柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的研究

許建法

摘 要：現(xiàn)階段，能源問題已經(jīng)逐漸成為阻礙國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，并且全世界范圍內(nèi)尚未研制出應(yīng)對石油資源枯竭的有效措施，因此只能通過技術(shù)優(yōu)化的方式來節(jié)約能源，減少柴油機(jī)油耗已經(jīng)成為世界共同目標(biāo)，而電控高壓共軌系統(tǒng)在柴油機(jī)中的應(yīng)用，能夠在節(jié)約油耗方面帶來較為顯著的效果?；诖耍疚膶Ω邏汗曹壪到y(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析，并對該系統(tǒng)在柴油機(jī)應(yīng)用中的控制措施加以闡述。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī) 電控高壓共軌系統(tǒng) 控制措施

引言：在能源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會背景下，各國紛紛借助電子信息設(shè)備對柴油機(jī)運(yùn)行中消耗的油量進(jìn)行控制，與以往機(jī)械、液壓系統(tǒng)相比來看，電力計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能夠獲取更高的熱效率，尤其是電控技術(shù)的應(yīng)用，不但使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動力性、振動與噪聲等得到有效的優(yōu)化與改進(jìn)，而且對于降低柴油機(jī)排放來說具有十分重要且深遠(yuǎn)的意義。

1. 高壓共軌系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

與以往傳統(tǒng)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)相比來看，電控燃油系統(tǒng)具有更多突出的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）噴油壓力較高

采用高壓共軌系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，其噴油壓力與柴油機(jī)運(yùn)行速度之間存在較強(qiáng)的獨(dú)立性，因此即便在柴油機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，也照樣能夠獲得較強(qiáng)的噴油壓力，這對于節(jié)省柴油機(jī)能耗，提高噴油效率來說具有十分重要的意義?，F(xiàn)階段，投入使用的共軌系統(tǒng)中軌壓已經(jīng)能夠達(dá)到140—180MPa，未來還會研制出180—200MPa的共軌系統(tǒng)應(yīng)用到工業(yè)建設(shè)當(dāng)中，使燃油物化質(zhì)量得到顯著提升，獲得到更加理想的燃燒效果。

（2）噴油控制能力較強(qiáng)

高壓共軌系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求，對噴油提前角進(jìn)行隨意調(diào)節(jié)，還能夠控制供油終點(diǎn)與持續(xù)角，尤其是能夠針對燃油噴乳氣缸的整個過程進(jìn)行精細(xì)的控制，在整個循環(huán)工作當(dāng)中完成多次受控噴射，使燃油噴射率得到極大的調(diào)控，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性、動力性與良好的排放效果。

（3）應(yīng)用范圍較為廣闊

高壓共軌系統(tǒng)與其他技術(shù)相結(jié)合后，已經(jīng)研制出排放性能達(dá)到歐IV的柴油機(jī)，并且有望繼續(xù)提升，這是其他燃油系統(tǒng)很難達(dá)到的目標(biāo)。同時，該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也得到進(jìn)一步拓展，每缸功率能夠達(dá)到10—200kw，在轎車、輕型貨車、重型載貨車、船舶等多個領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1]。

2. 柴油機(jī)電控高壓共軌系統(tǒng)的控制措施

2.1控制原理分析

油量控制主要針對柴油機(jī)不同狀態(tài)下，對其噴油量、噴油正時進(jìn)行調(diào)整和控制，使其與實(shí)際運(yùn)行需求充分滿足。在對各類工況進(jìn)行控制的過程中，應(yīng)獲取到目前機(jī)器的轉(zhuǎn)速、水溫、環(huán)境、車載附件、踏板等信息。共軌壓力控制與噴油正時根據(jù)柴油機(jī)狀態(tài)參數(shù)獲取到供油時刻、脈寬、噴射時刻等等，最后根據(jù)控制要求驅(qū)動燃油噴射系統(tǒng)中的執(zhí)行器，將噴射驅(qū)動進(jìn)行調(diào)整，使其與轉(zhuǎn)角信號同步，利用蓄電池電壓對其進(jìn)行補(bǔ)償。

2.2主要的控制措施

2.2.1噴油量的控制

首先，借助傳感器將柴油機(jī)的工況進(jìn)行提取，獲取到油門踏板位置以及平均轉(zhuǎn)速，將柴油機(jī)整體工況信息與油量MAP結(jié)合起來明確目標(biāo)噴油量的基本數(shù)值，通過冷卻水溫對工況產(chǎn)生的影響，對基本值進(jìn)行調(diào)整后確定；最后，與當(dāng)前轉(zhuǎn)速下最大噴油量相比較，選取最小數(shù)值作為最終的噴油量。查詢噴射脈寬MAP圖、共軌壓力等，了解噴射脈寬與持續(xù)時間，將其傳輸?shù)絿娪推鳟?dāng)中，由電磁閥對噴油量進(jìn)行控制。

2.2.2噴油壓力的控制

在起動時的油壓控制，根據(jù)不同實(shí)際需求，利用開環(huán)與閉環(huán)進(jìn)行控制，由于剛剛起動轉(zhuǎn)速較低，無法對缸信號進(jìn)行監(jiān)測，因此應(yīng)采用開環(huán)模式，構(gòu)建控制時序，對電磁閥動作進(jìn)行驅(qū)動，使整個高壓油泵升程共有，實(shí)現(xiàn)油壓快速起動的目標(biāo)；當(dāng)油壓與目標(biāo)數(shù)值較為接近時，轉(zhuǎn)為閉環(huán)模式，保持起動油壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)從起動到怠速工況下油壓的平穩(wěn)過度。

在正常工況下，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID閉環(huán)控制方式，確保共軌壓力的穩(wěn)定。首先，以柴油機(jī)狀態(tài)參數(shù)為依據(jù)，通過查看MAP圖的方式對目標(biāo)軌壓的基本值進(jìn)行確定，弄清冷卻水溫與軌壓間的聯(lián)系，對軌壓進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算最終的數(shù)值，達(dá)到對實(shí)際軌壓與目標(biāo)軌壓差值的控制目標(biāo)。

在急加速工況下，將開環(huán)模式與閉環(huán)模式結(jié)合起來，利用傳感器獲取到實(shí)際軌壓與目標(biāo)軌壓之間的差值進(jìn)行控制，首先設(shè)置一個差值度，如若大于該數(shù)值，則采用開環(huán)米歐式，通過固定頻率對電磁閥動作進(jìn)行控制；如若小于該數(shù)值，則使用閉環(huán)控制，即神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制法，這樣能夠使軌壓在較短的時間內(nèi)上升，提高油壓控制效率，使響應(yīng)性能達(dá)到最佳狀態(tài)[2]。

2.2.3噴油正時的控制

共軌關(guān)鍵技術(shù)之一是對噴油正時的控制，基本控制原理為發(fā)揮基本值與補(bǔ)償值的合力，其中基本值根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與噴油量MAP來獲取，而補(bǔ)償值包括進(jìn)氣溫度補(bǔ)償、冷卻水溫補(bǔ)償、大氣壓力補(bǔ)償?shù)榷囗?xiàng)內(nèi)容。由于在低溫環(huán)境下將會延長燃燒時間，因此需要將進(jìn)氣溫度補(bǔ)償引入其中，與標(biāo)定MAP相結(jié)合以后獲取到補(bǔ)償量。在柴油機(jī)運(yùn)行過程中，由于行駛道路高低不平，導(dǎo)致進(jìn)氣壓力發(fā)生改變，致使機(jī)器內(nèi)部的部分硬件發(fā)生損壞，而大氣壓力補(bǔ)償將會有效的降低這一不利影響。事實(shí)上，噴油正時能夠?qū)娪推鹗键c(diǎn)進(jìn)行明確，使噴油位置更加精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)精確的噴油控制目標(biāo)。

結(jié)論：綜上所述，通過對高壓共軌系統(tǒng)在柴油機(jī)中的應(yīng)用，對噴油量、噴油壓力、噴油正時等全工況下進(jìn)行靈活控制，使柴油機(jī)的運(yùn)行性能得到有效改善，優(yōu)化機(jī)械的輸出功率、降低燃燒過程中的油脂消耗、減少排放能量。根據(jù)不同的實(shí)際需求，對噴射組合進(jìn)行靈活調(diào)整，實(shí)現(xiàn)多次高效噴射，使我國能源得到進(jìn)一步節(jié)約，為構(gòu)建資源節(jié)約性、環(huán)境友好型社會貢獻(xiàn)更多的力量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖文雍， 楊林， 梁鋒. GD-1高壓共軌式電控柴油機(jī)燃油噴射壓力控制策略的研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報， 2004， 22（3）：235-240.

[2] 劉斌彬， 李國岫， 鄭亞銀. 柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 內(nèi)燃機(jī)， 2006（2）：1-3.