电控高压共轨（精选十篇）
电控高压共轨 篇1
郭锐:电控高压共轨技术始于1996年,在欧美属于非常成熟的产品。以市场份额最大的德国博世为例,目前第三代产品已经非常成熟,第四代产品也进入了批产状态。
共轨系统主要被博世、电装、德尔福等外资企业所垄断。民族企业在共轨系统研发生产方面还存在较大的差距。民族企业当中做得相对较好的企业如辽宁新风,北京亚新科天纬等。民族企业在研发投入、应用匹配、制造技术以及生产管理等诸多方面都存在明显的差距。由于国内电控共轨发动机多是基于欧二机械式燃油系统粗犷式升级而成,共轨加工工艺技术不过关,难以承受高压,压力易出现波动,轨压传感器技术也不成熟,所以自主车用高压共轨产品的性能、精度与外资差距大,自主企业一直得不到整车厂、消费者与行业的认可。
外资在我国车用高压共轨市场形成了垄断,自主品牌生存空间极小。但是外资共轨企业在中国市场的产品布局主要放在了车用高压共轨市场,其在中国本土的总产能不足以支持国内车用与非道路高压共轨需求,所以非道路用发动机排放升级为自主品牌带来了新的市场与希望。国内自主高压共轨行业有开打“价格战”的苗头,依靠价格优势与外资相抗衡,目前是国内企业与外资及同行竞争抢夺市场的有效策略。但也将可能导致国内企业没有足够研发资金支撑国五、国六的技术升级,使自主品牌失去在下一轮竞争中市场与技术竞争优势。
马军刚:随着世界各国工程机械、运输车辆等数量增加,燃油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染原因之一,如何采取措施保护人类赖以生存的地球环境已是当务之急。我国自从2015年10月实施非道路三阶段排放法规后,电控高压共轨燃油喷射技术正是从众多方法和措施中脱颖而出的一项成功的控制燃油机污染排放的技术,业已成为各发动机厂不约而同地的主流技术路线。
高压共轨系统可实现传统喷油系统中无法实现的功能,其优点有4点:一是共轨系统中的喷油压力柔性可调,对不同工况可确定最佳喷射压力,从而优化燃油机性能。二是可独立地柔性控制喷油正时,配合高的喷射压力(120～200MPa),可同时控制NOx和微粒物(PM)在较小的数值内,以满足排放要求。三是柔性控制喷油速率变化,实现理想喷油规律,容易实现预喷射和多次喷射,既可降低燃油机NOx,又能保证优良的动力性和经济性。四是由电磁阀控制喷油,其控制精度较高,高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象,因此循环喷油量变动小,各缸供油不均匀可得到改善,从而减轻燃油机的振动和降低排放。
由于高压共轨系统具有以上的优点,现在国内外燃油机的研究机构均投入了很大的精力对其进行研究。国外在燃油机电控高压共轨燃油喷射系统方面的研究开展得较早而且比较深入,有多种共轨系统已经投产,并与整车进行了匹配应用。比较成熟的系统有德国博世的CRIN、日本电装公司的ECD-U2、美国康明斯的XPI等。
国内燃油机电控技术在起步方面晚于一些工业先进国家。但由于近年来需求方面的强劲拉动,已经在多个方面取得了一定的进步。首先是一些高校研究人员取得的成绩。国内的高校研究人员在燃油机电控技术方面的工作起步并不算晚,只是由于国内配套技术不健全,影响了其成果的产业化进程,但通过学习国外先进技术和自身的开拓性研究,掌握了燃油机电控系统的基本要素。其次是拿出了电控燃油机的示范样机。再次是总结撰写了一些技术专著,成为国内内燃机电控技术的早期书籍。最后是培养出了国内在内燃机电控方面的新生力量,为国内内燃机电控技术的发展提供了第一批专业人才。
这些高校专家对国内电控技术的主要贡献是完成了燃油机计算机控制系统的设计,为后续的控制系统的发展提供了最初的理念。他们还尝试制造出燃油机电控系统的控制器和执行器系统,主要是按照国外产品的理念,通过消化吸收提出了自己的设计理念。但由于国内加工制作条件的限制,这方面的一些工作在产业化应用上不是太成功。
电控高压共轨 篇2
EPROM、功率驱动/诊断模块和CAN通讯模块等部
2
分。模数转换器将传感器的模拟信号转换为数字信号以便CPU对其进行直接处理和计算;随机存储器
RAM用于对ECU数据进行在线实时修改;FlashE-PROM主要用于存储电控系统的各种标定参数，如MAP图、曲线和常量等，可重复擦写;E2PROM则用于存储系统错误及故障代码等信息;功率驱动/诊断
Bosch电控高压共轨系统是共轨
技术中的典型代表，具有其自身显著的优点，主要包括：1)高压喷射;2)独立柔性的喷射压力控制;3)精确柔性的喷油时刻控制;4)精确柔性的喷油量控制;5)多次喷射。其主要特点及参数如图7所示。
3.1高压喷射
为了进一步改善柴油机的燃烧
过程以及满足更为严格的排放法规要求，柴油机的喷射压力在不断的提高。试验证明，高的喷射压力将明显改善柴油和空气的雾化效果，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并有利于提高燃油经济性。
Bosch目前应用于中国商用车市
・11・
综述
汽车科技第5期209月
场的主要是其第二代高压共轨系统CRSN2(最大喷射压力为1600ar)和第三代高压共轨系统
着气缸的峰值爆发压力和最高燃烧温度。高的爆发压力和燃烧温度可以改善燃油经济性，但会导致
CRSN3(最大喷射压力可达1800bar)，可满足国3和国4的排放要求。
NOx排放增加。而电控高压共轨系统不依赖于转速
和负荷的喷射时刻控制能力，将是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平衡的关键技术。
Bosch电控高压共轨系统中，最佳的喷油时刻
不仅可根据发动机的转速和喷油量等工况要求预先标定在ECU内，还可根据冷却水温度、环境温度和大气压力对其进行实时修正，以实现在各种环境下喷油时刻的最优化。此外，ECU可通过曲轴位置和凸轮轴位置传感器来准确快速地识别当前柴油机的曲轴转角和上止点位置，并以电信号指令迅速给喷油器高速电磁阀加电以实现精确喷射。Bosch电控高压共轨系统不仅能精确计算和控制喷油时刻，其喷射时刻还可在-40°～30°的曲轴转角范围自由选
图7
BoschCRS主要特点和参数
取。配合高的喷射压力，可有效降低燃油消耗率并同时减少NOx和颗粒物(PM)的`生成，以满足排放要求。
3.2独立柔性的喷射压力控制
由于传统的柴油机燃油喷射系统的喷射压力
与柴油机的转速和负荷相关，这种特性对于低转速、部分负荷条件下的燃油经济性和废气排放非常不利[1]。而电控高压共轨系统的喷射压力与柴油机的转速和负荷相独立，因此成功解决了这一难题。对于应用Bosch电控高压共轨系统的柴油机，不仅在低转速和小负荷工况下能轻松实现高压喷射，还可根据性能和排放的要求对各种不同的工况自由设定其所需的最佳喷射压力，使柴油机在各种工况下的废气排放最低、经济性最好、动力性最强，在优化柴油机的综合性能上具有很大的自由度。
3.4精确柔性的喷油量控制
电控高压共轨系统中，其喷油量的大小主要取
决于当前的喷射压力和喷油器电磁阀的加电时间。一般，喷油器在某一压力下和一定加电时间下能喷出的油量需在油泵试验台上事先测定，即喷油器的喷油特性MAP测量，然后将此值存入ECU中。柴油机在正常工作时，ECU根据当前的转速和负荷需求计算出当前所需的喷油量大小，然后通过反查喷油器的喷油特性MAP，计算出当前轨压下所需的加电时间，再通过控制喷油器的电磁阀的加电时间来精确控制喷油量。
Bosch电控高压共轨系统除了可以自由设定喷
射压力，而且还可以根据发动机温度、环境温度和大气压力等环境参数对设定值进行实时修正，真正实现了喷射压力在各种环境下的最优化。此外，ECU采用PID控制策略对轨压实行闭环控制，通过接收共轨管上轨压传感器的信号，并与ECU内的轨压设定值相比较，PID控制器根据两者偏差实时调节高压油泵上油量计量单元的开度来实现轨压的精确控制，具有动态响应速度快、超调和波动小等特点。一般，轨压波动和轨压在动态过程中的超调量可控制在非常小的范围内。
Bosch电控高压共轨系统中，喷油器电磁阀的
加电时间以微秒为单位，可使每循环喷油量精确到毫克，而预喷油量可因此控制在1～2mg之间。同时，喷油器的良好一致性保证各缸间及每次喷射间的偏差最小化。此外，ECU的相关自学习软件功能还可补偿喷油器的喷油特性在使用寿命内的细微漂移。因此，对于匹配Bosch高压共轨系统的柴油机，其循环喷油量变动小，各缸喷射均匀，可大大减轻柴油机的噪声和振动并降低有害物的排放。
3.5多次喷射(Multi-injections)
由于传统的机械式燃油喷射系统不能实现多次
3.3精确柔性的喷油时刻控制
在柴油机高速工况下，柴油的喷射过程只有千
喷射，这对降低发动机噪声、排放和改善冷起动方面很不利。而电控高压共轨系统则能轻易实现多次喷射功能，大大提高了柴油机的综合性能。多次喷射可
电控高压共轨 篇3
58岁的宜兴人朱剑明是所长。十余载，他带领一群工程师，在孤独无援的状态下，摘下了汽车制造“皇冠上的明珠”——电控共轨燃油喷射系统（以下简称“电控共轨系统”）。
发动机是汽车的“心脏”，电控共轨系统则是发动机的“起搏器”，是决定柴油发动机（以下称柴油机）降音、降振和节能减排等诸多指标的关键。
虽然这一技术覆盖中高端轿车、客车、货车、工程车及军用车辆、舰船等，用途广泛，但在自上世纪90年代末以来的研发过程中，中国团队纷纷缴械。
假如把这项科研攻关及其产业化进程视作一场战役，朱剑明和他的同事就是中国最后的坚守者。合作伙伴难觅，跨国巨头步步紧逼，他们仍然使中国成为继美、德、日之后第四个掌控电控共轨系统技术的国家。
如今，这些工程师们正在继续牵头攻克国产电控共轨系统领域的瓶颈——精密机床，如此他们的成果才可能迎来更大规模的产业化。
在小会客厅的暖阳下，身材魁梧、性情随和的朱剑明一边处理报告，一边告诉《瞭望东方周刊》：“电控共轨大规模民用只在这两三年，我们敢卖5000元，外国公司就不敢卖1万元。”
从乡农机厂到无油所
一段插队时乡农机厂的工作经历，让35年前的朱剑明萌生学习农业机械的想法，不曾想柴油机成为了他的毕生追求。
“文革”期间，中学生朱剑明从小镇青年下乡变成山里农民，“户口也迁到村里，那时候觉得自己这一辈子就这样了”。
朱剑明学东西上手快，不久调到公社农机厂学修农机。在“农业机械化”的口号下，自己修过的拖拉机驶入田间，成为他知青生活的美好记忆。
1979年春，朱剑明得到了来之不易的高考机会。填报志愿时，他全部填报内燃机专业。进入现属江苏大学的镇江农业机械学院后，他才明白内燃机不局限于农业机械。虽然“当时母校是重点大学，是农业机械最好的学校，不过学得都比较简单”。
毕业后朱剑明被分配到成立仅三年的无油所，这是原机械工业部研究油泵油嘴的唯一归口机构。
对油泵油嘴如此之窄的专业还设置一个与企业分立的研究机构，是计划经济体制的产物。当时国际上只有苏联、中国各有一家专门的油泵油嘴研究机构。苏联解体后，全球就只剩下无油所这一家。
朱剑明进所之初，主要为内燃机厂商提供“农业配套”的技术支持，几年后便随整个研究所转入“汽车内燃机配套”的技术支持。
上世纪80年代末，“猫论”深入人心，科研所对科研人员考核的唯一指标就是为单位创造多少经济效益，无油所也不例外。
朱剑明开始为柴油机厂商设计零配件。不久无油所成立中试厂，专门给发动机厂商生产气门弹簧，技术骨干朱剑明担任厂长。
“虽然厂子效益不错，但无油所研发水平倒退很快。那时国家总体科研水平应当是削弱的。”三年后，朱剑明升任无油所主管科研的副所长，中试厂成为无油所控股的合资企业。
上世纪90年代中期，改革给研究机构带来巨大压力，无油所只能下海或者加入大企业。在朱剑明的促成下，无油所成为全国第一个改制并加入企业的科研院所。
那是1994年3月，原机械工业部在北戴河召开科研体制改革会议。朱剑明代表无油所参会，与一汽集团总工程师住一个房间。两人谈及此事，正好一汽集团也想弥补柴油机研发空白，双方一拍即合。
此后，无油所冠名“一汽无锡油泵油嘴研究所”，也保留了“机械工业部无锡油泵油嘴研究所”的名称。
技术革命前夜的焦虑
新千年降临的前几年，人到中年的朱剑明时常处于焦虑之中。
全球柴油机行业正悄然换代，电控共轨系统一夜间取代机械式喷油系统。在这场技术革命中，中国的科研工作者纷纷败下阵来，如果连“归口单位”无油所也放手，中国人就彻底放弃了。
1995年前，全球同行尚未对电控共轨系统的未来达成共识，整车公司一汽集团内部也没有统一看法。朱剑明等所领导有些孤注一掷地决定要研发电控共轨技术。
时任研究所制造技术部部长唐维平，如今满头银发。他向本刊记者回忆：“当时虽然工业信息化比较朦胧，但机电一体化已经出现，共轨技术比过去的单体泵机电一体化更加综合，所以我们认准它是未来方向。”
随后的柴油机技术革命，证明了他们的判断。在1997年日本东京国际汽车博览会上，全球汽车巨头们都展示了采用电控共轨技术的概念轿车。
形势已然明朗，中国几乎所有内燃机方向的研究所、高校都开始研究电控共轨技术。1996年开始，无油所与世界最早研究电控共轨技术的美国科学院院士、两届美国汽车工程师协会主席约翰.贝克合作，掌握电控中压共轨技术，制造了中国第一辆电控共轨卡车。
这成果原本值得庆幸，然而2001年春天，朱剑明带队参观全球行业领导者德国博世公司的电控高压共轨系统时，大吃一惊——差距巨大，甚至连提升的余地都没有。他们只好放弃了美国人的技术路线。
不过，这段插曲也让朱剑明团队“第一次知道了共轨系统是怎么回事”。
电控高压共轨系统，最难的是超精加工。它对加工精度几乎吹毛求疵：举喷油器一例，杆、孔间隙不能超过3000纳米，空气中任何一粒灰尘的落入，都会卡死零件。
但是，只有如此精度才足以保证机器每分钟旋转2000次、喷1000次油，而且不会漏油。
虽然曾经雄心勃勃，但2000年前后，中国所有从事此类研究的机构纷纷缴械，“实在太难了”。
在中国，电控共轨系统的生产设备——机床加工工业也落后于西方两个时代。博世公司早已用机器自动装配精密偶件，中国还依靠老师傅的手感，如老黄牛般精耕细作。
“我们一直没有停，共轨太重要了，是全世界认为汽车最难的技术、未来的发展方向。”此时朱剑明已担当所长，可以想象他当时远不如今天神情悠然。
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难寻同路人
无油所只是一家科研机构，首先需要找一个具备加工制造能力的伙伴。
他们曾试图联合国内最大的燃油系统生产商共同研发，对方也融资十几亿元瞄准电控共轨系统，双方一度签订了合作意向书。
然而，对方领导到德国参观博世公司之后，认为“我们搞不成，两辈子也赶不上博世的水平”。
此后，这家集团与博世合资，与自主研发渐行渐远。由于丧失独立研发能力，他们现在虽能在欧II标准市场获利，但进入欧Ⅲ及以上市场挑战极大。
朱剑明也曾找到另一家原机械工业部直属的大连油泵油嘴厂和瑞士一家厂商，结果都不理想。
包括中国强大的军工企业，虽然能生产火箭、航天器这类尖端产品，也不具备这样的能力。
朱剑明咨询国内精密仪器领域唯一的中科院院士，他说：“真要做，你们就得自己做。”
为了进口昂贵的生产设备，此后连续多年，无油所的工程师们都在电风扇下度过江南的夏天。
尽管无油所刚刚起步，国际巨头并没有忽略这家小研究所，他们高薪挖墙脚。到2005年，朱剑明麾下包括电控共轨项目副主任等内的二三十人被陆续挖走。后来这家外国公司的大客户一汽集团领导亲自出面，才阻止住对方的“釜底抽薪”。
2006年，中央电视台《新闻联播》的一条消息在汽车界一石激起千层浪：无油所研发出电控共轨系统，并在上海、无锡30多辆公交车上装车试用！
那天晚上，心潮澎湃的朱剑明独自来到院子里，走向史绍熙院士铜像，高喊：“我们成功啦！史先生，我们实现了您老人家的梦想！”
史绍熙曾担任无油所名誉所长，他是中国高校内燃机专业的开创者、复合式燃烧系统的发明人，过世前几年仍对电控共轨系统念念不忘。
此后，朱剑明再次带队考察博世公司，就一个地方也看不了了。博世公司不相信无油所能够自主研发，想方设法拿到样品，做知识产权调查，结果无疾而终。
唐维平告诉本刊记者：“朱所长不断强调不能侵犯别人的知识产权。为什么我们走了这么久，就是为了避开专利。”
无油所自2003年开始在每个部门都设立知识产权小组，为关键技术避开国外专利，同时几年间申请了150多个发明专利。
走中国的路
2008年北京奥运会前夕，中国柴油机市场遭遇前所未有的危机。
当时中国政府承诺汽车排放达到欧Ⅲ标准，但国内电控共轨技术仍不具备产业化能力。
几家跨国公司认定中国只能用他们的技术，到北京游说。如果采纳他们的意见，不仅中国的柴油机市场将拱手让人，国内所有的油泵油嘴厂也将全部倒闭。
其实在欧洲，柴油车在乘用车中的比重已超过40%。在国内，虽然受到政策限制，柴油机主要搭配在SUV车型当中。但从目前势头来看，一方面是柴油机解禁的趋势日渐明显，另一方面使用柴油机的豪华SUV市场愈加扩大。
此外，柴油机还涉及国防等特殊领域：它是军用卡车和工程车辆的最佳选择，也涉及海军装备等。没有中国自己的先进柴油机，中国军队的双腿就束缚在别人手中。
原国家环保总局以及国家发改委几位负责人心情急切，几次去无锡找曾经率先突破欧I、欧II技术方案的无油所。
最终，无油所成功改造机械泵，达到欧Ⅲ标准，国内八成以上的汽车采用此技术，每辆车节省成本两三万元。
朱剑明自有一套理论：“中国的国情是老百姓喜欢价廉物美的东西，技术不是唯一和最重要的。我们的排放要求、技术、市场、法规与国外起码有七八年的时间差，这就给我们发展和改变留下空间，如果完全步国外老路，我们的优势就没有了，只能受制于人。”
其后，无油所在电控共轨技术产业链上一路攀爬，电控共轨柴油喷射系统、发动机进气系统、汽车尾气排放后处理、电子控制等发动机关键技术逐一被解决，至此，掌控了共轨核心技术全产业链。
“我们现在应该策划一个合理的商业模式，瓦解跨国公司的捆绑策略，缩小行业差距，最终赢得话语权。”朱剑明建议。
2009年，唐维平代表无油所参加中国汽车装备创新联盟的会议。在他发言时，国家重点专项相关负责人未等他开口就问：“共轨的重要性不要讲，讲一讲为什么到现在还拿不出来，到底什么时候拿出来。”
电控共轨技术2005年就可以批量生产，但要大规模产业化，没有可靠、高精度和生产效率高的精密机床，无法实现。
国内生产企业几乎没有类似机床，只有无油所有一套昂贵的进口设备。如果全部依赖进口设备，成本必然高过国外公司。
次年，无油所向工信部申请“04专项”，专为实现高端机床的国产化。
这个全称“电控共轨柴油喷射系统制造技术与关键设备的研发及应用”的项目，开创了国内机床专项以“用户需求”为导向的模式，由无油所总牵头，国内九家生产厂商联合开发。
“西方工业化几百年了，我们这一代人要改变局面，就得付出成倍的代价。”朱剑明告诉《瞭望东方周刊》，从那时起他们的科研例会都放在周日，以不影响团队的平日工作。
令老专家钱闯印象深刻的是，2013年底，朱剑明下楼梯踩空，双脚骨折。晚上开完会朱剑明才去医院，第二天又坐着轮椅现身办公室，之后几个月天天如此。
现在朱剑明团队已在附近山麓租赁了几处厂房，用作电控共轨的生产基地。
“我们即将启动第二期，开发一些禁运设备，同时进一步提高设备可靠性、精度保持性、生产效率。2016年后，此类项目的中国高端机床不再依赖进口，国产电控共轨也可以实现大规模民用了。”朱剑明说。
“通过三级火箭，我们最终与国外完全同步。”最近“04专项”通过验收，朱剑明成竹在胸。
高压共轨柴油机电控系统设计 篇4
电控系统用电负荷复杂多样, 工作环境电磁干扰强烈, ECU必须能够抵御任何外部的电磁干扰, 除了采取线性滤波、合理的线路板布局、屏蔽措施等, 正确的电源设计可以有效减少有源干扰。为使柴油机总体满足各项性能指标, 电控系统电源设计必须具有高功率密度、高效率和高可靠性, 因此本系统不采用封装完好的模块式电源, 尚且没有现成产品, 而在功率半导体器件选择、拓扑结构研究、控制电路设计以及器件的排列布局等优化设计方面作充分考虑。随着电子技术的飞速发展, 多年来不断涌现的集成DC-DC电源控制器提供了越来越好的性能, 本系统电源主控制电路采用自主设计的非隔离型D C-DC变换器电路满足了柴油机各部件对电源系统的要求。
电源总体设计
电源设计总体结构及组成见图1, ECU由24V蓄电池供电, ECU对电源的要求是电源电压调整率低, 稳定性很好, 输入电压波动对输出电压的影响很小, 电压温度系数小, 当坏境温度变化时, 能有效抑制输出电压的漂移, 保持输出电压稳定, 电源的稳定度、输出电阻、纹波电压及温度系数等各项技术指标因具体电路各有侧重, 大多数电路为单5V电源。
CPU需要2.6V、3.3V、5V, 电磁阀调制需要±12V电源, 110V电源驱动喷油器电磁阀打开, 24V电源提供电磁阀维持电流, CAN通信的接口电路需要5VDC/DC隔离, 故障诊断仪供电5VDC/DC隔离, 电流稍大一些, 各传感器要求5V独立供电, 需要四路低电平输出驱动指示灯等的功率电源, 两路高电平输出驱动VNT和PCV阀的功率电源, 在起动或蓄电池过放电时, 蓄电池电压有可能低至16V, 在蓄电池过充电时能高达28V, 车体供电可能出现异常高压, ECU要求供电在16～48V波动时仍能维持正常运转。ECU电源模块包括高压模块、片内供电模块和外部供电模块。高压模块采用自行设计的开关电源, 具有结构小巧、工作效率高、电压稳定、带载能力强等特点, 达到了系统的要求。片内供电模块采用多通道输出的DC/DC电源模块, 具有处理电路少、稳定性和可靠性高的优点。外部供电模块采用电压可调的DC/DC电源模块, 采用高效磁性材料设计专用变压器, 提供4组带隔离的电压输出。同时电源系统设计满足电磁兼容要求, 且具有过流过压保护, 不因外界有害电压或电流的冲击而损坏, 通过电源检测电路和故障诊断策略确保ECU安全可靠工作。
硬件电路设计
1.电源滤波
电磁干扰EMI是指任何能中断、阻碍、降低或限制通信电子设备有效性能的电磁能量, 它分为传导干扰和辐射干扰, 电源EMI滤波器是一种抑制传导发射和辐射发射非常有效的方法, 根据电磁环境水平、带载能力以及阻抗匹配, 选择20A电源滤波器, 紧密布置在电源进ECU入口端, 考虑到充分利用有限的ECU空间以及可维修性, 通过螺柱悬空固定电源EMI滤波器。
2.CPU电源
采用英飞凌公司推出的多通道电压输出电源芯片T L E6368, 该芯片适用于汽车等12V/24V/42V电源网络, 专门为要求2.6V、3.3V、5V的32位微处理器提供电源。具有如下特征:效率高, 5.5～60V的宽输入电压范围, 电磁辐射低, 开关损耗小, 六路独立的5V/17mA电压输出可用于外部传感器供电, 三个独立欠压检测电路 (如复位、预警等) , 跟踪控制和诊断SPI, 所有输出都有短路保护。
3.模拟电源
选用LM2587单片开关式集成稳压器, 该稳压器是新型高效节能稳压电源, 其电源效率可达90%以上, 由于它把开关功率管集成在芯片中, 所以不仅性能优良, 而且外围电路简单, 输入电压为4～40V, 输出电流为5A, 开关频率为100kHz, 具有输出电流保护和热关断功能, 尤其适用于多电压输出场合。
该电路的工作原理为:若由于输入电压或负载电流以及内部参数变化, 引起输出直流电压VO波动, 取样回路立即将波动信号送入误差放大器, 且与基准电压比较, 然后将放大后的信号送至脉宽调制回路, 使脉宽调制器的脉冲占空比发生变化, 再将它送给功率开关调制管, 改变调整管的输出, 结果使稳压电源的直流输出电压VO维持不变。
4.通信及诊断电源
通过低压差线性稳压器LM3940实现稳压, 低压差线性稳压器的突出优点是具有最低的成本、最低的噪声和最低的静态电流, 它的外围器件也很少, 通常只有一两个旁路电容, 与传统的线性稳压器相比, 它的最大优点是输入输出压差很低, 经过稳压作用, 可以使整流滤波后的纹波电压大大降低。
5.传感器电源
电压跟随器TLE4250作为传感器电源, 成本低, 能有效防止传感器短路对控制器产生冲击, 采用很小的SMD封装, 具有较宽的输入电压范围, 能输出最大50mA的电流, 并对过温、反接、短路等进行保护 (见图2) 。
6.升压电路
采用脉宽调制方式实现升压, 控制电路通过被控信号与基准信号的差值进行闭环反馈, 从而调节占空比, 推动开关功率管的开与关, 使开关电源能够根据敲阀造成的高压能量损耗降低得到及时补充达到稳定。在设计中, 控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说十分重要, 采用不同的检测信号和不同的控制电路会有不同的控制效果, 本系统采用定频控制方式的电压电流联合控制, 采用数字电位器通过用数字信号改变其阻值, 从而改变升压电流与电源。
为了降低升压电路功率损耗, 选用低导通电阻和快速开关速度的高功率MOSFET管, 选用合适的驱动电路, 降低开关管的导通和关断损耗, 选用合适的开关频率, 开关频率越低, 开关管及升压电感的开关损耗就越小, 但最小不能小于20kHz, 输出整流选用肖特基二极管, 输出滤波电容采用多个并联, 降低电容的ESR, 升压电路的控制速度、效率、功耗很大程度上都是由PWM比较器决定, 电路的反应速度与输入信号差的绝对值有关, 该绝对值越大, 反应速度也越快 (见图3) 。
7.高低位电源开关
选用BTS432作为高位电源开关, BTS432导通电阻38mΩ, 负载电流11A, 操作电压4.5～42V, 电压具有负载突降和电池反接保护、负电压输出箝位、短路保护、电流限制、热关断、诊断反馈、开路检测、CMOS兼容输入、过压保护、欠压与过压关断等特点。
选用TLE6220作为低位电源开关, TLE6220是低端智能功率电源开关, 具有如下功能:短路保护、过热保护、过压保护、八位串行数据输入和诊断输出, 包括负载开路检测、对地短路检测、对电源短路检测、低静态电流、u C兼容输入, 特别适合电源管理和动力总成系统, 本系统采用两片低位开关通过级联方式, 提供八路低位电源开关。
8.电源检测及复位
电源的瞬间异常变化会导致电控系统巨大的损失, E C U多数器件对其工作电压要求较高, 偏差不能超过5%, 一旦工作电压超出该偏差, 长时间工作容易缩短器件寿命甚至烧毁, 需要对电源状态进行监测和分析, 以加强防范措施, 限制强干扰源, 保证电源可靠工作。
本系统所有电源都设计检测电路, 通过合理分压, 分配到QADC不同通道, 包括八路传感器供电输出、5V电压基准、逻辑5V电压、24V蓄电池电压、高压电压、±12V电压。复位电路包括上电复位、通用看门狗复位电路、集成看门狗复位电路。
电源控制与诊断
1.TLE6368的控制与诊断
通过一个标准的16位SPI接口作为控制和诊断, 可以通过对相应寄存器写控制命令, 热启动复位时间, 看门狗触发使能, 看门狗激活或关闭时间, 六路5V输出单独关闭或打开, 通过读相应寄存器读TLE6368工作状态, 包括芯片正常操作与预警, 各个5V输出开, 关闭或短路, 冷热起动, 看门狗操作是否正常, 2.6V、3.3V、5V, 是否工作正常等。
2.TLE6220的控制与诊断
TLE6220主要用来指示发动机运行状态, 控制可以有并行和串行两种模式, 并行输入和对应的串行位可以是“AND”或“OR”, 通过SPI编程指定, 分别控制四路低位开关输出, 只能是通过SPI进行串行诊断, 时钟下降沿采样数据输入, 时钟上升沿进行数据输出, 通过控制命令符对芯片编程, 控制命令符由四位控制位与四位数据位组成。
首先通过写命令AXH进行SPI口自诊断, 如果SPI工作正常, 可以通过控制符OXH只进行诊断功能, 不控制输出, 而且只返回当前状态, 控制符CXH表示读出并行控制方式各通道的输入信号与诊断状态, 控制符0 0 1 1D3 D2 D1 D0执行并行与串行或控制, 控制符1 1 1 1 D3D2 D1 D0执行并行与串行与控制, 诊断输出码规定如图4所示。
结语
高压共轨燃油系统主要部件介绍 篇5
共轨式喷油系统于二十世纪 90 年代中后期才正式进入实用化阶段，这类电控系统可分为：蓄压式电控燃油喷射系统、液力增压式电控燃油喷射系统和高压共轨式电控燃油喷射系统。高压共轨系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能，其优点有：
a.共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。
b.可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力( 120MPa~200MPa )，可同时控制 NOx和微粒( PM )在较小的数值内，以满足排放要求。
c.柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx，又能保证优良的动力性和经济性。
d.由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。
由于高压共轨系统具有以上的优点，现在国内外柴油机的研究机构均投入了很大的精力对其进行研究。比较成熟的系统有：德国 ROBERTBOSCH 公司的 CR 系统、日本电装公司的 ECD-U2 系统、意大利的 FIAT 集团的 unijet 系统、英国的 DELPHIDIESELSYSTEMS 公司的 LDCR 系统等。
二、高压共轨燃油喷射系统主要部件介绍
图 1 为高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成图。它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。
1 、高压油泵
高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。
bosch 公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞泵来产生高达 135Mpa 的压力。该高压油泵在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统高压油泵的 1/9 ，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压共轨腔中的压力的控制是通过对共轨腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在喷油量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞泵中的一个压油单元使供油量减少。
日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列泵来产生高压，如图 2 所示。该高压油泵对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图 3 所示。
a柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔;
b柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔;
c在达到供油量定
一、前言
共轨式喷油系统于二十世纪 90 年代中后期才正式进入实用化阶段。这类电控系统可分为：蓄压式电控燃油喷射系统、液力增压式电控燃油喷射系统和高压共轨式电控燃油喷射系统。高压共轨系统可实现在传统喷油系统中无法实现的功能，其优点有：
a.共轨系统中的喷油压力柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机综合性能。
b.可独立地柔性控制喷油正时，配合高的喷射压力( 120MPa~200MPa )，可同时控制 NOx和微粒( PM )在较小的数值内，以满足排放要求。
c.柔性控制喷油速率变化，实现理想喷油规律，容易实现预喷射和多次喷射，既可降低柴油机 NOx，又能保证优良的动力性和经济性。
d.由电磁阀控制喷油，其控制精度较高，高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象，因此在柴油机运转范围内，循环喷油量变动小，各缸供油不均匀可得到改善，从而减轻柴油机的振动和降低排放。
由于高压共轨系统具有以上的优点，现在国内外柴油机的研究机构均投入了很大的精力对其进行研究。比较成熟的系统有：德国 ROBERTBOSCH 公司的 CR 系统、日本电装公司的 ECD-U2 系统、意大利的 FIAT 集团的 unijet 系统、英国的 DELPHIDIESELSYSTEMS 公司的 LDCR 系统等。
二、高压共轨燃油喷射系统主要部件介绍
图 1 为高压共轨电控燃油喷射系统的基本组成图。它主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。
1 、高压油泵
高压油泵的供油量的设计准则是必须保证在任何情况下的柴油机的喷油量与控制油量之和的需求以及起动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生于燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮，
bosch 公司采用由柴油机驱动的三缸径向柱塞泵来产生高达 135Mpa 的压力。该高压油泵在每个压油单元中采用了多个压油凸轮，使其峰值扭矩降低为传统高压油泵的 1/9 ，负荷也比较均匀，降低了运行噪声。该系统中高压共轨腔中的压力的控制是通过对共轨腔中燃油的放泄来实现的，为了减小功率损耗，在喷油量较小的情况下，将关闭三缸径向柱塞泵中的一个压油单元使供油量减少。
日电装公司采用了一个三作用凸轮的直列泵来产生高压，如图 2 所示。该高压油泵对油量的控制采用了控制低压燃油有效进油量的方法，其基本原理如图 3 所示。
a柱塞下行，控制阀开启，低压燃油经控制阀流入柱塞腔;
b柱塞上行，但控制阀中尚未通电，处于开启状态，低压燃油经控制阀流回低压腔;
c在达到供油量定
时时，控制阀通电，使之关闭，回流油路被切断，柱塞腔中的燃油被压缩，燃油经出油阀进入高压油轨。利用控制阀关闭时间的不同，控制进入高压油轨的油量的多少，从而达到控制高压油轨压力的目的;
d凸轮经过最大升程后，柱塞进入下降行程，柱塞腔内的压力降低，出油阀关闭，停止供油，这时控制阀停止供电，处于开启状态，低压燃油进入柱塞腔进入下一个循环。
该方法使高压油泵不产生额外的功率消耗，但需要确定控制脉冲的宽度和控制脉冲与高压油泵凸轮的相位关系，控制系统比较复杂。
2 、共轨管
共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用， ECD-U2 系统的供轨管如图 4 所示。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波动控制在 5Mpa 之下。但其容积又不能太大，以保证共轨有足够的压力响应速度以快速跟踪柴油机工况的变化。 ECD-U2 系统的高压泵的最大循环供油量为 600mm3 ，共轨管容积为 94000mm3 。
高压共轨管上还安装了压力传感器、液流缓冲器(限流器)和压力限制器。压力传感器向 ECU 提供高压油轨的压力信号;液流缓冲器(限流器)保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力波动;压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅速将高压油轨中的压力进行放泄。
从上述分析可见，精确设计高压共轨管的容积和形状适合确定的柴油机是并不容易的。
3 、电控喷油器
电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用根据 ECU 发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。
BOSCH 和 ECD-U2 的电控喷油器的结构基本相似，都是由于传统喷油器相似的喷油嘴、控制活塞、控制量孔、控制电磁阀组成，图 5 为 BOSCH 的电控喷油器结构图。在电磁阀不通电时，电磁阀关闭控制活塞顶部的量孔 A ，高压油轨的燃油压力通过量孔 Z 作用在控制活塞上，将喷嘴关闭;当电磁阀通电时，量孔 A 被打开，控制室的压力迅速降低，控制活塞升起，喷油器开始喷油;当电磁阀关闭时，控制室的压力上升，控制活塞下行关闭喷油器完成喷油过程。
控制了喷油率的形状，需对其进行合理的优化设计，实现预定的喷油形状。控制室的容积的大小决定了针阀开启时的灵敏度，控制室的容积太大，针阀在喷油结束时不能实现快速的断油，使后期的燃油雾化不良;控制室容积太小，不能给针阀提供足够的有效行程，使喷射过程的流动阻力加大，因此对控制室的容积也应根据机型的最大喷油量合理选择。
控制量孔 A 、 Z 的大小对喷油嘴的开启和关闭速度及喷油过程起着决定性的影响。双量孔阀体的三个关键性结构是进油量孔、回油量孔和控制室，它们的结构尺寸对喷油器的喷油性能影响巨大。回油量孔与进油量孔的流量率之差及控制室的容积决定了喷油嘴针阀的开启速度，而喷油嘴针阀的关闭速度由进油量孔的流量率和控制室的容积决定。进油量孔的设计应使喷油嘴针阀有足够的关闭速度，以减少喷
油嘴喷射后期雾化不良的部分。此外喷油嘴的最小喷油压力取决于回油量孔和进油量孔的流量率及控制活塞的端面面积。这样在确定了进油量孔、回油量孔和控制室的结构尺寸后，就确定了喷油嘴针阀完全开启的稳定、最短喷油过程，同时就确定了喷油嘴的稳定最小喷油量。控制室容积的减少可以使针阀的响应速度更快，使燃油温度对喷油嘴喷油量的影响更小。但控制室的容积不可能无限制减少，它应能保证喷油嘴针阀的升程以使针阀完全开启。两个控制量孔决定了控制室中的动态压力，从而决定了针阀的运动规律，通过仔细调节这两个量孔的流量系数，可以产生理想的喷油规律。
由于高压共轨喷射系统的喷射压力非常高，因此其喷油嘴的喷孔截面积很小，如 BOSCH 公司的喷油嘴的喷孔直径为 0.169mm × 6 ，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态，油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。
对于喷油器电磁阀，由于共轨系统要求它有足够的开启速度，考虑到预喷射是改善柴油机性能的重要喷射方式，控制电磁阀的响应时间更应缩短。关于电磁阀的研究已由较多的文献报道，本文不再对此进行分析。
4 、高压油管
高压油管是连接共轨管和电控喷油器的通道，它应有足够的燃油流量减小燃油流动时的压降，并使高压管路系统中的压力波动较小，能承受高压燃油的冲击作用，且起动时共轨中的压力能很快建立。各缸高压油管的长度应尽量相等，使柴油机每一个喷油器有相同的喷油压力，从而减少发动机各缸之间喷油量的偏差。各高压油管应尽可能短，使从共轨到喷油嘴的压力损失最小。 BOSCH 公司的高压油管的外经为 6mm ，内径为 2.4mm ，日本电装公司的高压油管的外经为 8mm ，内径为 3mm 。
三、结束语
高压共轨柴油机电控技术分析与研究 篇6
关键词：电控高压共轨,燃油喷射技术,燃油喷射系统,控制原理,控制功能
1 电控高压共轨燃油喷射技术的优越性
电控高压共轨燃油喷射系统突出的优点主要体现以下几个方面:
1) 广阔的应用领域, 通过先进的燃油共轨电控喷射技术的使用, 柴油机的燃油喷射更均匀, 燃烧控制更为精准, 使柴油机能够不断降低燃烧噪声, 得到更高的比功率 (用于轻型机动车, 每缸功率可达30k W;用于重型机动车, 每缸功率可达200k W) , 在各种机动车辆上得到更广泛的应用。
2) 柴油机具有能耗低、功率大的优势, 使用先进的燃油共轨电控喷射技术后, 能够在较少改动柴油机本身结构的情况下, 可以极大地改善污染物的排放, 使柴油机更好地达到节约能源保护环境的目的。
3) 喷油压力与柴油机实际使用工况相适应, 在电子控制共轨燃油喷射系统中, 喷油压力的建立与燃油喷射之间无互相依存的关系, 喷油压力不取决于发动机转速和喷油量。在高压燃油存储器即“共轨”中, 始终充满喷射用的具有一定压力的燃油。喷油量由电子控制单元通过计算决定, 受到其他制约条件很少。
4) 自由调节喷油压力 (即共轨压力控制) 。通过控制共轨压力而控制喷油压力。利用共轨压力传感器测量燃油压力, 从而调整供油泵的供油量、调整共轨压力。此外, 还可以根据发动机转速、喷油量的大小与设定了的最佳值 (ECU输出的指令值) 始终一致地进行反馈控制。喷油压力目前可达160MPa, 不久的将来可以达到200MPa。喷油正时和喷油压力在ECU中由存储的特性曲线谱 (MAP) 算出。然后由电磁阀控制装在每个发动机气缸上的喷油器予以实现。
5) 自由调节喷油量, 根据发动机的转速和喷油量等参数, 计算出最佳喷油时间, 并通过电磁阀来控制喷油器, 使其适当的时刻开启, 在适当的时刻关闭等, 从而准确控制喷油时间;并可以实现预喷射、主喷射和后喷射, 根据发动机的实际需要等要求实现多段喷射。
2 电控高压共轨燃油喷射系统的组成与控制原理
2.1 电控高压共轨燃油喷射系统的组成
2.1.1 电子控制系统。
传感器:传感器有曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器、冷却液和燃油温度传感器、空气流量计、加速踏板位置传感器、增压压力传感器等;柴油机电控单元 (ECU) :根据各传感器输入信号和内存程序, 计算出共轨油压、喷油量和喷油开始时刻, 并向执行元件发出执行令信号;执行元件:执行ECU的指令, 调节柴油机的喷油量和喷油正时。执行元件为电磁喷油器、压力控制阀、增压压力调节器等。
2.1.2 燃料供给系统。
燃料供给系统主要由供油泵 (高压泵) 、共轨和喷油器组成.燃料供给系统的工作原理:供油泵将燃油加压成高压油后供入共轨内, 共轨实际上是一个燃油分配管, 存储在共轨内的高压燃油在适当时刻通过喷油器喷入发动机气缸内, 电控共轨系统中的喷油器是由电磁阀控制的喷油阀, 电磁阀的开启和关闭由电子控制单元控制。
2.2 电控高压共轨燃油喷射系统的控制原理
电控高压共轨燃油喷射系统的工作原理.燃油由发动机凸轮轴驱动齿轮泵经滤清器从油箱中抽出, 通过一个电磁紧急关闭阀流入供油泵。此时的压力约0.2MPa, 然后油流分为两路:一路经安全阀上的小孔作为冷却油通过供油泵的凸轮轴流入压力控制阀, 然后流回油箱;另一路充入3缸供油泵。在供油泵内, 燃油压力上升到135MPa, 进入共轨。共轨上有个压力传感器和一个通过不断导通和切断油路来控制流量的压力调节阀, 用这种方法来反复调节共轨油压使其达到电子控制单元 (ECU) 设定的共轨压力。
高压燃油从共轨流入喷油器后又分为两路:一路直接喷入燃烧室;另一路在喷油期间与针阀导向部分和控制柱塞处泄露出的燃油一起流回油箱。
在电控高压共轨燃油系统中, 由各种传感器 (如发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、空气流量计、各种温度传感器等) 实时检测发动机的实际运行状态, 由电子控制单元根据预先设计的程序进行计算后, 求出适合于该运转状态的喷油压力、喷油量、喷油时间、喷油率模型等参数, 使发动机始终都能处于最佳工作状态。
3 高压共轨柴油机电控系统的主要控制功能
3.1 燃油喷射控制
燃油喷射控制主要包括:喷油量控制、喷油正时控制、喷油速率控制和喷油压力控制等。
喷油量控制:柴油机电控燃油喷射系统最主要的控制功能之一。在起动、怠速、正常运行等各种工况下, ECU根据发动机转速信号、负荷信号 (加速踏板位置信号) 和内存控制模型来确定基本喷油量, 再根据冷却液温度信号、进汽温度信号、起动开关信号、空调开关信号、反馈信号等对喷油量进行修正。
喷油正时控制:柴油机电控燃油喷射系统最主要的控制功能之一。在柴油机电控燃油喷射系中, ECU根据发动机转速信号、负荷信号和内存的控制模型来确定基本的供 (喷) 油提前角, 再根据反馈信号进行修正。
喷油速率控制:ECU以柴油机转速信号和负荷信号作为主控信号, 按预设的程序确定最佳喷油速率和喷油规律。
喷油压力控制:ECU以柴油机转速信号和负荷信号作为主控信号, 按预设的程序确定最佳喷油压力, 并对喷油压力进行闭环控制。
3.2 怠速控制
柴油机的怠速控制主要包括怠速转速控制和怠速时各缸均匀性的控制。
怠速控制转速的控制:怠速工况时, ECU以柴油机转速信号和负荷信号作为主控信号, 按内存程序确定怠速时的喷油量, 并根据冷却液温度信号、进气温度信号、空调开关信号、转速 (反馈) 信号等, 对怠速喷油量进行修正控制, 使怠速转速保持稳定。
各缸均匀性的控制:在共轨式柴油机电控燃油喷射系统中, 由ECU分别对各缸的喷油器进行顺序喷射控制, ECU可以通过精确测定曲轴转速, 根据各缸作功行程中曲轴转速的变化确定各缸喷油量的偏差进行补偿调节。
3.3 进气控制
柴油机的进气控制主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。
进气节流控制:ECU主要根据柴油机转速信号和负荷信号, 控制设在进气管中的节气门开度, 以满足不同工况对进气流量的不同要求。
进气涡流控制:ECU以柴油机转速和负荷作为主控制信号, 按内存的程序对进气涡流强度进行控制, 以满足不同工况对进气涡流强度的不同要求。
可变配气正时控制:ECU根据柴油机转速信号和负荷信号, 按内存程序控制气门驱动机构, 以改变配气正时和气门升程, 满足发动机不同工况的要求
3.4 增压控制
柴油机的增压控制主要是由ECU根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等, 通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等措施, 实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制, 以改善柴油机的扭矩特性, 提高加速性能降低排放和噪声。
3.5 排放控制
柴油机的排放控制主要是废气再循环 (EGR) 控制。ECU主要根据柴油机转速和负荷信号, 按内存程序控制EGR阀开度, 以调节EGR率。
3.6 起动控制
柴油机起动控制主要包括喷油量控制, 喷油正时控制和预热装置控制, 而其中喷油量控制和喷油正时控制与其他工况相同。柴油机冷起动时的预热装置一都是电加热装置, 如进气预热塞等, ECU根据柴油机起动时的冷却液温度决定电加热置是否通电以及通电持续时间, 并在柴油机起动后或起动温度较高时, 自动切断电加热装置电源。
3.7 巡航控制
带有巡航控制功能的柴油机电控系统, 当通过巡航控制开关选定巡航控制模式后, ECU即可根据车速信号等自动维持汽车以一定车速行驶。
3.8 故障自诊断和失效保护
柴油机电控系统中也包含故障自诊断和失效保护两个子系统。柴油机电控系统出现故障时, 自诊断系统将点亮仪表板上的“故障指示灯”, 提醒驾驶员注意, 并储存故障码, 检修时可通过一定的操作程序调取故障码等信息;同时失效保护系统起相应保护程序, 使柴油能够继续保持运转或强制熄火。
3.9 柴油机与自动变速器的综合控制
在装用电控自动变速器的柴油车上, 将柴油机控制ECU和自动变速器控制ECU合为一体, 实现柴油机与自动变速器的综合控制, 以改善机动车的变速性能。
4 结语
柴油机电控技术从诞生到现在仅仅20多年时间, 发展了三代, 取得了巨大的进步。尤其是电控高压共轨燃油喷射系统的开发, 极大的提升了柴油机经济性能、动力性能和排放性能, 代表了柴油机喷射技术未来的发展方向。随着排放后处理技术和空燃比控制技术的不断完善和进步, 不再以牺牲柴油机的高热效率为代价, 就可以生产出排放和噪声都接近或者超过汽油机的柴油机。未来柴油机电控喷射技术将向喷射压力高压化、灵活调整喷射量、喷油定时自由控制、喷油速率最佳控制的方向发展, 以最终实现柴油机的全电子控制。
参考文献
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高压共轨柴油机电控喷油器的仿真 篇7
随着我国排放法规的不断更新,内燃机排放面临的压力也越来越大。如何降低内燃机有害排放物已成为社会共同关注的问题。为此,各类新技术和新思想应运而生。首先,通过机内净化技术(如柴油机通过采用高压共轨喷射技术)来完善机内燃烧;其次,通过机外净化技术(如汽油机上成功应用的三效催化技术)来降低有害物排放[1]。其中,柴油机高压共轨喷射技术是当前提高柴油机性能和降低排放的最有效措施。柴油机高压共轨系统具有喷油压力柔性可调、喷油正时、控制灵活及喷油量自由调节等特点,能有效降低柴油机油耗、排放和提高动力性。电控喷油器是高压共轨系统中最为复杂的零部件之一,其结构参数和性能直接影响到整个高压共轨系统的工作性能。因此,本文以喷油规律为研究对象,对柴油机高压共轨喷油器的喷油特性进行仿真,研究喷油器的结构参数对喷油器流量特性的影响。仿真结果将为喷油器结构设计和优化喷油特性提供可靠的依据。
1 高压共轨喷油器基本工作原理
高压共轨喷油器结构示意图如图1所示。高压燃油由共轨管进入喷油器后分成两路:一路通向控制活塞上的控制腔;另一路通向针阀处的蓄压腔。电磁阀在未得到信号时,衔铁被衔铁弹簧压紧在衔铁阀座上。控制腔和蓄压腔是联通的,内部压强相等,控制腔内高压油对控制活塞产生一个向下的液压力FCO。在蓄压腔内,同样产生一个液压力FP,其方向与FCO相反。此外,FSP为针阀上方承受回位弹簧向下的压紧力,FCY为针阀喷孔处受缸内产生的向上的压力。当FCO+FSP>FP+FCY时,针阀被紧压在针阀阀座上面,高压共轨喷油器不喷油。
当电磁阀通电时,电磁力驱动衔铁上升,控制腔的卸压孔Z孔上方球阀打开,控制腔内的压力迅速下降。此时,A/Z孔径比<1,从而保证控制腔内的燃油压力迅速下降。当FCO+FSP
2 高压共轨喷油器建模
2.1 模型假设
1) 假设喷油器电磁阀不计漏磁对电磁铁工作过程的影响,且忽略电涡流的作用。
2) 假设高压共轨喷油器燃油喷射过程中,压力波动引起温度变化是微小的,故不考虑温度随压力和时间的变化;整个喷油过程燃油压力保持恒定,不考虑燃油的惯性;视高压油管内燃油的流动为一维非定常流动;轨压为定值,没有压力波动[3],无燃油泄漏。
2.2 模型建立
电磁阀基本方程包括衔铁运动方程、电磁力方程和电路方程,即
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式中 Fm—电磁力;
Ff —衔铁受到的摩擦力;
Fp—衔铁阀受到泄压腔内燃油的有效作用力;
Fsp —弹簧力;
m,x —衔铁阀的质量和位移;
U—线圈两端电压;
i—电磁线圈中电流,是时间的函数;
R—回路中的总电阻;
L—线圈电感;
B—气隙的磁感应强度;
μ0—空气磁导率;
S—气隙导磁面积。
高速电磁阀的驱动电路需要70 V 以上的驱动电压,以便在通电后尽快使电流达到最大值,加快开启响应。为了实现喷油定时与喷油持续期的精确控制,要求电磁铁的开启响应时间(从电磁铁通电到衔铁完全吸合的时间)和关闭响应时间(从电磁铁断电到衔铁完全释放的时间)均小于0.5ms[4]。
喷油器正常工作的前提之一,是控制室卸油孔A孔径必须小于进油孔Z孔径。A孔与Z孔的孔径比越小,泄油越迅速,针阀响应越快。
根据流体的可压缩性和连续方程,可得到控制室内燃油压力变化的数学表达式[5],即
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式中 Qin—控制室进口流量;
Qout—控制室出口流量;
hp—控制活塞升程;
A—流通面积;
E—燃油体积弹性模量;
Vb—控制室容积;
din—控制室进口直径;
dout—控制室出口直径;
Pb—控制室压力;
Pr—共轨压力;
Pc—背压;
μ1,μ2—流量系数;
α—阶越函数;
ρ—燃油密度。
在高压共轨电控喷射系统中,针阀靠控制活塞的液压力实现开启和落座。针阀弹簧既要满足共轨压力建立起来前不因气缸内气体压力而抬起,又要满足控制室压力下降到背压之前针阀能够抬起。针阀的开启条件为
(P1Ab-PcAp)
式中 P1—气缸压力;
K—弹簧刚度;
H0—弹簧预紧力;
Ab—针阀密封带以下的投影面积;
Pn—喷嘴腔压力。
影响柴油机喷油器喷油特性的结构参数有很多[6]。根据分析,本文主要选取关键参数有电磁阀线圈匝数、衔铁弹簧刚度、控制腔容积、A孔和Z孔孔径。运用仿真软件,建立了喷油器的电磁模型和机械液力模型。
2.3 试验验证
验证试验平台主要由喷油泵试验台、单次喷油量测试仪、高压油轨(采用直径为17mm,体积为3000mm3的共轨管)、高压共轨喷油器远程控制微机以及计算机数据采集系统等组成。
针对电装DENSO型喷油器,分别取控制脉宽为1200μs和1400μs两种情况下的4种轨压60,80,100,110MPa,进行喷油量测试,并以此进行模型仿真计算,得到喷油量的试验值和模拟计算值对比,如表1所示。
对比结果表明:喷油量的试验值和模拟计算值具有较好的一致性,能够较真实地反映出喷油器的喷油特性。
3 仿真计算及结果分析
3.1 线圈匝数对电磁阀响应的影响
电磁阀模型采用高低电压驱动,为了防止电磁铁产生过多的热量,高电压经历的时间越短越好。然而高电压作用时间太短,将导致衔铁开启速度达不到要求,因此每个高电压U1的激励对应一个较合适的低电压U2。
当U1=120V,U2=12V时,线圈匝数n分别为50,80,100,150匝条件下的仿真结果如图2所示。
线圈电感随着线圈匝数的增大而增大。高电压U1一定时,线圈匝数越大,回路中线圈的电路上升越慢,导致电磁力上升慢,开启响应时间长。线圈匝数越大,线圈中电流在断电后变为0的时间越长。由于在此时段内剩余电流产生的电磁力会阻碍衔铁向下运动,从而延长了电磁阀的关闭响应时间,所以在线圈能够保证衔铁能达到最大升程的前提下,应尽量减小匝数。
3.2 衔铁弹簧刚度对衔铁响应特性的影响
设定衔铁弹簧刚度k为20,50,100和300N/mm,其他参数不变时,衔铁的响应曲线如图3所示。
开启响应时间在不同的弹簧刚度下没有明显变化,均为0.3ms;关闭响应时间随着弹簧刚度的增大而缩短,但弹簧刚度过大时,衔铁不能保持在最大位移,将提前落座。由图3可知,当k=300N/mm时,控制脉冲未结束,衔铁便开始落座。所有计算表明:当k=100N/mm时,衔铁的响应较好。在具体选取时,可以通过优化计算获得喷油器的最佳衔铁弹簧刚度值。
3.3 控制腔容积对喷油规律的影响
控制腔的体积V分别取10,61,100和200mm3时,对控制腔压力、针阀升程、喷油率和喷油量进行研究。由图4可知,当衔铁打开时,控制腔体积大,压力下降慢;反之,控制体积小,压力下降快。
喷油率曲线如图5所示。控制腔体积影响着喷油器响应控制信号的快慢,减小控制腔可以使喷油器更快地响应电压输入信号,并且控制活塞在控制腔里的摆动幅度较小。随响应频率增加,喷油器的性能更加线性化。由于控制腔内的压力控制着控制活塞和针阀升程,进而控制着喷油率,所以控制腔的减小会导致预喷射控制困难。由于控制腔体积的大小对喷油器性能影响较大,在设计时必须经过优化处理。
3.4 A孔和Z孔孔径对喷油规律的影响
通过仿真可知,控制腔进口A的变化范围较小,出口孔Z的变化范围较大。因此,在轨压一定的情况下,选定A孔孔径为固定值,分析Z孔孔径的变化对针阀升程的影响。不同的A孔和Z孔孔径组合下,针阀升程随时间的变化规律如图6所示,喷油率的变化如图7所示。A孔孔径用a表示,Z孔孔径用z表示。
由图6可知:在a=0.25mm时,随着z值的增大,针阀打开速度也随之增加,针阀能达到的最大升程也随之增大。这是因为z值增大后,Z孔的流通面积增大,会使控制腔内燃油流到卸压腔的流率增加,所以控制腔能迅速卸压,压力下降所需时间较短,故针阀开启速度和升程会随着z值的增大而增大。在z<0.265mm的情况下,由于衔铁打开后控制腔卸压缓慢,造成针阀未能达到最大升程。z值越大,针阀落座时间越长。其原因是:Z孔孔径大,流过A和Z孔的流率差大,控制腔内残余压力低,控制腔压力不能迅速上升,重新建立起使控制活塞运动的高压需要的时间长,针阀落座也就慢,此时HC排放物会增加。
由于喷油率的大小是由蓄压腔内压力和针阀座面处的过流面积决定的,所以在蓄压腔内的压力波动差别不大。由图6和图7中可知,喷油率曲线和针阀升程曲线是一致的,只有当针阀升程达到最大时,喷油率才达到最大。
a=0.25mm时,Z值对应针阀升程、喷油速率、喷油量最大值如表2所示。
表2中,当a取定值时,随着z值的变化,最大喷油率的变化并不是很明显;随着z值的增大,针阀上升到最大升程时需要的时间稍有缩短,但落座时间变长;当z值增大时,Z孔节流作用降低,燃油通过Z孔的流通能力增强,针阀上升快,喷油量加大,最大值为102 mm3,比z=0.255mm时大30%。
相对而言,A孔孔径对喷油特性也有一定的影响。在z值相同、Z孔节流作用不变时,随a值增加控制腔内压力上升所需时间拉长,控制腔压力不能迅速上升,会导致针阀开启缓慢;在衔铁落座后,控制腔内需要重新建立起高压以产生液压力使针阀落座,A孔流通能力增强,在短时间内有更多的燃油充入控制腔,控制腔内压力迅速建立,出现a值大时针阀开启缓慢、落座迅速的结果。
综上所述,喷油器控制腔燃油进出孔孔径对喷油特性影响最大。因此,在设计过程中必须考虑到具体供油系统对Z孔和A孔孔径进行最佳组合,以适应喷油特性的要求。
4 结论
1) 运用仿真软件,建立高压共轨喷油器模型。
通过试验结果与模拟值的比较,表明模型能够较真实地反映出共轨喷油器的喷油特性。
2) 对喷油器进行多参数的模型仿真,结果表明:
喷油器控制腔燃油进出孔孔径对喷油特性影响最大;其次为控制腔容积,电磁阀线圈匝数和衔铁弹簧刚度也有不同程度的影响,而且各参数之间存在着一定的关联。因此,在喷油器设计过程中需要全面考虑,并结合计算与试验,以期达到最优组合。
参考文献
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[5]虞金霞,胡先富.柴油机燃油喷射系统的仿真计算及分析[J].上海海运学院学报,2001,22(5):11-14.
电控高压共轨 篇8
(1) 采用先进的电子控制装置, 使得喷油过程的控制十分方便, 并且可控参数多, 有利于柴油机燃烧过程的全程优化;电子控制的压电式执行器开关阀频率高, 实现了快速断油能力, 其控制精度非常高;高压油路中不会出现气泡和残压为零的现象, 因此在柴油机运转范围内, 每循环喷油量变动小, 各缸供油不均匀得到改善。
(2) 采用高压共轨方式供油, 喷油系统压力波动小, 各喷油器之间的相互影响小;压力大小与发动机转速无关, 喷射压力控制精度较高, 喷油量控制较准确;高压共轨系统中的喷油压力柔性可调, 对不同工况可确定所需的最佳喷射压力, 从而优化柴油机的综合性能。
(3) 采用电控高压共轨技术综合优化了柴油机的喷油规律 (接近于理想喷油规律) , 可柔性控制喷油速率变化, 容易实现预喷射和多次喷射;可独立地柔性控制喷油正时, 配合高的喷射压力;可控制氮氧化物和微粒在较小的数值内, 以满足排放要求, 同时又能保证优良的动力性和经济性。
(4) 电控高压共轨燃油喷射技术的应用有利于保护地球环境, 它与目前使用的小型、中型及重型柴油机均能很好地匹配, 提高了与柴油机相关的所有工业的发展速度。
一、电控高压共轨燃油喷射系统的组成与工作原理
康明斯电控高压共轨燃油喷射系统由高压油泵、共轨管及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器等几部分组成, 如图1所示。
电动燃油泵将燃油从油箱泵入高压油泵的进油口, 由曲轴驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨管, 电控单元根据发动机的运行工况, 对收集到的轨道压力传感器信息进行分析运算, 及时、精确地控制高压油泵工作, 通过调节流量计量阀使共轨管中的高压燃油达到需要的压力, 并保持程序设定的对应工况需要的压力, 实现喷射压力可调的控制。同时, 电控单元给电液控制的电子喷油器发出脉冲指令, 通过脉冲宽度精确地控制喷油器, 将共轨管内的高压燃油以最佳的喷油时刻、最适当的喷油量、最合适的喷油速率和良好的喷雾状态喷入燃烧室中, 保证柴油机在任何工况下均在最佳性能状态工作。
二、电控高压共轨燃油喷射系统主要部件故障诊断与分析
1. 高压油泵故障
一辆装备康明斯电控高压共轨式柴油机的汽车, 行驶里程8400km。据车主反映, 在去外地的途中在路边小加油站加了油, 继续行驶一段时间后, 发动机熄火后无法重新起动。
用故障诊断仪测得油轨压力为2.0～3.0MPa (油轨内有燃油进入, 但压力不足) 。检查油箱中的燃油, 发现油液混浊、有水分。将油箱中剩余的柴油放干净, 重新加入标准的欧Ⅲ0号柴油。用电动燃油泵泵油, 排尽空气, 使油路通畅, 继续泵油, 直到燃油充满整个油路。
再次检测油轨压力, 还未达到标准值。拧松高压油泵的2个出油阀接头 (要注意安全, 不能完全拆下接头) , 出油阀有燃油溢出, 但油轨压力无法持续上升。
分析故障原因可能是由于燃油过脏, 导致高压油泵的精密柱塞偶件磨损。更换高压油泵总成后, 发动机顺利起动。
康明斯柴油机的高压油泵与喷油器均属于精密配合偶件, 不能使用劣质柴油, 否则将导致精密偶件过度磨损和油路阻塞, 导致供油不畅或无法供油。该车故障就是由于在路边小加油站添加了劣质柴油造成的。
2. 高压油轨故障
一辆装有康明斯电控高压共轨式柴油机的汽车, 行驶中怠速正常, 但加速时无力, 上坡时特别明显。
检查空气滤清器, 没有发现堵塞现象;检查油水分离器, 正常;检测油压符合正常值, 油泵工作压力也正常;检查线路, 油泵的工作电压、电流均符合正常值;用故障诊断仪对电控系统进行诊断, 无故障码显示。
拆下高压共轨管检查, 发现共轨流量限制阀弹簧断裂, 碎屑堵塞了喷油器进油管, 导致一个气缸因燃油供应不足而工作不正常。在怠速状况下, 发动机感觉比较正常, 由于“缺缸”的影响, 在加速时表现出加速无力。更换高压共轨管和喷油器进油管, 经路试, 汽车的爬坡能力明显增强。
3. 各种传感器故障
1) 水温传感器损坏2) 转速传感器损坏
水温传感器损坏后, 其故障现象为发动机冷起动困难。发动机冷起动的空燃比一般是由水温传感器决定的, 温度越高, 空燃比越大 (混合气稀) , 温度越低, 空燃比越小 (混合气浓) 。当水温传感器损坏后, ECU将会给发动机一个固定的水温值, 如果此时的环境温度较低, ECU给出的偏大的空燃比无法满足发动机冷起动的需要, 于是出现起动困难的现象。
检查水温传感器:拆下水温传感器, 将水温传感器置于热水中, 用万用表测量不同温度下传感器两端子之间的电阻值是否满足要求, 若不符合要求, 应更换损坏的水温传感器。
ECU控制发动机冷起动时的参数如表1所示。
有时在起动发动机时, 会感觉发动机转速突然升高, 部分驾驶员和维修人员可能会认为是发动机存在故障, 其实是怠速偏高, 主要是发动机在进行预热, 以便迅速进入工作状态。
转速传感器损坏后, 其故障现象为发动机起动困难, 需要6～8s的时间来起动。康明斯柴油机上有2个转速传感器, 1个在飞轮壳上, 主要用于测量发动机转速与上止点;1个在高压油泵上, 主要用于测量发动机的相位, 布置在高压油泵上的转速传感器起动发动机的时间要长一些。
在电控汽油喷射发动机上, 如果转速传感器损坏, 发动机将无法起动。但对于康明斯柴油机而言, 任何一个转速传感器损坏, 发动机都能正常工作, 只有2个转速传感器同时损坏, 发动机才无法起动。另外, 康明斯柴油机的这2个转速传感器是可以互换的。
有时, 布置在飞轮壳上的转速传感器损坏时, 发动机起动非常困难。为了解决这个问题, 可以将该传感器的插接件拔下, 利用高压油泵上的转速传感器来判断正时, 这样比较容易起动发动机。
检测转速传感器:首先利用数字式万用表测量转速传感器是否发出信号, 然后测量其电压值, 若电压为4～5V, 表明传感器正常, 如果电压低于4V, 说明转速传感器损坏, 或者是转速传感器与飞轮信号盘间隙不当。
4. 线路和电器故障
汽车控制线路大多采用单线控制回路, 在车辆行驶过程中, 有时会出现线路牵拉的情况, 在进行维修时, 有时也要对线路进行捆扎等处理, 这些都可能导致线路断路或短路。线路短路, 将会烧坏控制电路的保险丝和控制继电器, 造成电源部分断路, 导致车辆行驶时出现自行熄火现象。
一辆装有康明斯柴油机的车辆, 冷车状态下行驶正常, 但行驶一段时间热车后出现发动机自行熄火现象。首先检查油路, 正常。在检查电路时, 触摸起动继电器感觉烫手。更换起动继电器后, 车辆起动行驶正常。
电控高压共轨 篇9
随着汽车的发展, 汽车上应用最多的传统能源是汽油和柴油, 柴油机与汽油机相比的一个显著优点是柴油机的油耗比汽油机低20%~40%。今后汽车发展的方向是电控柴油机, 而现代先进的电控柴油机一般采用共轨式柴油机, 在共轨式电控柴油机中, 以BOSCH为代表电控高压共轨式柴油机系统应用最广泛。
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, 该系统使柴油机经济性、动力性和排放性都会有进一步提高。因此, 掌握BOSCH电控高压共轨式柴油机的故障诊断与维修就显得尤为重要。
1 故障现象
教学用电控共轨式柴油机, 由电控柴油机与示教板组成。在教学过程中, 打开点火开关, 发动机有启动征兆, 但不能启动, 示教板上显示加速踏板传感器的电压值为0.15 V和0.11 V, OBD故障指示灯一直闪亮。
2 BOSCH电控高压共轨式柴油机组成及工作原理
BOSCH电控高压共轨式柴油喷射系统, 是喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。油压的产生与发动机的转速及柴油喷射量无关。高压柴油是储存在共轨中准备喷射, 各缸喷油器是否喷油, 是ECU控制喷油器电磁阀的作用而决定的。
BOSCH电控高压共轨式柴油机主要由两大部分组成, 第一部分是燃油系统, 燃油系主要由低压回路和高压回路组成, 其中低压回路由燃油泵、柴油滤清器、齿轮泵组成, 高压回路由高压油泵、共轨、压力限制阀、流量限制阀及喷油器组成。发动机工作时, 高压油泵自带的齿轮泵通过负压从油箱中吸油, 并以一定的压力通过过滤器送入高压油泵, 燃油进入高压柱塞腔后被压缩, 通过高压油管进入共轨形成高压, 每缸喷油器通过高压油管与共轨相连, 以实现高压喷射。
第二部分由传感器、ECU、执行器三部分组成, 其中传感器由凸轮轴位置传感器、转速传感器、冷却水温传感器、机油压力传感器、热膜式空气流量计、加速踏板传感器组成, 其中执行器由喷油器、喷油器电磁阀、计量电磁阀、高压泵组成。
基本工作原理是计算机根据转速传感器和空气流量计及加速踏板传感器的输入信号, 计算出基本喷油量, 然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正, 确定最佳喷油量。
3 故障原因分析
在教学过程中, 我们根据故障现象进行分析。造成BOSCH电控高压共轨式柴油机不能启动的原因有很多种, 主要有以下几个方面的原因:
(1) 燃油系统故障, 燃油泵或高压泵不能工作, 燃油泵线路短路或断路, 燃油泵继电器有故障, 燃油泵保险丝熔断, 喷油器不工作等;
(2) 电控方面传感器的故障;
(3) ECU的故障;
(4) 进气系统漏气、堵塞, 气缸压力过低;
(5) 机械方面有压缩力不足等;
(6) 各连接部件插头松动故障。
4 故障诊断与排除
在故障诊断过程中, 我们主要进行了以下检查。
4.1 检查蓄电池电压
用万用表测量蓄电池两端电压, 显示电压值为11 V, 表明蓄电池的电量不够, 连接充电机, BOSCH电控高压共轨式柴油机仍不能启动, 说明不是蓄电池电量不够的原因而导致柴油机不能启动故障, 进行下步检查。
4.2 检查燃油系
打开点火开关, 启动发动机, 并用手按动低压管路中的手动泵, 排除低压管路中的空气, 因为, 低压管路中的空气不排除, 空气有阻力, 会阻止燃油流动, 也会使电控柴油机不能启动。排除空气后, 电控柴油机仍不能启动。观察发现低压燃油压力表显示的读数为2 kg/cm2, 高压燃油压力表没有压力变化, 说明燃油系的低压油路有油, 低压回路的部件都没有故障, 高压燃油压力表没有压力变化, 说明高压回路可能有故障。
对喷油器采用侧听法进行检查:打开点火开关, 将大拇指放在十字螺丝刀上 (大拇指与十字螺丝刀成90°, 以便保护耳朵不受伤害) , 十字螺丝刀放在喷油器上, 然后侧下身, 把大拇指塞进耳朵, 听喷油器工作的声音, 这时没有感觉到“哒哒”声, 这种现象说明喷油器没有喷油。
喷油器不能喷油的原因有几种可能:一是喷油器电阻不符合要求;二是喷油器里面的电磁阀损坏;三是没有电到喷油器。为了分析上述问题, 进行了以下检查。
用万用表测量其喷油器电阻, 电阻值为0.19Ω, 阻值正常;检查喷油器电磁阀, 在检查喷油器电磁阀之前, 用手触摸高压泵上计量电磁阀, 发现没有电磁阀开闭的跳动声, 联想到这台BOSCH电控高压共轨式柴油机是2009年7月新进设备, 使用时间四年左右, 算比较新, 不可能两个电磁阀同时损坏;那么就是第三种情况, 没有电到喷油器, 喷油器无法喷油, 于是用万用表电压档来检查喷油器是否有电压, 发现电压数值显示为0.25 V, 数值很低, 正常情况下电压值应为12 V, 说明没有电到喷油器。接着进行计量电磁阀电压的检查。
4.3 检查高压泵上计量电磁阀电压
检查电磁阀是否有电, 用万用表电压档检查, 发现电压数值显示为0.33 V, 数值很低, 正常情况下电压值应为12 V。计量电磁阀上没有电压, 所以, 高压油泵不工作。
两个电磁阀同时没有电。这说明有可能是计算机不能接收电压信号的原因, 也不能提供电压信号, 为了验证一下这种想法是否正确, 进行了加速踏板传感器的检测。
4.4 加速踏板传感器的检测
踩下加速踏板, 示教板上电压信号值仍为0.15 V和0.11 V, 信号电压值没有变化。正常情况下, 踩下加速踏板, 电压信号值应上升。根据原理, 此柴油机喷油的主控信号是加速踏板传感器和转速传感器, 为了进一步查清故障原因, 进行转速传感器的检测。
4.5 转速传感器的检测
用万用表电压档测量转速传感器, 没有电压信号。拔掉插头, 用万用表的欧姆档测量转速传感器两个端子, 电阻值为0.93 kΩ, 阻值正常, 说明转速传感器本身没有故障。
结合以上分析, 可能是加速踏板传感器和转速传感器没有信号传给计算机, 计算机没有电压信号传给电磁阀执行器, 所以才不能喷油。那么, 有可能是计算机与传感器、执行器之间的连接有问题。想到这一点, 马上寻找计算机与传感器、执行器之间的连接插头, 果然发现插头有松动, 将插头插紧, 然后再启动发动机, 发动机正常启动, 故障排除。
5 故障诊断反思
该教学用BOSCH电控高压共轨式柴油机故障情况是由于计算机与传感器、执行器之间的连接插头松动导致, 各传感器没有信号传给ECU, ECU接收不到信号, ECU没有信号传给执行器, 所以, 高压泵不工作, 从而高压燃油压力表没有油压。同时, ECU没有电压信号提供给喷油器, 导致了喷油器不能喷油, 从而导致发动机不能正常启动。
那么, 发动机没有启动, 示教板上为什么会有加速踏板电压信号值, 这是由于计算机会自带一个电压值。这台教学用BOSCH电控高压共轨式柴油机只花了两个小时的时间进行维修, 就使发动机正常启动, 能迅速找到故障并排除故障, 这与对BOSCH电控高压共轨式柴油机结构与原理的认识有很大关系, 只有了解并掌握BOSCH电控高压共轨式柴油机的结构与原理, 在维修过程中不断思考, 才能更快地找到故障所在。因此, 要适应汽车行业的快速发展, 必须在学习过程中不断锻炼自己的思维方法, 在维修过程中不断总结、思考, 理论与实践相结合。
摘要：本文主要介绍教学用BOSCH电控高压共轨式柴油机, 该发动机有启动征兆, 但不能启动。通过对故障现象的综合分析和检查, 最后确定由于计算机与传感器、执行器之间的连接插头松动导致BOSCH电控高压共轨式柴油机不能启动。
关键词：电控高压共轨式柴油机,ECU,不能启动
参考文献
[1]唐永华, 张恬.BOSCH电控高压共轨式柴油系统工作原理及特点[J].汽车科技, 2009 (5) :9-13.
电控共轨系统降低排放的试验研究 篇10
目前采用的柴油机排放控制技术主要包括燃料、燃烧和排气后处理技术[1],其中对燃烧过程的优化主要采用电控共轨喷射系统。它具有以下优点:可任意调定喷射压力,获得最佳的混合气形成;平均喷射压力高;可任意调整喷射始点;喷油率曲线形状可调;可实现预喷射;能有效地提供较高的压力[2]。柴油机主要排放物为NOx、HC、CO和微粒(PM)。其中HC、CO排放相对较少,一般情况下远低于法规限值。通常以直接反应碳烟排放的烟度变化代表微粒排放的优劣。本文选取NOx和烟度为表征排放的指标,利用电控共轨高压系统控制喷射压力和预喷射,采用正交试验方法得出各燃油喷射参数对排放以及燃油消耗率影响的结论。
1 试验装置和试验策略
试验中采用的发动机为直列、6缸、增压中冷柴油机,配有ECD-U2电控共轨高压系统、UECU32电控单元、电涡流测功机、智能油耗仪以及NOx、烟度排放测试分析设备。发动机基本参数:缸径106mm,行程125mm,排量6.62L,缸心距135mm,标定功率155kW(2300r/min),最大扭矩转速1400~1700r/min。
本文采用正交试验法,能大幅度减少试验次数,而且不会降低试验可行度[3]。对于喷油压力,因原增压柴油机脉动式供油的峰值压力为95MPa左右,故选择90、100、110、130MPa轨压进行比较。对于预喷射影响试验,主喷油量由ECU根据MAP图自行调整,可控参数为主喷喷油提前角、预喷油量和主、预喷间隔,在这3个因素的工作范围内,合理选取3个不同水平的代表值,组合成试验工况,考查不同参数对发动机排放特性和经济性能的影响。正交台架试验方案如表1所示。试验在1400~1700r/min进行,此时输出扭矩较大,为柴油机常用转速。
2 试验结果及分析
2.1 轨压对发动机排放和燃油消耗率的影响
在电控共轨系统中,高压油泵只对燃油加压,与喷射过程无直接关系,使喷油压力独立于柴油机转速和负荷,故灵活可调。图1为1500r/min、全负荷工况下,不同轨压对排放和燃油消耗率的影响。试验中轨压分别为90、100、110、130MPa,最高燃烧压力在允许范围之内,所采用的喷油提前角经过优化,进气中冷后温度控制在35℃。
从图1可看出,轨压从90MPa升高到130MPa时,烟度连续下降,最大降幅接近10个单位。从90MPa提高到110MPa时,NOx和燃油消耗率也得到明显改善,分别下降230×10-6和1.5g/(kW·h)。这说明较高的喷油压力改善了油束的空间雾化,增加了油束的动能,强烈的卷吸效果提高了空气利用率;同时,相同的喷油量采用高压喷射后意味着缩短了喷油持续期,可减少后燃和缩短燃烧持续期,这都使燃油消耗率和烟度得以改善,可见提高喷油压力对于燃烧的改善十分明显。但当轨压从110MPa进一步提高时,此时较高的喷射压力活化燃烧,使得燃烧充分,导致燃烧压力升高、燃烧温度升高和富氧区域增加,使NOx排量增加;同时过高的喷油压力超出燃烧室匹配范围,使着壁油量增加,并且随着喷油提前角的逐渐推迟,使燃烧能量不能集中在上止点做功,降低了效率,使经济性变差。与110MPa相比,130MPa时的NOx排放增加了140×10-6,燃油消耗率增加了2.5g/(kW·h)。可见,对于特定的燃烧室,喷油压力并不是越高越好,需要喷油系统、进气系统和燃烧室的合理匹配以及各种指标全面衡定后才能确定。
从图1还可看出,随着轨压的增加,优化点的喷油提前角逐渐推迟,这是因为推迟喷油提前角,可以减少预混合燃烧,降低缸内燃烧温度,从而减少NOx排放,因此选用较高的喷油压力并适当推迟喷油提前角,可以在维持经济性和降低烟度的同时降低NOx排放,这对解决燃油消耗率和NOx此消彼涨的矛盾是非常有意义的。但是过度推迟喷油提前角,会导致后燃严重,经济性变差,因此存在一定的喷射压力和喷油提前角的组合,使燃油消耗率降到最低,但不能保证烟度和NOx同时优化良好。通过上面分析可知,仅通过燃油喷射压力和喷油提前角的优化,很难使排放和燃油消耗率同时达到最佳,怎样选择合适的轨压和喷油提前角,取决于试验工况的燃油消耗率和排放的目标值。综合考虑1500r/min全负荷时排放和燃油消耗率后,取轨压110MPa为宜。
2.2 喷射对发动机排放和燃油消耗率的影响
高压喷射能有效控制烟度,但同时也使着火延迟期的混合气量增加,促进预混合燃烧,从而使放热率峰值和缸内温度升高,因此NOx排放和噪声相应增加。目前在共轨系统中普遍采用预喷射解决这一问题。预喷是指在主喷之前进行的一次小油量的喷射。预喷的燃油在缸内产生冷焰反应,使缸内气体的温度和压力在主喷前已经升高,当主喷燃油喷入气缸后,由于预喷的引燃作用,可在很短的着火延迟期内燃烧,因此可以缩短主喷滞燃期,降低燃烧温度,使主喷变柔和;同时可在很大程度上提高燃油雾化均匀性,从而为燃油经济性、NOx排放和碳烟排放的折中优化提供了更为广阔的空间。
试验通过电控高压共轨系统来实现预喷射,探究利用预喷射改善发动机性能以及降低排放的方法。试验时喷油压力为110MPa、发动机负荷为50%。
2.2.1 主喷喷油提前角
按正交试验法进行试验,预喷油量为2mm3、1700r/min条件下,预喷喷油提前角为12°CA,主喷喷油提前角为3、0、-2°CA;1400r/min条件下预喷喷油提前角为11°CA,主喷喷油提前角为4、0、-2°CA。与单次喷射做对比,试验结果如图2所示。从图2可看出,采用预喷后燃油消耗率都有所增加,并且随着主喷喷油提前角的延后,燃油消耗率还有增加的趋势,说明采用预喷后,主喷喷油提前角对柴油机的经济性仍有决定性的作用,这和单次喷射类似。通常,柴油机的喷油提前角有一个最佳值,推迟会导致燃烧滞后,排温升高,影响发动机的经济性。随着主喷喷油提前角的推迟,烟度和NOx呈现降低趋势,NOx下降尤为明显,但是燃油消耗率恶化相对严重。
通过图2分析可知,在1700r/min时,为满足烟度要求,主喷喷油提前角优化点取为-2°CA,此时NOx和烟度排放都很低,NOx下降约500×10-6,烟度下降1个单位,燃油消耗率略有增加;1400r/min时,主喷喷油提前角优化点选择0°CA,此时NOx下降400×10-6,烟度下降1个单位,燃油消耗率增加3 g/(kW·h)左右。
2.2.2 预喷油量
取2.2.1中确定的主喷喷油提前角优化点,进行不同预喷油量对发动机排放和油耗的影响试验,预喷油量分别为2、3.5、5mm3,此时主喷油量为ECU根据主喷MAP图自行调整,在1700r/min时,相应的主喷油量分别为46.5、45、45mm3,预喷油量占总循环喷油量的百分比分别为4%、7.2%和10%;在1400r/min时,主喷油量分别为40、42、36mm3,预喷油量所占总循环油量百分比分别为4.8%、7.7%和12%。试验结果如图3所示。从图3可看出,随着预喷油量的增加,烟度增大,这时预喷射压力虽然等于主喷压力,但预喷油量相对较小,喷油速率不高,导致燃油与空气不能较好混合,因此在预混合过程中会产生一定量的碳烟。由于采用预喷使缸内燃烧温度和最高燃烧压力降低,NOx排量明显下降,降幅达40%~50%,但预喷油量的多少对NOx排量影响不大。采用预喷后,燃油消耗率上升,并且随着预喷油量的进一步增加有上升的趋势,这是因为预喷燃油不在上止点,导致热效率下降。
从柴油机燃烧特性来看,预喷油量的选择原则为有足够的预喷燃烧火焰引燃主燃烧。预喷量太小不能引燃主燃烧,起不到降低燃烧温度的作用;太大导致主喷油量着火延迟后燃烧速率过高,增加NOx排放,并使燃油消耗率恶化[4]。因此需要找到预喷油量的最佳点,以兼顾燃油消耗率和排放性能。综合考虑这2种工况,在满足排放条件下,优先考虑燃油消耗率,取优化预喷油量为3.5mm3。
2.2.3 主预喷间隔
采用前文优化的主喷喷油提前角和预喷油量,进行不同主预喷间隔对发动机排放和燃油消耗率的影响试验。其中1700r/min时,主预喷间隔分别为14、17、20°CA;1400r/min时,主预喷间隔分别为10、13、16°CA。试验结果如图4所示。从图4可看出,随着主预喷间隔的增大,烟度变化很小,都在0.5个单位以内,可见烟度对预喷喷油提前角的变化不敏感;NOx排放先降后升,可见存在合适的预喷喷油提前角使NOx排放量达到最低。但是理论上应该出现的燃油消耗率随着预喷喷油提前角的变化“先降后升”现象,在此试验中却并未出现。
由上面分析可知,主预喷间隔选择的原则为预喷和主喷之间的时间间隔要略小于预喷燃油的着火延迟,以发挥预喷的引燃作用。主预喷间隔太大会使燃烧噪声加大,NOx排放增加;太小则使得预喷滞燃期和主喷滞燃期重叠期加长,不能有效地发挥预喷的作用。优化需要对NOx和燃油消耗率进行综合考虑,对于1700r/min,主预喷间隔应选择14°CA,1400r/min时选择10°CA。
综合分析以上预喷射参数对排放和燃油消耗率的影响情况,通过对排放和燃油消耗率的折中考虑,当喷油压力为110 MPa、发动机负荷为50%时,所选优化参数:在1700r/min时,主喷喷油提前角为2°CA,预喷喷油提前角为12°CA,预喷油量为3.5mm3;在1400r/min时,主喷喷油提前角为0°CA,预喷喷油提前角为10°CA,预喷油量为3.5mm3。此时发动机满足排放要求,并且具有较好的燃油消耗率。
3 结论
(1) 柴油机采用电控共轨系统提高喷油压力,可以改善燃油雾化,降低烟度和燃油消耗率,但同时增加NOx排放。选用较高的喷油压力并适当推迟喷油提前角,可以在维持经济性和降低烟度的同时降低NOx排放。
(2) 预喷油量变化对NOx排放影响不大,但预喷油量增加会导致烟度的增加,因此倾向于选择较小的预喷油量。预喷射可以很好地实现燃油消耗率、NOx排放和烟度之间的折中优化。
(3) 主预喷间隔对烟度影响较小,存在合适的预喷角使NOx排放最低,预喷喷油提前角的优化要结合NOx和燃油消耗率综合考虑。
(4) 试验用的电控共轨柴油机,通过试验可确定其优化参数,在兼顾经济性的同时能很好地改善排放性能。
参考文献
[1]杜愎刚,朱会田,许力.车用柴油机排放控制现状与技术进展[J].内燃机工程,2004,25(3):71-74.Du B G,Zhu H T,Xu L.The status and progress of vehiclediesel exhaust emission control[J].Chinese Internal Combus-tion Engine Engineering,2004,25(3):71-74.
[2]Pischinger F.Vehicle engine under future boundary conditions[C]//SAE 945001,1994.
[3]方开泰.正交与均匀试验设计[M].北京:科学出版社,2001.