高壓共軌柴油機(jī)起動(dòng)控制曲軸與凸輪軸同步關(guān)系淺析

柯陽(yáng)輝　何偉勤

【摘要】為了使靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須先用外力拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，使活塞開始上下移動(dòng)，使氣缸內(nèi)吸入可燃的混合氣，并將它壓縮、點(diǎn)燃，體積迅速膨脹產(chǎn)生強(qiáng)大的能量，從而使活塞運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能自動(dòng)地進(jìn)入工作循環(huán)本文正是通過(guò)理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，在閱讀有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，深入研究了高壓共軌柴油機(jī)匹配的BOSCH共軌系統(tǒng)的起動(dòng)控制策略，分別對(duì)同步信號(hào)、軌壓信號(hào)和噴油時(shí)刻等進(jìn)行控制策略的研究。

【關(guān)鍵詞】高壓共軌系統(tǒng) 軌壓信號(hào) 噴油時(shí)刻

1、前言

為了滿足苛刻的排放法規(guī)，同時(shí)人們對(duì)動(dòng)力機(jī)械的需求越來(lái)越大，車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)降低排放、提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性、減小振動(dòng)和噪音、提高舒適性能等等也日益為人們所重視。雖然柴油機(jī)PM、NOx排放高于汽油機(jī)，但HC、CO比汽油機(jī)要少了很多，兩者都是你消我長(zhǎng)的關(guān)系。柴油機(jī)高壓共軌噴射系統(tǒng)是在1995年，日本電裝公司在世界上第一次批量生產(chǎn)柴油載貨汽車上用電控共軌噴油系統(tǒng)，在1997年，德國(guó)博世公司實(shí)現(xiàn)了歐洲批量生產(chǎn)柴油乘用車電控共軌噴油系統(tǒng)。

2、柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展歷程

目前世界上主要的大公司在研發(fā)和生產(chǎn)柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)，日本電裝、德國(guó)博世（Bosch），意大利菲亞特集團(tuán)，美國(guó)德爾福公司和美國(guó)福特。高壓共軌系統(tǒng)是把產(chǎn)生壓力的共軌管和噴射器分開，如果認(rèn)為單體泵是柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的一次革命的話，那么共軌系統(tǒng)可以說(shuō)是逆襲了，因?yàn)樗`背了柴油機(jī)原有的按順序噴射的系統(tǒng)。所以高壓共軌系統(tǒng)有降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放和降低噪音等優(yōu)點(diǎn)。

隨著我國(guó)的機(jī)動(dòng)車輛日益增加，排放污染等問(wèn)題也日益嚴(yán)重了。為了降低汽車尾氣排放對(duì)自然環(huán)境的污染許多國(guó)外已在2005年實(shí)行了歐5的排放標(biāo)準(zhǔn)。而我國(guó)在2008年為慶祝奧運(yùn)會(huì)，在北京已實(shí)行了相當(dāng)于國(guó)外的歐5的排放水平。而目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是國(guó)三和國(guó)四的排放水平，國(guó)五的水平還在研究開發(fā)中。

3、柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

為了使靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須先用外力拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，使活塞開始上下移動(dòng)，使氣缸內(nèi)吸入可燃的混合氣，并將它壓縮、點(diǎn)燃，體積迅速膨脹產(chǎn)生強(qiáng)大的能量，從而使活塞運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)才能自動(dòng)地進(jìn)入工作循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的全過(guò)程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)必須克服氣缸內(nèi)被壓縮氣體的阻力和發(fā)動(dòng)機(jī)本身的及其附件內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力，克服這些阻力所需的力矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

柴油機(jī)起動(dòng)為了避免氣缸漏氣和熱量浪費(fèi)的多，必須保證氣缸壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)有一定的壓力和一定的溫度還要使共軌管中有足夠的軌壓建立足夠的噴油壓力，一般柴油機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速要求較高，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)速達(dá)150～300r/min;不然的話會(huì)使燃油霧化不良，導(dǎo)致混合氣混合質(zhì)量不好，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程一般可分為這幾個(gè)階段：①預(yù)動(dòng)作階段②起動(dòng)階段③穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段④暖機(jī)階段。

4、起動(dòng)控制策略之曲軸與凸輪軸同步關(guān)系分析

高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)采用電磁式的曲軸位置傳感器，其信號(hào)波形類似于正弦波，如圖中的上面紅色波形，而下面綠色波形是霍爾式凸輪軸位置傳感器的信號(hào)方波。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)中曲軸位置信號(hào)是利用60-2個(gè)凸齒信號(hào)采集取樣的，它是上升沿觸發(fā)，缺齒位置表現(xiàn)為波形由負(fù)過(guò)零點(diǎn)再向正。飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)將在傳感器中產(chǎn)生磁變動(dòng)，這樣就產(chǎn)生了交流電壓，它的頻率是由轉(zhuǎn)速?zèng)Q定的，但轉(zhuǎn)速與空隙間隙決定著它的電壓幅值?？諝忾g隙和齒的尺寸是決定信號(hào)幅值的重要因素。當(dāng)電控單元某兩個(gè)下降沿之間的距離大于兩個(gè)齒間距，曲軸上止點(diǎn)缺齒信號(hào)即被發(fā)現(xiàn)。曲軸每轉(zhuǎn)一圈，系統(tǒng)就會(huì)收到一個(gè)曲軸上止點(diǎn)缺齒信號(hào)，并根據(jù)這個(gè)信號(hào)與曲軸位置保持“同步”，進(jìn)而確保系統(tǒng)能夠正確地控制噴油和正時(shí)。

如失去曲軸位置傳感器信號(hào)或凸輪軸位置信號(hào)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)將無(wú)法識(shí)別氣缸，ECU內(nèi)部計(jì)數(shù)器發(fā)生“溢出”現(xiàn)象，噴油器得不到觸發(fā)信號(hào)，此時(shí)起動(dòng)失敗。在測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)架上搭建①曲軸位置信號(hào)和②凸輪軸位置信號(hào)的波形采集，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示

5、總結(jié)

高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)電控的未來(lái)發(fā)展方向之一，它在各個(gè)方面都比常規(guī)柴油機(jī)具有優(yōu)勢(shì)。在柴油機(jī)起動(dòng)方面，常規(guī)柴油機(jī)存在著起動(dòng)困難，排放惡劣等問(wèn)題，高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)噴射過(guò)程和柴油機(jī)起動(dòng)過(guò)程的控制策略，分析和研究了噴射量、噴射壓力和燃油噴射。

高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，噴油器能夠開始噴油必須同時(shí)滿足的必要條件有：a.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不低于200r/min; b.共軌壓力要超過(guò)250bar;c.曲軸與凸輪軸信號(hào)要同步;d.曲軸信號(hào)應(yīng)大于2.5v的電壓。

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