸負(fù)荷的差異,但測量缸內(nèi)壓力比較麻煩,一般需破壞發(fā)動機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)(如在缸蓋上打孔等)來安裝傳感器。氣缸內(nèi)部一直處于高壓高溫狀態(tài),傳感器的工作環(huán)境相對惡劣,此外還需對其進(jìn)行冷卻,而且安裝也不方便。測量缸內(nèi)壓力時通常使用壓電式傳感器,這種傳感器的測量系統(tǒng)比較復(fù)雜,因其信號輸出為電荷量,在使用過程中需要用電荷放大器把輸出的電荷量轉(zhuǎn)化為電壓量。
圖1 高壓共軌噴油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2.2 曲軸瞬時轉(zhuǎn)速法
曲軸瞬時轉(zhuǎn)速法是間接測量各缸噴油不均勻的方法,這種方法是利用內(nèi)燃機(jī)往復(fù)運(yùn)動和各缸間歇作功的原理,通過各缸的曲軸相位與其相對應(yīng)曲軸瞬時轉(zhuǎn)速的波動來判斷各缸噴油的不一致性。曲軸瞬時轉(zhuǎn)速法的檢測原理是根據(jù)各缸輸出的扭矩來進(jìn)行判別,若輸出的扭矩不同,則引起曲軸角速度不同,通過檢測各缸的轉(zhuǎn)速與其始點(diǎn)波動的大小,以及與各缸的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速加速度進(jìn)行對比,從而確定出差異。該方法的計算量較大,計算精度要求也比較高。
2.3 單缸斷缸法
單缸斷缸法是在發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)臺架上測定多缸柴油發(fā)動機(jī)各缸工作不均勻性時最常用的一種方法,其基本原理是利用各缸的功率進(jìn)行判斷,通過對各缸輪流停止供油,使各缸分別停止工作,從而得到各缸的指示功率,再以各缸的功率差來反映各缸工作的均勻性。判斷方式有多種,有的是以各缸的轉(zhuǎn)速差作為評價依據(jù),有的是以各缸的扭矩差作為評價依據(jù),但都是以各缸指示功率的不同作為評價依據(jù)。這種方法主要在發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)臺架上進(jìn)行。
①柴油發(fā)動機(jī)各缸受結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造加工技術(shù)等多方面的影響,使各缸的幾何參數(shù)之間存在一定的差異,導(dǎo)致噴油量不同;②各噴油器控制電路的線路布置、通道結(jié)構(gòu)以及各元器件之間存在的微小差異也會引起各缸的電氣特性不同,導(dǎo)致噴油量不同;③發(fā)動機(jī)共軌管內(nèi)的燃油壓力即使在穩(wěn)態(tài)工況下也存在波動,引起噴油器間的噴油量、噴油規(guī)律、噴油時刻和噴油循環(huán)間的不同[4-6];④發(fā)動機(jī)各缸進(jìn)氣管、排氣管的位置和結(jié)構(gòu)、發(fā)火順序也會引起各缸進(jìn)氣量不同,導(dǎo)致噴油量不同[7-11];⑤發(fā)動機(jī)使用過程中各氣缸的磨損情況不同,使各缸漏氣量存在差異,導(dǎo)致噴油量不同。這些都是造成發(fā)動機(jī)各缸噴油量不一致的影響因素。
3.1 噴油器加工精度的影響
噴油器的控制活塞直徑、進(jìn)出油節(jié)流孔孔徑和孔徑比都對噴油量有明顯的影響[12-13]。對于噴嘴偶件來說,理論設(shè)計參數(shù)和要求的流量可以達(dá)到一致,但在實(shí)際制造過程中由于受技術(shù)條件和設(shè)備加工精度的影響,實(shí)際的流量值與理論流量值不完全相同。當(dāng)實(shí)際流量值的偏差超過一定范圍時,柴油機(jī)的性能就受到影響。①噴孔直徑存在差異時會造成噴孔面積不一致,從而使噴出的流量不同;②噴孔的加工精度達(dá)不到要求時會造成流量系數(shù)的不一致,從而使實(shí)際流量不同;③各噴油器的流量系數(shù)存在偏差,在靜態(tài)流量達(dá)到要求時動態(tài)流量仍存在較大的差異。
3.2 軌道壓力波動的影響
高壓共軌噴油系統(tǒng)采用壓力-時間式燃油計量原理,噴油器電磁閥通電時間和軌道壓力決定著每次燃油的噴射量,要保證每次噴油量均勻則必須精確控制噴油壓力和共軌壓力,二者中控制共軌壓力的精確性更為關(guān)鍵[14]。為實(shí)現(xiàn)共軌壓力的動態(tài)調(diào)節(jié),壓力反饋采用了閉環(huán)控制和模糊PID算法。
3.3 電路的影響
在高壓共軌噴油系統(tǒng)中,電控噴油器的噴油時刻由電控單元控制電磁閥來完成,電磁閥響應(yīng)時間則由系統(tǒng)反力和電磁吸力共同決定。保持電流、峰值電流等電路參數(shù)將直接影響電磁吸力的大小,針閥升程的大小則取決于電磁吸力和系統(tǒng)反力的合力。電磁閥開啟和噴油量主要由峰值電流、保持電流和開啟時間等參數(shù)保證。噴油器的噴油開始時刻和噴油結(jié)束時刻不同是由針閥開啟和關(guān)閉的響應(yīng)時間不同造成的,在相同控制脈寬范圍內(nèi),峰值電流的上升時間要控制在0.05~ 0.5 ms范圍內(nèi),因此只有保持電流與峰值電流滿足要求才能確保噴油量的均勻。
(1)由于加工精度的不同使各噴油器之間存在差異,可以通過對噴油器之間的流量差進(jìn)行補(bǔ)償,對同一組的噴油器進(jìn)行精度差修正實(shí)驗(yàn)時,可以在不同的軌道壓力下給不同的修正脈寬,以使各缸的噴油量一致。
(2)在不同的工況下,尤其是怠速和加速工況,可采用模糊PID參數(shù)調(diào)節(jié)壓力,根據(jù)各噴油器的流量特性曲線修正噴油脈寬。
(3)電源電壓波動使電磁閥開啟和關(guān)閉時間產(chǎn)生波動,從而引起噴油量波動,這一問題可通過檢測噴油器電流來進(jìn)行修正。
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(責(zé)任編輯 張雅芳)
Study on the Uneven Fuel Injection Amount of A High-pressureCommon Rail Fuel Injection System
CHEN Hua-qi, MENG Li-qing
(School of Transportation and Machinery Engineering,Southwest Forestry University,Kunming Yunnan 650224,China)
The working principle of the high-pressure common rail electronic injection technique is introduced,several major factors resulting in the difference in the injected fuel amount are analyzed and measures that should be taken to solve the uneven fuel injection amount problem of each cylinder are presented.
high-pressure common rail;fuel injection amount;research method;nonuniformity
2016-10-09
陳華其(1990-),男,海南海口人,碩士研究生,主要從事內(nèi)燃機(jī)的研究,E-mail:chenhuaqi108@126.com。
TK421
A
2095-2953(2017)03-0044-03