电控单体泵特点.doc

电控单体泵系统（EUP）的技术特点电控单体泵系统是一种模块化、时间控制的单缸高压泵系统，喷油始点与喷油量分别由电磁阀关闭时刻与关闭的持续时间决定，可达到2000bar的喷射压力。电控单休泵系统完全具备满足现行及未来排放限制、保持低油耗的技术能力。电控单体泵系统的技术特点如下：技术先进：现在欧洲大部分欧III、欧IV商用车采用了电控单体泵系统。技术成本低：电控单体泵技术加上机械喷油器即可达到欧盟排放标。易于升级：从欧III升级到欧IV，可通过更换电控喷油器来实现，无需对发动机的结构进行大规模修改;通过凸轮轴设计和采用电控喷油器可实现23次喷射。继承性好：对原机械喷油系统发动机结构改动小，可以共用同一个机体、缸盖等重要零部件整车厂便利、用户便利、售后维修便利且零部件更换成本低。喷油压力高：可满足欧III、欧IV排放所需的高压喷射(现在最新的单体泵喷射压力已达2500bar) ，大大改善了燃油经济性、提高了缸内净化程度。喷油规律：喷油规律先缓后急，符合理想放热规律要求，有利于降低排放与燃烧噪音。供油能力强：可进行各缸独立控制特别适用于升功率大的重型柴油机，对中重型来说系统零部件比共轨系统更成熟，并且有长期使用考核验证。适应能力强：由于内部结构特点的不同，相对于共轨系统而言单体泵系统对燃油品质的要求相对较低，对燃油灰份杂质、水分的敏感性大大优于共轨系统。安全可靠性好：没有持续的喷射高压源带来的安全隐患，排放稳定性好。对中重型来说，系统零部件比共轨系统成熟，使用寿命长。维修成本低：可进行单缸零部件更换，机械喷油器成本较电控喷油器成本低。一致性控制好：缸平衡控制策略提供了很好的各缸一致性控制，单体泵自校正策略确保了生产一致性控制，电控系统自学习自诊断策略确保了寿命期内的性能一致性控制。上述特点决定了电控单体泵系统不如高压共轨系统娇气，更适应目前中国市场的燃油品质、维修、使用环境。目前，电控单体泵系统的主要国外生产商为德国博世和美国德尔福，两家公司的EUP系统已经被欧洲主流重型车公司作为发动机电喷系统推出市场。电控高压共轨系统的技术特点电控高压共轨技术是才指在高压油泵、共轨管、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此分开的一种技术，由高压油泵把高压燃油输送到共轨管，通过对共轨管内的油压进行闭环控制，喷压独立可调。这种系统具有以下特点：可靠性：对轻型车来说系统零部件成熟且有长期使用考核验证、中型比较成熟;但是对重型柴油机使用寿命未经验证(单体泵供应商声称100万公里，而共轨供应商尚无一敢承诺30万公里) 。继承性：结构简单，安装方便。灵活性：共轨油压独立于发动机转速控制、整车控制功能强，适应轻型车特别是乘用车的要求。优化噪声：预喷技术可以降低怠速噪声。喷油规律：共轨系统的初始喷射率太高，不符合柴油机燃烧所需要的先缓后急的规律，不利于排放控制。喷油压力：一代共轨喷油压力1350-1450bar，二代做到1600bar，总体来说比单体泵和泵喷嘴要低，所以在油耗上有3%左右的劣势;将来要做到1800bar以上但是需要采用增压共轨技术，还没有成熟，成本增加较大。多次喷射：可以实现多次喷射，目前最好的共轨系统可以进行6次喷射;共轨系统的灵活性好，但是势必带来匹配工作的难度。升级潜力：多次喷射特别是后喷能力使得共轨系统特别方便地和后处理系统配合，具有实现欧、欧V排放法规的潜力。适应能力：燃油(水、灰份杂质)适应能力差，对用户使用条件要求高。复杂性：系统特别是控制系统和控制策略复杂对整车厂、用户、售后维修均带来挑战; 零部件更换成本高，特别是电控喷油器和电控喷油泵。相对电控单体泵系统，高压共轨更轻巧、更适用于中轻型发动机。目前，广泛应用于市场的电控高压共轨系统国外生产商主要有德国博世、美国德尔福、日本电装和德国西门子VDO。其中，BOSCH用于中型柴油机的CRSN2共轨系统支持1400bar的喷油压力；DEL PHI用于轻型柴油机的DCR共轨系统支持1600bar的喷油压力；日本电装公司的共轨系统支持1800bar的喷油压力。可对喷油规律进行柔性控制。电控欧III柴油机的技术路线和应用情况电控单体泵和高压共轨技术是当前应用较为广泛的的电喷技术。二者均可实现高压喷射和灵活的分缸独力控制大大改善了柴油机的排放控制。同时两者又因各自的结构特点而各具优缺点。下表列举了高压共轨系统和电控单体泵系统的主要特征。高压共轨电控单体泵电控单体泵 + +喷油规律 + +多次喷射 + +全转速内高压啧射 + +喷油压力柔性控制 + +噪声 + +应用车辆中、轻型卡车、轿车中、重型卡车排放潜力 + +系统复杂导致用户适应性 + +燃油品质适应性 + +匹配周期 + +可靠性 + +维修成本 + +对用户使用的便利性 + + 备注：+表示评价低；+表示评价好；+表示评价最好电控单体泵柴油机传感器功能汇总传感器功能凸轮轴传感器判缸，同时在曲轴传感器失效后可执行失效安全策略曲轴传感器精确计算曲轴位置，用于喷油时刻和喷油量计算、转速计算，同时在凸轮轴传感器失效后可执行失效安全策略增压压力传感器（MAP）测量增压压力，与进气温度一道计算空气密度和喷油量，在瞬态工况时用于冒烟控制进气温度（ MAT）测量进气温度，与进气压力一道计算空气密度和喷油量，同时还用于修正喷油提前角冷却水温度传感器测量冷却水温度，用于冷起动、目标怠速计算等，同时还用于修正喷油提前角、最大功率保护等燃油温度传感器根据燃油密度计算喷油量和所需的喷油脉宽电控单体泵控制策略1、电控单体泵发动机常用控制功能序号功能名称描述发动机控制功能 1油门油量控制油门油量控制模块根据油门开度与柴油机转速计算出油门油量，从而司机可以控制柴油机转速与车辆运行速度。 2智能动力控制短期超载，即短期增大输出扭矩的限制值，以方便司机不换档爬坡。 3起动预热控制在冷起动工况下对柴油机进气进行加热。 4怠速控制采用闭环控制方法使柴油机的转速稳定在设定怠速转速附近，并向其它运行工况的平稳过渡。 5可变怠速仲裁控制根据各种温度、蓄电池电压与空调请求调节怠速运行速度。 6各缸平衡控制减少柴油机怠速工况下各缸之间的转速波动。 7单体泵校正对每个单体泵进行修正，以提高各缸均匀性和一致性。 8最高转速控制在高转速运行或冷机状态下限制喷油量避免柴油机因过大的机械应力或热负荷受到损害 9最大供油量控制根据柴油机转速与其它车辆运行参数，对于旨令油量进行限制，从而保证柴油机免受因过大的机械应力与热负荷而导致的损害 . 10故障指示灯通过故障显示灯一定频率的闪烁显示故障码，以便于维修。整车控制功能 11排气制动 (玉柴不采用 )在柴油机正常运行的条件下，提供一定的反作用力，以降低车辆的运行速度。 12怠速微 i周司机可根据当前车辆的实际使用情况 (如负载情况、空调等附件使用情况 )实时调整怠速，并提供记忆功能。 13长怠速停机是避免怠速长时间的运行。当怠速运行达到一定时间，该模块首先会闪烁红灯提醒司机，而司机又没有任何指令时，会自动停机。现在没有使用 14转速表输出 (玉柴不采用 )向仪表盘上的转速表提供发动机转速信号。 15冷却风扇控制 (电动风扇情况下 ) (玉柴不采用 )风扇延迟控制模块控制风扇的运行，以调整冷却水温度，为空调机组提供足够的冷却并保证冷却系的高效运行。2、起动控制策略 1.判缸 2.起动油量标定 3.冷起动预热控制(现在暂时没使用) 4.起动时黑烟问题2.1判缸EUC根据电控柴油机曲轴转速信号盘与凸轮轴信号盘的相位关系判断柴油机运行的角度相位(也称判缸)并计算柴油机转速。仅在判缸成功后才开始喷油。(电喷发动机起动不一定比常规发动机快)A. CAM AND CRANK模式在起动过程中，曲轴转速信号与凸轮轴转速信号均存在时，ECU结合曲轴缺齿判断与凸轮轴多齿判断进行判缸。判缸过程更迅速、更可靠。B. Crank Only模式在起动过程中，仅有曲轴转速信号时，当ECU检测到一个缺齿时，猜测柴油机此时处于第一缸上止点前，按照此假定的角度相位，以153624的喷油时序持续一定次数的喷射，当发动机转速超过一定阈值时可以判断此相位正确从而判缸成功若没有转速升高的着火迹象，则重新假定一相位喷油以判缸。C. Carn Only模式在起动过程中，仅有凸轮轴转速信号时，ECU通过检测判缸齿(第一缸前的多余齿)确定当前柴油机的正确相位，从而按照正确的喷油时序喷射。2.2起动油量标定起动油量的标定主要分为两部分：一是基本油量的计算，另一个是补偿油量的计算。起动油量是两部分油量的和，单独由最大起动油量限制。A.起动基本油量的计算起动基本油量是柴油机转速与冷却水温度的函数，水温越低，转速越低，起动油量越大。起动基本油量的标定工作的重点是：冷起动油量与热起动油量在保证起动迅速可靠的前提下，必须避免冷起动冒白烟、黑烟、与热起动冒黑烟。B.起动补偿油量的计算当起动运行超过一定时间后仍然没有起动成功，ECU会以一定步长增加起动油量，以促进柴油机顺利起动。在标定过程中应仔细调整此步长值太大则引起较大的起动冲击与冒黑烟，较小则起动迟缓。2.3冷起动预热控制冷起动预热功能的目的是减少白烟排放，并将柴油机进气温度尽快地提高至正常水平。在柴油机拖转前后，预热装置开始加热柴油机的进气可分为Preheat与Postheat两种预热。Preheat用于拖转前的进气加热， Postheat用于起动成功后的进气加热，以利于柴油机稳定地过渡到怠速工况。预热时间的长短是冷却水温度的函数水温越低预热时间越长。同时，预热指示灯将提示司机预热装置当前的工作状态。2.4起动时黑烟问题柴油机的起动过程是一个非常复杂的过程其中一个重要方面是冒黑烟问题。对于电控柴油机而言，对柴油机喷油量、喷油正时与日黄油压力的控制较机械泵灵活。若出现喷油器启啧压力下降与雾化不良、高压油管泄漏、齿轮系正时关系错误等机械方面的故障，则难免在起动过程中冒黑烟，因此，避免柴油机起动冒黑烟的首要条件是柴油机机械部分的状态良好。在柴油机机械部分状态良好的条件下若标定数据不匹配，则柴油机起动也会冒黑烟，因此，必须对柴油机的起动过程进行精细标定。起动过程的优化标定涉及到起动基本油量、起动补偿油量、起动正时以及进气预热等方面，其原则是适时、适量地喷油，在不冒黑烟的前提下迅速、平稳地实现柴油机起动。3、怠速控制策略1.闭环控制原理(怠速开环与闭环，转速反馈)2.理想怠速表格3.怠速补偿4.调节和D调节(确保追随性，无过调)3.1闭环控制原理怠速闭环控制器根据目标怠速与实际发动机转速之间的差异，利用PI闭环控制原理计算出怠速喷油量，使发动机转速维持在目标怠速附近，并稳定运转。3.2目标怠速的计算计算目标怠速时应考虑以下几个方面:a.高怠速暖机(冷却水温度越低，目标怠速越高)b带空调怠速(使用空调时，目标怠速自动增高)c.蓄电池充电怠速(蓄电池电压低时，提高目标怠速以充电)d.怠速微调确定的怠速偏移量(根据怠速微调开关确定的偏移量，则目标怠速会加上此偏移量)e.Limp home状态的怠速(例如油门Limp home时，目标怠速会提高至8001000rpm，高于正常怠速)f. 当目标怠速变化时，会采用一定步长逐步过渡到新值。3.3怠速闭环控制参数的调节怠速闭环控制器采用PI 调节方式，其控制目标是柴油机转速在目标怠速附近平稳地运行，同时在起动至怠速、减速至怠速等动态过程中过渡平缓，没有较大的超调量。要达到此控制效果，必须精细地调节P与I这两个控制参数。a. P参数的调节P是比例控制器的增益，其大小决定了柴油机怠速转速控制的稳定性。b. I参数的调节I是积分控制器的增益,其大小决定了柴油机怠速转速控制的精确性，即目标怠速与实际转速之间差异的大小。积分控制器只是在某些情况下起作用，否则容易引起怠速控制的超调。c.调整PI参数的方法首先将I参数置零，停止积分作用，然后调节P参数，使怠速转速非常稳定，此时实际转速是不是目标怠速不重要；然后，逐步增大I参数，当怠速转速开始趋向不稳定时，回调I参数至怠速稳定运行时临界值即可。4、热保护控制策略1.热保护的必要性:过高的工作温度将导致过高的热负荷，从而损坏发动机，如拉缸、拉单体泵柱塞等严重故障;冷却液沸腾、汽化;冷却水泄露导致冷却水温水温迅速升高;油路阻塞、设计不合理导致的回油不畅导致燃油温度过高。2.几种热保护及其策略(高水温保护，燃油温度过高保护)高水温保护;燃油温度过高保护; 进气温度过高保护。3.需要热标定才能精确标定4.热保护发生时就要降低发动机功率并非都是发动机的问题5、冒烟极限控制5.1目的:对于增压中冷柴油机，由于增压器的迟滞效应，在柴油机加速过程中易引起进气量不足，空燃比下降，燃油不能完全燃烧，从而产生冒黑烟的现象。在油门完全踩到底后约0.8秒，增压压力才开始迅速土升，而转速己升至1450rpm。因此，必须根据增压压力对柴油机喷油量进行限制，以满足空燃比的要求从而防止在瞬态加速过程中冒黑烟。5.2冒烟极限1.自由加速时，油门在短短的不足2s时间内，迅速由0踩至100%，指令油量则迅速由怠速油量增加至外特性油量，而增压压力则由于增压器惯性的滞后反应，并不能迅速的达到足够的压力，导致进气量不足，如果不采用冒烟极限控制，或控制不好，则会出现空燃比偏小，混合气过浓，从而产生黑烟。2.对于载重卡车、城市公交车往往要求较大的低速扭矩，低速大扭矩所需要的大油量和增压器低速惯量限制的低增压压力之间因冒烟限制而存在一定的折中关系。3.如增压压力不足，冒烟限制策略将使扭矩比自然吸气发动机还要差(引起的原因可能为管漏、中冷器脏、弯管太多且直角转、增压器失效、)序故障码故障描述 10607 AID转换不良 2699增压压力传感器参考电压过高 3698增压压力传感器参考电压过低 4108增压压力传感器值过高 5107增压压力传感器值过低 61108增压压力传感器值偏离 71107增压压力传感器值偏低 8113进气温度传感器值过高 9112进气温度传感器值过低 102229环境温度传感器值过高 112228环境温度传感器值过低 12563蓄电池电压过高 13562蓄电池电压过低 14340凸轮轴位置传感器信号不良 1516同步信号出错 16C00lCANl出错17D00lCAN2出错 18118冷却水温传感器值过高 19117冷却水温传感器值过低 201116冷却水温不合理 21217冷却水温偏高 22335曲轴位置传感器不良 23480冷却风扇驱动电路开路 24692冷却风扇驱动电路对电源短路 25691冷却风扇驱动电路对地短路 26183燃油温度传感器值过高 27182燃油温度传感器值过低 28341凸轮轴信号高频错误 29336曲轴信号高频错误 306