（动力机械及工程专业论文）YC6112ZltLgtQA高压共轨电控柴油机的开发与标定试验研究.pdf

上海交通大学硕士论文摘要d o c y c 6 112 z 。q a 高压共轨电控柴油机的开发与标定试验研究 摘要 本论文参与了厂校合作项目“y c 6 1 1 2 z q a 高压共轨电控柴油机”的开发。 作为厂方代表，本人承担参与的工作主要包括：柴油机总体方案布置和设计、 柴油机试制、g d 一1 高压共轨电控燃油喷射系统的高压油泵、喷油器、共轨、线 柬等大部分零部件( 除了e c u ) 试制的技术支持，还包括g d l 高压共轨电控燃 油喷射系统的策略验证、优化和标定，以及柴油机的台架标定试验和装车运行 试验，从理论方法和试验研究上对高压共轨电控柴油机的标定开展了较为全面 深入的研究和开发工作。论文主要叙述了两方面的工作。 1 关于高压共轨电控燃油喷射系统的开发 项目课题组在国内首次开发具有独立知识产权的高压共轨电控燃油喷射系 统，是产学研结合的一个尝试。 本人负责对匹配高压共轨电控燃油喷射系统的柴油机进行电控化改造，应 电控系统的要求针对关键的柴油机零部件准备了完善的方案，比如：燃烧室、 气缸盖、喷油嘴、高压油管以及各个传感器的安装布置等。到现在为止，成功 试制了两轮样机，保证了系统开发的进度。 本人在油泵试验台和柴油机试验台架上，针对g d 一1 高压共轨电控燃油喷 射系统做了大量的试验。这些试验或者帮助发现系统r 特别是e c u ) 的硬件故 障和设计和结构上的缺陷，或者验证、实现和优化一系列的软件控制策略，对 g d 1 高压共轨电控燃油喷射系统的不断改进和成熟做出了努力和贡献。这就是 本人在论文中所提出的“开发性的标定”。 系统开发到成文的日子，可以说取得了初步莳成功! 最新试制的系统经受 了1 0 0 多个日日夜夜的考验，通过了柴油机台架试验和装车试运行的考核。在 试验过程中我们实现了一系列高压共轨电控柴油机特别具有的功能。主要实现 的功能有： 夺可调低怠速和超低怠速：5 0 0 r p m ： 夺可变喷油正时： 夺预喷射 减速断油( d f c o ) ； 夺排气制动：按策略输出e x b 信号： 上海交通大学硕士论文摘要d o c 夺水温补偿：起动和低怠速工况； 夺按工况可调高压喷射( 开环控制) ； 夺超速保护：停油很方便，可实现0 调速率 夺可调调速特性； 夺低速大扭矩和大扭矩储备系数； 2 关于y c 6 1 1 2 z 。q a 高压共轨电控柴油机的标定方法和试验 再好的电控系统如果没有正确的标定数据，柴油机的表现还是不好甚至比 配常规油泵的柴油机更差。 本人在项目工作中查阅和分析了大量的有关发动机标定和标定方法的文 献，在理论上对电控柴油机的标定内容、方法、手段、程序都有了一定的把握， 也确定并在项目中应用了离线人工标定等方法，进行了大量的探索和实机试验， 取得了阶段性和初步性的成果。 本人进行了高压供轨电控燃油喷射系统的传感器标定试验和喷油嘴选配试 验；喷油量和共轨油压的开环控制脉谱标定试验；起动暖机工况、怠速工况和 稳态负荷工况的标定试验：预喷射和减速断油的探索性试验：喷油正时脉谱、 目标油压脉谱和油门特性脉谱的标定试验。在部分试验中应用了c c d 等试验设 计方法，节省了标定所需要的时间和人力。 y c 6 1 1 2 z q a 电控柴油机基本的控制策略一个接一个地得到验证和实现， 其必需的控制脉谱数据在本人和同仁的弹精竭虑之下逐渐从空白到填满到初步 优化，标定工作的进展使电控柴油机从能动到良好运转，从3 0 k w 到7 2 k w 到 9 3 k w 再到1 3 0 k w ，最后能够装车运行，能拉1 0 吨的货物跑8 0 k m h ，心里的成 功喜悦是与时俱进! 关键词：柴油机，电控，高压共轨燃油喷射系统，标定，试验，开 发 上海交通大学硕士论文摘要d o c d e v e l o p m e n ta n dc a l i b r a t i o nl n v e s t i g a t l q no f e l e t r o nic a l l y c o n t r o l l e dy 0 6 112 z l o ae n 6ln ew it h hig h p r e s s u r ec o m m o nr ails y s t e m a b s t r a c t t h i sp a p e ri sp a r to fp r o j e c to f “d e v e l o p m e n to fy c 6112 z l q ah i g hp r e s s u r e c o m m o nr a i ld i e s e le n g i n e w h i c hi sac o o p e r a t i v ep r o j e c tp r o c e e d i n gb yg u a n g x j y u c h a im a c h i n e r yc o l t d ( y m c ) a n da u t o m o t i v ee l e c t r o n i ct e c h n i q u ei n s t i t u t eo f 、 s h a n g h a ij i a o t o n gu n i v e r s i t y a sr e p r e s e n t a t i v e o fy m c t h ea u t h o rh a s a c c o m p l i s h e dt h et b l l o w i n gm a i nj o b s ：e n g i n et o t a ll a y o u t ，e n g i n ep a r t sd e t a i ld e s i g n p r o t o t y p i n go ft h ee n g i n e ；t e c h n i c a ls u p p o r to fp r o t o t y p i n go fg d 一1i l i g hp r e s s u r e c o m m o nr a i l s y s t e mi n c l u d i n gh i g hp r e s s u r ef u e lp u m p ，i n j e c t o r , c o m m o nr a i l h a r n e s s m yd e v e l o p m e n tw o r ki n c l u d i n g ：g d 一1 s y s t e ms t r a t e g yi m p l e m e n t a t i o n v e r i f i c a t i o n ，c a l i b r a t i o na n do p t i m i z a t i o n m yt e s tw o r ki n c l u d ee n g i n et e s to nt e s t b e n c ha n do nt h ev e h i c l e t h ef o c n so f m yw o r ki se l e c t r o n i cd i e s e le n g i n ec a l i b r a t i o n ： m e t h o d sa n di m p l e m e n t a t i o n 1 a b o u td e v e l o p m e n to fc rs y s t e m p r o j e c tt e a mh a st r i e dt od e v e l o pah i g hp r e s s u r ec o r r m l o nr a l li n j e c t i o ns y s t e m w i t hi n d e p e n d e n ti n t e l l e c t i v ep r o p e r t yr i g h tf o rt h ef i r s tt i m ei nc h i n a i ti sit om a t c ht h eo r i g i n a ly c 6 1 1 2 z l e ( 1 5 0 ) d i e s e le n g i n et ot h i sn e we l e c t r o n i c i n j e c t i o ns y s t e m n e wt o t a ll a y o u ta n d d e t a i le n g i n ep a r t sd e s i g ns u c ha s ：c o m b u s t i o n c h a m b e r , c y l i n d e rh e a d i n j e c t o rn o z z l e h i g hp r e s s u r el i n e sa n da l lt h e s e n s o r s i n s t a l l m e n th a v eb e e na c c o m p l i s h e d u n t i ln o w , t w or u n se n g i n ep r o t o 哆p i n gh a sb e e n d o n es u c c e s s f u l l v o nf u e lp u m pt e s tb e n c ha n de n g i n et e s tb e n c h ：ih a v ep r o c e e d e dl o t so ft e s t i n v e s t i g a t i o n s t h et e s t sh e l pt o f i n ds y s t e m ( e s p e c i a l l ye c u ) h a r d w a r e sb u ga n d s y s t e mo rs t r u c t u r ef a u l t ；o nt f l e o t h e rh a n d t h et e s t sh e l pt oi m p l e m e n t v e r i f v - c a l i b r a t ea n do p t i m i z et h ec o n t r o ls t r a t e g i e s t h e s et e s t s a sa u t h o rn a m e d “d e v e l o p i n g c a l i b r a t i o n ”h a v ec o n t i n u a l l yi m p r o v e dt h eg d 一1s y s t e mm a dm a d ei tc o n en e a rt o s u c c e s s t h en e w e s tp r o t o t y p i n gg d ls y s t e m ，t i l ln o w , h a sb e e nu n d e rt e s tf o r10 0d a y s a n dn i g h t s ，a n di th a sp a s st h r o u g ht h ee n g i n et e s t sa s s e s s m e n to ne n g i n et e s tb e n c h a n do nv e h i c l e a n di nt h et e s t s ，w eh a v er e a l i z e ds e r i e so ff u n c t i o n s ，, h i c ha t e u n i q u eo fh i g h p r e s s u r ec o m m o nr a i le l e c t r o n i cd i e s e le n g i n e ： 圭壅窒望盔堂堡主堡塞 塑里：塑! 夺a d j u s t a b l el o wi d i es p e e da n ds u p e rl o w i d i e5 0 0 r p m ； 夺a d j u s t a b l ei n j e c t i o nt i m i n g ； p i l o ti n j e c t i o n ； 夺d e c r e a s es p e e df u e lc u t o f f ( d f c o ) ； 夺e x h a u s te n g i n eb r a k e ：t oo u t p u tt h ee x bs i g n a l ； 夺h t e rt e m p e r a t u r ec o r r e c t i o n ：i ns t a r ta n dl o wi d i e ； 审a d j u s t a b l e ( p e ro p e r a t i n gp o i n t s ) h i g hp r e s s u r ei n j e c t i o n ( o p e n l o o p ) ； o v e rs p e e dp r o t e c t i o n ：i n s t a n tf u e lc u t o f fa n d0d r o o p ； 夺 a d j u s t a b l eg o v e r n o rc h a r a c t e r i s t i c ； 夺h i g h e rt o r q u ei nl o ws p e e d ； 2 a b o u ty c 6 11 2 z l q ae n g i n ec a l i b r a t i o n ：m e t h o d sa n dt e s t i ft h ec a l i b r a t i o nd a t aw e r ep o o r , t h ep e r f o r m a n c eo ft h ee l e c t r o n i cc o n t r o ld i e s e l e n g i n ew o u l db ew o r s et h a nt h a to fa m e c h a n i cf u e li n j e c t i o ns y s t e m t h ea u t h o rh a sr e a da n da n a l y s e st o n so fr e f e r e t l c e l i t e r a t u r ea b o u te d c r e l e c t r o n i cd i e s e lc o n t r 0 1 ) c a l i b r a t i o na n dc a l i b r a t i o nm e t h o d si nt h ep r o j e c t a n dh a v e g o ts o m ef e e l i n go ne d cc a l i b r a t i o nc o n t e n t s ，m e t h o d s ，m e a n sa n dp r o g r a m s o m e m e t h o d sh a sb e e ns e l e c t e da n da p p l i e dt ot h ep r o j e c t l o t so fe n g i n et e s t sh a v eb e e n p r o c e e d e da n de l e m e n t a r ys u c c e s sh a sb e e na c h i e v e d i np a r to ft e s t s ，d e s i g n o f e x p e r i m e n tm e t h o dh a sb e e na p p l i e da n d s ot i m ea n d1 a b o rh a sb e e nc u t t h ea u t h o rh a sa c c o m p l i s h e dt h et b l l o w i n gt e s t s ； 夺g d ls y s t e mp a r t sq u a l i f i e dt e s t si n c l u d i n gn o z z l ea n da l ls e n s o r s ； 夺i n j e c t i o n f u e lq u a n t i t ya n dr a i lp r e s s u r eo p e nl o o pc o n t r o lm a p s ； 夺 s t a r tm a dw a r mu pc a l i b r a t i o n ； 夺i d l ec a l i b r a t i o n ； 夺 s t e a d yo p e r a t i n gp o i n t sc a l i b r a t i o n ； 夺t r y t e s to fp i l o ti n j e c t i o na n dd f c o ： 夺i n j e c t i o nt i m i n gm a p ，s e tr a i lp r e s s u r em a pa n da c c p f u e lc h a r a c t e r i s t i c m a pc a l i b r a t i o nt e s t ； a sb a s i cc o n t r o ls t r a t e g i e so fy c 6 1 1 2 z l q ae n g i n eh a v eb e e nr e a l i z e ds t e pb y s t e p ，a n dt h eb a s i cc o n t r o lm a p sh a sb e e nf i l l e d o n eb yo n e ，t h ed e v e l o p i n ge n g i n e p o w e ro u t p u th a sb e e nr e a l i z e df r o m3 0 k wt o1 3 0 k wa n dm o r e a n dt h ee n g i n eh a s b e e ni n s t a l l e do nt h ev e h i c l ew i t h1 0 tl o a d ，w h i c hr u nw i t hs p e e du pt o8 0 k m h 。a l l t h e s em e a nt h a tt h ep r o j e c td e v e l o p m e n t v o r ki ss u c c e s s f u lt i l ln o w k e yw o r d s ：d i e s e l ，e l e c t r o n i cc o n t r o l ，h i g hp r e s s u r ec o m m o n r a i l s y s t e m ，c a l i b r a t i o n ，t e s t ，d e v e l o p m e n t 上海交通大学硕士论文符号说明 符号说明 g d i ：g r e e nd i e s e l 一1 ，本课题开发的高压共轨燃油喷射系统代号 c r ：c o m m o nr a i l ，指共轨燃油喷射系统； e c u ： e n g i n ec o n t r o lu n i t ，发动机电控单元； p i d ：p r o p o r t i o n - i n t e g r a l d e r i v a t i v e 比例积分微分； p c v ：p u m p c o n t r o lv a l v e ，油泵控制电磁阀： t w v ：t w ow a yv a l v e ，喷油器两通阀； h p ： h i g hp r e s s u r e ，高压： p w m ：p u l s ew i d t hm o d u l e ，脉宽调制信号； e g r ：e x h a u s tg a sr e c i r c u l a t i o n ，废气再循环； p c b ：p r i n tc i r c u i tb o a r d ，印刷线路板； v c c ： 参考电压； c r p ： c o n l 玎n o nr a i lp r e s s u r e ，共轨压力； r p s ： r a i lp r e s s u r es e n s o r ，共轨压力传感器； g n d ：g r o u n d ，地； w t s ： w a t e rt e m p e r a t u r es e n s o r ，水温传感器； a t s ： a i rt e m p e r a t u r es e n s o r ，大气温度传感器； f t s ：f u e lt e m p e r a t u r es e n s o r ，燃油湿度传感器； a c c p ：a c c e l e r a t o rp e d a l ( s i g n a l ) ，油门踏板传感器( 信号) ( v ) ； b p s ：b o o s tp r e s s u r es e n s o r , 增压压力传感器； a p c 加速计先导阀控制系统，d e l p h i 共轨系统的项专利技术 e m s e n g i n em a n a g e m e n ts y s t e m ，发动机管理系统： p c v o n ： 油泵控制电磁阀通电时间以角度表示，。c a 或。c m ； p c v o m 油泵控制电磁阀断电时刻，以角度表示，。c a 或。c m t w v o n ：喷油器两通阀通电时间，m s ； 0 ： f u e lq u a n t i t y , 喷油量，m m s t r ； v 。： c r p 信号电压，v ； c r po b ： 目标共轨油压，m p a ： n 。： 喷油泵转速，r p m ； n 柴油机转速，r p m ： a c c p _ f u e l q ： 油门需求油量，m m 3 s t r f q m a c c p f i l ： 处理后油门大小，； e s w e n ga c p ：柴油机转速，r p m ； r a i l p s e t b a s i c ： 目标共轨油压脉谱，m p a e s w e n g n ： 柴油机转速，r p m ： f q w f u e l q ： 扭矩油量，m m 3 s t r ； 上海交通大学硕士论文符号说明 c ，：缸盖气道的流量系数，a v l 公司定义； 艮：缸盖气道的涡流比系数，a v l 公司定义 a 。：缸盖气道的流量系数，f e v 公司定义； ：。c 。： 缸盖气道的涡流比系数，f e v 公司定义 y ： 喷油嘴的喷油锥角，。； 6 ： 喷油器的安装倾角，。； e1 e6 ： 喷油嘴喷孔空间角度之一，。； 巾1 中6 ： 喷油嘴喷孔空间角度之二，。； _ i l ，l v 6 ： 喷油嘴喷孑l 空间角度之三，。： t ： t ，： t d ： k ： m a p 控制系统时间常数； p i d 控制的积分时间常数； p i d 控制的微分时间常数； p i d 控制的比例常数； 脉谱，电控发动机的控制参数表 f t p ：f e d e r a lt r a n s i e n tp r o t o c o l ，美国的联邦瞬态测试循环的统称 e c e ：e c o n o m i cc o m m i s s i o nf o re u r o p e ，欧洲经济委员会： e t c ： e u r o p e a nt r a n s i e n tc y c l e ，欧洲瞬态测试循环； c c d ：c e n t r a lc o m p o s i t ed e s i g n s ，中心组合设计方法 m a t l a b ： 一套数学工具软件； o n l i n e ： o f f l i n e ： o p e nl o o p ： c l o s e dl o o p m cs y s t e m a u s y ： e 2 p r o m ： f l a s h r o m ： e t k ： d f c o ： e x b ： 在线标定方法或系统： 离线标定方法或系统 开环控制 闭环控制 m e a s u r e m e n ta n dc a l i b r a t i o ns y s t e m 测量和标定系统 a u t o m a t i cs y s t e m ，台架自动化系统； 电可擦写只读存储器： 紫外线可擦写只读存储器； e m u l a t o rt e s tp r o b e ，仿真测试探测器，一种e c u 标定接口 d e c r e a s eo rf u e lc u to f f 减速断油； e n g i n ee x h a u s tb r a k e ，发动机排气制动； 上海交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容之外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对 本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名彩锈却 日期：年月日 上海交通大学上海父逋大字 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密面在上年解密后适用本授权书； 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：乡、铖印 日期：伊3 年。月吵日l 指导教师签名：墨移彤 日期：汐弓年生月1 牛日 上海交通大学学位论文答辩决议书 申请者 黄镇平所在学科l 动力机械及工程 ( 专业) i 论文题目y c 61 】2z iq a 高压共轨电控柴油机的开发与标定试验研究 答辩日期j 20 o3 2 一l3 地 点i 上海交通大学 答辩委员会成员 姓名 堕 位职称签名 砰碾欢j 巩苔妙宅 南叫溅云毋够乞杉弓催 至尸 端林 爿各未圆大学涮溺墨却钕侉 多：参鸯国书葛扣酸私彦z 纯觏翻教友侄乞订 ：鱼元萋谚私、 表孵操：锻司妻函吐苍 畸，苗堙褪j 礅t 秀位。 答辩委员会主席城名， 伪 铀絮i | 答辩委员会主席矽，砰_ ：，弓魑名 嬲年二月z 汐日 依压 6 _ d ， ( i p 乱 上海交通大学硕士论文第一章绪论d o c 1 1研究课题的意义 第一章绪论 为了改善人类自身的生存环境，缓解能源危机，减少环境污染，世界各国 都相继制定了严格的排放法规，控制和限制废气的排放，而且随着汽车对环境 污染的加重，控制和限制车辆污染物的排放法规也越严格。目前，发达国家的 重型货车用柴油机均达到e u r o i 和u s 9 8 排放法规。我国参照欧洲标准，结 合我国实际，现已经正式实行相当于欧洲1 号排放标准，将在2 0 0 4 年实施欧洲 2 号标准，在2 0 0 7 年实施欧洲3 号标准，逐步和国际接轨。 与汽油机相比，柴油机的优点常被列为：热效率高、燃料消耗率低、低速 大扭矩和使用寿命长，所以其在车辆领域中的应用范围较广泛。在9 0 年代上半 期，我国发动机行业就出现了明显的汽车动力柴油机化( “汽改柴”) 的现象， 在这一过程中，柴油机行业冒出了几颗新星如：广话玉柴机器股份有限公司、 一汽无锡无锡柴柴油机股份有限公司、大连柴油机厂以及这两年崛起的二汽东 风柴发厂。目前，在载重货车和大型客车的动力源中，柴油机在数量上占有绝 对的优势。据估计，5 吨以上的汽车中，采用柴油机的占9 0 ；并且，据德尔 福公司的预测，2 0 0 5 年约5 0 轿车( 包括轻型车) 也将使用柴油动力( 这个指 标现在约4 0 ) 。“1 但是，柴油机亦具有缺点：噪声高；冒黑烟；污染大等，柴油机的研究者 和生产者因此一直面临着严峻的挑战，所以柴油机技术需要不断进步。 柴油机的性能和排放关键在于燃烧，柴油机的燃烧过程与柴油机的进气系 统与喷油系统密切相关。在进气系统方面，到现在为止人们已经采用进气增压、 增压中冷、可变几何涡轮增压器、组织进气涡流、可变几何进气道、废气再循 环( e g r ) 等技术。【z 1 而电控技术可以提高对柴油机的控制度，以前很多不能 控制的参数，采用电控系统后都可以进行精确的控制，达到“柔性控制”的目 的。比如：喷油提前角、喷油量、喷油压力( 提高控制自由度和精度) ，再比如 以电控作为基础的预喷射、后喷射、喷油率控制和其他综合控制。这些都是改 进柴油机性能和排放的有效控制参数，可以通过电控技术来实现。 柴油机发展到今天，其中所应用的技术成果是越来越多。从自然吸气到增 压到增压中冷，从两气门到多气门，从涡流式到直喷式，以及可变进气系统， 排气再循环等等，技术不断进步，柴油机才能不断适应排放的要求、用户的要 求。其中有一些技术是在电控技术发展起来后才大规模得到应用，如( 电控) 排气再循环、可变几何涡轮增压器( 电控) 以及可变进气系统( 电控) 。可见， 电控柴油机是一个台阶，要获得更好、更清洁的柴油机必须同时搞好电控系统。 上海交通大学硕士论文第一章绪论d o c 另外，汽车电控中最重要的莫过于是发动机的电控了。 1 2电控高压共轨燃油喷射技术是圆满的柴油机技术解决方案 1 2 1 柴油机共轨系统的定义 共轨技术是指高压油泵、压力传感器和e c u 组成的闭环系统中，喷射压力 的产生和喷射过程可完全独立控制的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输 送到公共供油管( 称为共轨管) ，通过对共轨管内的油压实现精确控制，决定高 压油管压力大小，且发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发 动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。e c u 控制喷油器的喷油 量，喷油量大小取决于共轨管压力和电磁阀开启时间的长短。 1 2 2 柴油机共轨系统的分类 共轨式电控喷油系统又可分为三种： 共轨蓄压式电控喷射系统( a ) 共轨液压式电控喷射系统( b ) 高压共轨式电控喷射系统) 。 典型代表为美国b k m 公司的s e r v o j e t 共轨蓄压式电控喷射系统( a ) ：美国 c a t e r p i l l a r 公司的h e u i 共轨液压式电控喷射系统( b ) ；德国b o s c h 公司的c r ( c o m m o n r a i l ) 系统( c ) ；意大利f i a t 集团u n i j e t 喷油系统( c ) ；美国s t a n a d y n e 共轨系统( c ) ；英国的d e l p h id i e s e ls y s t e m s 公司的l d c r 系统( c ) ；日本 电装公司的e c d - u 2 系统( c ) 等。可见高压共轨式电控喷射系统( c ) 代表了未来 喷油系统发展的趋势， 1 2 3 柴油机共轨系统的工作特点 传统凸轮式油泵的喷射特点： 低速低压，小喷油量喷压比大喷油量时低； 峰值压力p s 是平均喷压的两倍以上； 为使燃烧效率高，喷油率曲线采用三角形 p s 确定泵的机械负荷，也确定混合气质量。 传统的柴油机借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃烧室、高压油泵是发动 机曲轴驱动。由于这种供油方式，供油压力就要随发动机转速的变化而变化， 2 上海交通大学硕士论文第一章绪论d o c 做不到各种转速下的最佳供油。 电控柴油机的高压共轨燃油喷射系统( h i g hp r e s s u r ec o m m o nr a i l f u e i i n j e c t i o ns y s t e m ) 较好地解决了这个问题。 高压共轨燃油喷射系统主要由高压油泵、共轨管、喷油器、电控单元( e c u ) 和一些管道压力传感器组成。系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与共 轨管相连。共轨管对喷油器起蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送 共轨管，高压油泵、压力传感器和e c u 组成闭环，对共轨管内的油压实行精确 控制。彻底改变了供油压力随发动机转速变化的格局。其主要特点如下： a 喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由e c u 适时控制。 b 可依据发动机具体情况调整各缸喷油压力、喷油始点、喷油持续时间， 以追求喷油的最佳控制点。 c 肩2 实现很高的喷油压力。并能实现柴油的预喷射。 从燃烧机理上来看：提高喷油压力可以改善柴油机混合气的质量。研究表 明，高压喷射是改进柴油机效率、排放和经济性的合理途径。提高喷射压力使 燃油从喷嘴出口速度增加，从而得到较高的燃油和空气之间的相对速度，从而 有利于燃油射流中微粒平均直径减小，于是蒸发速度加快；提高压力后，喷射 动量增加，这就加速了燃油雾注在燃烧室内空气中扩散，通过空气与燃油更迅 速的混合，混合气更充分的均匀化，由于混合气的形成效果好从而改进了燃烧 过程，有利于提高热效率和减少碳烟排放。虽然提高喷油压力可能对燃烧噪声 和n o x 排放不利，但由于喷油压力提高可有效缩短喷油持续期，喷油持续期短 允许增大喷油延迟，从而使着火延迟期缩短，这就有利于降低燃烧噪声和n o x 的排放。另外，国外有的专家认为，如果采用高压喷射技术之后，对进气涡流 的要求大大降低，可以采用低进气涡流甚至无进气涡流燃烧系统，这样可以减 少进气损失。可以预计如果将电控与高压喷射有机的结合起来，会获得理想的 喷油规律与雾化混合，进而获得高效、低排放、低噪声的高性能柴油机。 国外柴油机电控喷油技术的开发研究从7 0 年代开始，已经经历了三代， 即位置控制式、时间控制式和时间压力控制式，每一次新技术和新思想的应用 都是对燃料喷射系统的革命性开发，在解决排放、降低噪声、改善性能等方面 几乎起到了不可代替的作用。时间压力控制式的代表是共轨式喷油系统，这种 系统不再采用柱塞泵脉动供油的原理，而是通过高压共轨，或共轨蓄压式或液 力增压式形成高压。由于共轨式喷油系统中共轨压力的建立与喷射压力相互独 立，通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，采用压力一时间式燃油计量原理， 用电磁阀控制喷射过程。它可以对喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油速率实 现直接数字式控制。她将高压喷射及电子控制完美地结合起来，是电子技术飞 速发展与高压燃料喷射技术成功组合的结晶。 3 上海交通大学硕士论文 第一章绪论d o c 因此，高压共轨电控柴油机的主要特点有以下几个方面：良好的燃油经济 性、优异的动力性、低排放和灵活全面的可控制性能。 夺良好的燃油经济性 众所周知车用柴油机的最大特点就是变工况，传统的直列柱塞式喷油泵所 带的调速器只能是针对最常用的工况通过进气和喷油的匹配实行局部优化，而 在其他工况，进气和喷油的匹配并不是最优的，这就导致我们无法取得最好的 排放结果和燃油经济性。而电控柴油机则可以在各个工况使进气和喷油的匹配 ( 喷油正时和喷油量) 实现最优，从而在全部实际工况内实现柴油机的整体排 放及经济性达到标定试验中可能调整到的最好水平，而动力性亦可能得到提高。 电控柴油机的怠速不仅更稳定而且可以更低，意味着怠速燃油消耗会大大 降低； 电控柴油机可以实现分缸喷油，可避免传统柴油机为了照顾最差的气缸往 往不得不多喷油的情形，避免燃油消耗率上升。 电控柴油机可以在部分负荷时实现部分气缸停止喷油，使喷油的部分气缸 工作在全负荷区域，这可以提高燃油经济性。 电控柴油机还可以在车辆减速时实现减速燃油停供，既保证车辆驾驶性能 又节省了不必要的燃油消耗。 综合以上的特点，电控柴油机一般可以比传统的柴油机节省5 到1 5 的 燃油。 夺优异的动力性能 由于可以在各个工况使进气和喷油的匹配( 喷油正时和喷油量) 实现最优， 从而在全部实际工况内实现柴油机动力性达到标定试验中可能调整到的最好水 平。 可以根据驾驶性的要求，灵活标定油门的响应，快速合理地响应司机的意 图，并消除司机的不良驾驶习惯。 一般的柴油机电控系统如高压共轨系统、单体泵系统都可以达到很高的喷 油压力，并且油压的产生和发动机转速完全无关，这样特别在低速时柴油机的 喷油压力也可以较高，输出功率也可以大幅提升。 夺低排放 消除了二次喷射等柴油机常规喷油系统的弊病，避免因此造成黑烟和碳氢 排放畸形增高； 高压喷射和多孔小孔径油嘴使燃油雾化良好，可以降低烟度和氧化碳： 预喷射大大降低噪声排放，改善主喷燃烧性能，可以达到超低排放； 针对稳态排放测试循环的各个工况点，可以特别做优化： 各个工况下喷油量和喷油正时可以独立控制，通过限制油量和调整正时， 上海交通大学硕士论文第一章绪论d o c 可以保证不冒烟而氮氧化物也不高 夺灵活全面的可控制性能 电控系统可以精确控制喷油量和喷油正时，又具有预喷射、减速停油等功 能，联合整车电控系统，还可以实现巡航控制、牵引力控制、a b s 控制等高级 控制功能。 1 ，2 4 各种柴油机电控系统的对比 根据电控技术发展的进程，在众多的电控系统型式中选择一种适合和适应 未来市场需要的电控系统是十分重要的。表1 1 是各种电控燃油喷射系统性能 对比，可以看出共轨系统的优势最明显而且该技术能够显著地同时降低燃烧噪 声。同时，共轨系统的灵活性有利于以低成本实现各产品系列的电控改造。 表1 1 重型车用柴油机燃油喷射系统和性能对比( 德国f e v 发动机技术公司提供) t a b 1 一lf u e li n j e c t i o ns y s t e mp e r f o r m a n c ec o m p a r i n g ( t a b s u p p l io db yf e v ) 直列柱塞泵 单体泵 泵喷嘴共轨系统 最高喷嘴端压力 1 5 0 01 7 0 01 8 0 01 6 0 0 ( b a r ) 负荷控制螺旋槽 螺旋槽 螺旋槽 电磁压电 定时控制 凸轮相位电磁压电电磁压电电磁压电 满足未来要求的潜力很小较大较大 很大 近期供货情况 可靠较可靠较可靠尚未保证 系统安全较好较好较好 一般 柴油机结构紧凑性 一般较好缸盖复杂较好 柴油机噪声较大较低较大较低 对机体强度的要求 般一般 较高 一般 气门布置的灵活性 一般一般较差一般 系统造价 一般一般一般较低 改成共轨的难易程度 较易较易较难 1 3 国内外电控高压共轨系统研究应用现状 国外电控高压共轨系统已经大批量应用在轿车、轻型车以及s u v 上，大 型船用机的应用也很普遍，在中重型卡车上的应用也日趋增加。根据奔驰公司 1 9 9 8 年的研究报告，共轨系统应用到中重型卡车还有一些可靠性和安全性的问 5 一 上海交通大学硕士论文 第一章绪论d o c 题，但是到现在事情的发展发生了变化。 日本电装公司 1 9 9 9 年末，电装公司已经为日野、五十铃、三菱等汽车厂的卡车提供了近 3 万台高压共轨系统的柴油机，供应轿车的赢压共轨系统】9 9 9 年是8 0 0 0 套，2 0 0 0 年猛增至7 0 0 0 0 套；预计2 0 0 3 年市场为8 0 万套，2 0 0 5 年是1 0 0 万套。各汽车 厂也在积极研究，进一步改迸该技术。 电装公司的e c u d 2 开发出了当时响应最快的电磁阀，使用了陶瓷电磁阀 座。 德尔福u， 德尔福去年收购了l u c a s 公司的柴油喷射系统部分业务，迅速形成了高压 共轨柴油喷射系统的生产能力。推出的产品是d e l l p h i sm u l t e c t md c r1 4 0 0 ，匹 配r e n a u l tc l i o 、f o r df o c u s 两种轿车。 德尔福估计在轿车领域，欧洲市场柴油机的份额将从2 0 0 0 年的3 9 - 2 增 加到4 9 ；中国市场柴油机的份额将从不到1 增加到3 0 3 5 。 德尔福目前的共轨系统生产能力是5 0 0 0 0 0 套年。生产地分布如下表 表1 - 2德尔福共轨系统生产地分布 t a b 1 - 2f a c t o r yd is t r f b u t i o n o fd e l p h ic rs y s t e mp r o d u c t i o n 【1 】 b a r c e l o n a , s p a i n c r p u m p s b l o i s ，f r a n c e c ri n j e c t o r s ( f r o m2 0 0 1 ) 【l ar o c h e l l e ，f r a n c e c ri n j e c t o r sp h a s e1 i z m i r , t u r k e y u n i tp u m p s ，i n j e c t o r s 德尔福的m u i t e c t md c r1 4 0 0 共轨柴油直喷系统包含了多项技术创新。 其中最重要的一项是“加速计先导阀控制系统”( a p c ) 的开发。作为应用于柴 油发动机的第一个闭环控制系统，a p c 使发动机管理系统( e m s ) 能够分析油 料的燃烧质量。根据a p c 所提供的信息，当汽车工作状况发生改变时，燃油喷 射将作相应的调整，从而确保系统始终保持最佳的工作状态。 a p c 的主要优点是，如果与德尔福新一代电磁线圈控制式的速动小型喷油嘴 结合使用，就能够极其精确地控制引燃式喷油。在燃油被大量喷射前，先喷以 少量燃油，燃烧就能够平稳开始，这样就不会出现上一代柴油发动机因压力不 稳而产生的“敲缸”现象。德尔福的共轨系统的电控喷油器带有平衡阀和闭环反 馈控制策略，响应更快，