高压共轨电控柴油机起动过程及油量研究_图文

1、第1期(总第129期现代车用动力No11(serialNo11292008年2月MODERN VEH I C LE P OW ERFeb12008文章编号:1671-5446(200801-0030-04高压共轨电控柴油机起动过程及油量研究3程婷婷,申立中,张学文,王贵勇,王金虎,江军(昆明理工大学交通工程学院,云南昆明650224摘要:在对传统柴油机起动特性的研究基础上,分析了电控柴油机的起动控制需求,结合高压共轨电控单元(EC U,制定了电控柴油机的起动控制逻辑,采用MAP插值法计算起动油量,并运用斜坡函数模块实现对起动油量的调整。最终设计了一套高压共轨电控柴油机控制系统中的起动控制模块。

2、关键词:电控;柴油机;MAP;起动;斜坡函数中图分类号:TK421文献标识码:AAna lysis of St arti n g Process and Fuel Qua lity of a D i esel Eng i n e Usi n gElectron i ca lly-con trolled a H i gh Pressure Com m on-Ra il System CHE NG Ting2ting,SHE N L i2zhong,Z HANG Xue2wen,WANG Gui2yong,WANG J in2hu,J IANG Jun (Science and Technol o

3、gy University of Kun m ing Traffic Engineering College,Kun m ing650224,China Abstract:Based on starting characteristic of traditi onal diesel engine,the starting de mands of electr onic contr olled diesel engine are analyzed.The starting contr ol l ogic in the electr onic contr olled diesel engine i

4、s established with the hel p of electr onic contr ol u2 nit in high p ressure co mmon rail.The fuel quality supp lied during starting p r ocess is calculated byMAP method,and its adjust m ent is made with the ra mp functi on.Finally,the starting contr ol syste m in high p ressure co mmon rail diesel

5、 engine is designed.Key words:electr onic contr ol;diesel engine;MAP;starting;ra mp functi on引言随着国民经济的增长和工业的发展,人们对动力机械的需求越来越大。车辆和发动机降低排放,提高动力性、经济性和安全可靠性,减小振动和噪音,提高舒适性能等等1也日益为人们所重视。柴油机以其卓越的经济性和动力性越来越多地成为车用发动机的首选动力,但是由于柴油机在低温起动时不宜起动、起动后排气冒浓烟、排放量较高以及工作较为粗暴等特性使得轿车用柴油机的推广不如汽油机,而且随着排放法规的逐步提高,改善柴油机起动性能越来越多

6、地成为急需解决的问题。高压共轨电控系统的引入,使得柴油机起动控制成为柔性可控,在一定程度上降低了柴油机起动时HC,CO等的排放量。1电控柴油机起动过程控制1.1柴油机起动特性分析柴油机在起动过程中,特别是冷起动时,缸内压缩始点温度与气缸壁传热大,由于起动转速低而引起的漏气量增加,从而使压缩终点的温度和压力也下降。在低温时,燃料黏性增大加之起动转速低,使燃料的蒸发和雾化均恶化,影响混合气的形成,这些因素严重制约了常规柴油机的冷起动能力和排放性。3收稿日期:2007-10-20作者简介:程婷婷(1982-,女,河南方城县人,硕士研究生,主要研究方向为电控柴油机起动及怠速控制。为了保证可靠的冷起动,

7、必须提高起动油压和促进混和气的形成2。为了加速混合气的形成,可以采用预热的措施来提高燃烧室温度,给混合气加热,也可以采用预喷射的方法来解决这一问题。在高压共轨电控柴油机中还可以通过快速建立高压轨的轨道压力来改善柴油机的冷起动性能。1.2起动过程描述柴油由其低压易燃性决定了柴油机采用压燃式工作方式,因此也较易起动,起动时间很短。传统的柴油机在起动机的拖动下逐渐开始自行运转,起动成功,而电控柴油机在这个过程中还要检测转速、温度等信号,并根据不同的工况,采用不同的喷油量,下面为电控柴油机起动过程的描述。首先发动机在起动机的倒拖作用下转动起来,进而带动燃油供给单元、进排气系统等开始工作,ECU根据电控

8、柴油机曲轴信号盘与凸轮轴信号盘的相位关系判断柴油机是否同步以判断1缸点火上止点,并计算柴油机转速,然后根据转速、冷却液温度、大气压力以及附加信息等从起动扭矩MAP中读出需要的起动扭矩值,然后进行大气压力修正以及电可擦除只读存储器(闪存即EE2 PROM自修正。确定起动扭矩后要进行扭矩到油量的转换,然后检测轨道压力是否满足当前工况下的起动轨道压力要求,如果满足,喷油电磁阀打开开始喷油,一旦检测到发动机转速大于0,计时器就要开始计时。不同工况下通过MAP及其他方法计算出的起动油量可能并不是最恰当的,此时可以通过斜坡函数来调整,最终保证在规定的时间内柴油机可靠、顺利、尽量降低排放和油耗的情况下起动起

9、来。当转速在规定的时间内超过了当前工况下的起动成功转速值时就可以认为起动成功3。起动必须在规定的时间内完成,如果超出了这个时间,发动机转速仍然没有达到设定转速以上,则可以判定此次起动失败,需要停止之后重新起动;如果在这一个过程中起动机或蓄电池出现故障,那么就关闭起动电机,重新起动4。最多可以允许3次起动,若起动3次还不能成功,则说明系统有故障,需要观察故障灯的明暗并调出故障码进行诊断。图1是本研究课题所设计的高压共轨电控柴油机起动过程控制逻辑图 :图1起动流程图起动过程中,为了保证预喷,需要快速建立轨道压力,高压轨的存在解决了这一问题。高压油泵源源不断地给轨输送燃油,轨道容积不变,随着燃油量的

10、增多,燃油密度增大,温度升高,燃油压强必定上升,这就为喷油准备了较高压力的燃油,高压燃油喷入气缸,可以使燃油迅速的和进入气缸的空气混合,此时的燃油温度也较高,有利于燃油的雾化。这对改善柴油机工作首循环非常有帮助。图2为起动过程中,转速和轨道压力随时间的变化关系 :图2成功起动的示意图1.3起动工况判断起动成功与否主要由起动时间和发动机转速确定,如果发动机转速在允许的起动时间内已经132008年第1期程婷婷,等:高压共轨电控柴油机起动过程及油量研究达到了设定转速,则可判断起动成功,否则可以判定此次起动失败。起动机通电拖动发动机,气缸内着火工作,转速升高,为了保护起动电机,必须尽早断电,通电时间(

11、起动时间不得超过15s,发动机能自行运转10s以上不熄火,则认为起动成功。若起动失败,在3m in中继续进行下一次起动,低温起动时需待冷却液、润滑油及电解液达到规定的环境温度,方可进行下一次起动。若3次起动失败,则终止起动。不同的工况下,起动时间和起动转速也有不同的要求,一般来说,温度越低,可允许的起动时间也越长。一般可以分为低温起动、暖机起动和热机起动3种情况。低温起动是在环境温度为263K的情况下;暖机起动是在40%80%额定转速下运转,待冷却液温度达到361±5K后,怠速10s,停机120m in,环境温度不限的情况下,即可开始中温起动;热机起动前,在40%80%额定转速下运转

12、,待冷却液温度达到361±5K后,怠速10s,停机10m in,环境温度不限的情况下,即可开始热车起动。一般在低温起动时间以最大不能超过6s为佳,暖机和热机则是不能超过3s。但作为电控高压共轨柴油机系统,起动时间应该尽量比国家标准时间要小一些为佳,因为随着车辆的使用,部件的老化,性能可能会降低,因此,可以把它们定在比较小的合适的值,以提高柴油机的起动性能。2起动油量计算及控制早期,人们为了保证可靠的起动性能,起动油量一般都设在一个比较高的值,发动机自行运转后,随着转速的升高逐渐减低喷油量。但是随着汽车保有量的增加,环境污染越来越严重,因此,为了降低起动工况下的排放量,现代车用高压共轨

13、电控柴油机的起动油量又有了新的计算策略。即把基本起动油量设定的比相同工况下传统起动油量低一些,随着发动机开始自行运转,逐渐增加起动油量,保证快速起动。这样能够在保证起动的情况下尽量降低排放。减油还是加油则通过斜坡函数来实现。2.1起动油量计算一定工况下发动机所需要的喷油量与发动机温度和发动机平均转速有关5,因此起动油量主要通过由发动机温度和发动机平均转速确定的MAP中插值确定。起动油量由发动机温度和发动机平均转速确定的MAP中插值出的基本的喷油量,根据发动机温度和发动机平均转速确定的附加起动油量加上大气压力修正作用所得的附加修正油量和EEP2 ROM(电可擦除只读存储器(闪存中存储的调整油量3

14、个部分组成。冷却液温度较低时,使着火滞后期增长,很容易导致失火或不完全燃烧现象,生成较高的HC 排放6。提高冷却液温度可以降低起动油耗和排放。刚打开起动电机时,起动油量初始化为0,判缸成功后,根据转速和水温信号计算出的起动油量即为基本起动油量,然后再根据大气压力进行修正,并根据发动机转速占最大起动转速的比例通过EEPROM进行调整。起动基本油量的确定需要考虑可靠起动和降低排放、油耗两个方面的因素。如果把起动油量定得过高,能够保证冷起动,但是会造成排放和油耗过高,反之如果为了降低排放和油耗把起动基本油量定的低一些,有可能由于混合气过稀不能保证可靠的起动。因此,为了保证这两个方面的需求可以引入斜坡

15、函数对起动油量进行调整来实现可靠的、低排放的起动柴油机。图3是本研究课题所设计的起动油量的确定模块 :图3起动油量的确定2.2斜坡函数斜坡函数相当于一个比例环节,与比例环节不同的是斜坡函数的输出值是随时间而变化的。斜坡函数有正的斜率也有负的斜率,当实际的控制量高于目标量时,采用负斜率,逐渐降低控制量,以消除误差;反之,则采用正斜率,增加控制量,消除控制偏差。当偏差较大时,为了快速补偿偏差,需要采用大斜率,但是偏差过大,易导致系23现代车用动力2008年第1期 统的震荡;反之,偏差较小时,则需要采用小斜率调节,防止斜率过大造成过调节,引起控制量的发散震荡7,8。在这里如果采用小起动基本油量,那么

16、为了保证顺利起动就必须使用正斜坡斜率增加起动油量以实现柴油机的快速起动,随着转速的升高,发动机温度也会增高,当发动转速接近起动成功转速时,就要冻结斜坡增油作用,防止起动油量过高造成起动转速过高,以及发动机油耗和排放问题的严重;当选用较高的起动基本油量时,发动机起动成功后就必须通过负斜率来减少喷油量,从而降低排放和油耗。对于智能调节系统,可以正负斜率都使用。当转速升高过快时采用负斜率减油,反之则采用正斜率加油,这样既能保证顺利起动,又能降低排放和油耗。3结束语从以上分析可以得出:a .高压共轨电控柴油机起动控制系统中,采用转速加起动时间的监控方式来判定起动状态,优于传统的机械式柴油机中客户根据自

17、身对发动机运转的感觉来判断起动性能和起动状态。目前对起动机的监控还是一个比较复杂的工作,需要进一步去研究。b .起动系统中起动油量的计算很关键,过大或过小都不利于柴油机正常工作,采用MAP 插值法能够使起动油量尽量接近理想起动油量;根据大气压力的高低对起动油量进行修正,能够弥补由于气压的差异带来的影响;再通过EEPROM 中的调整油量对其进行调整,能够根据实际工作情况的不同对起动油量进行优化。这些策略都是优化了柴油机的起动工作性能的重要方法。c .在起动油量的确定中,引入斜坡函数模块一方面能够增加起动油量保证快速起动,另一方面又防止了起动油量过大而引起的油耗和排放升高问题。对改善柴油机的起动性

18、能也很有帮助。自动控制和计算机的知识应用引入到传统的发动机领域中,促进了发动机现代化和数字化的发展。d .高压共轨电控柴油机由于高压轨的存在,高压油泵源源不断地给高压轨输送燃油,保证能够达到较高的喷油压力,混和气的形成更有利于发动机首次运转,优化柴油机起动过程。参考文献:1居钰生,金兴才1我国燃油喷射系统行业现状和面临的任务与对策J .现代车用动力,2007,(3:1.2黄毅,肖文雍,唐永良,等.G D 1高压共轨电控柴油机起动控制的试验研究J .车用发动机,2004,(2:2422713黄宁,段家修,尧命发,等.车用柴油机起动性能研究J .小型内燃机与摩托车,2003,32(6:1622014肖文雍,冒校建,王好战,等.G D -1高压共轨式电控柴油机的起动控制策略研究J .内燃机学报,2003,(2:97210015张幽彤