高压共轨燃油喷射系统电控喷油器的调试与发动机试验_图文

1、蔡遂生(1964- 男, 江西遂川人, 高级工程师(收稿日期:2003-08-19文章编号:1008-7842(2003 S0-0121-03高压共轨燃油喷射系统电控喷油器的调试与发动机试验蔡遂生, 张有(上海柴油机股份有限公司技术中心, 上海200432摘要介绍了高压共轨电控喷油器在油泵试验台的标定方法、过程以及M AP 图的优化策略, 并对电控喷油器与柴油机进行了匹配试验, 测试了柴油机的气缸内爆发压力及各气缸排温。测试结果表明了电控喷油器在油泵试验台上标定的准确性。关键词高压共轨, 电控喷油器, 标定中图分类号:TK 421+142文献标志码:A1前言与传统的泵管嘴系统不同, 高压共轨电

2、控喷油器的喷射特性不仅取决于其机械、液力特性, 还与喷油器电磁阀的电磁特性有关。因此, 电控喷油器在与发动机匹配试验前必须在特定的油泵试验台上进行标定, 使电控喷油器保持良好的喷油一致性, 使高压共轨电控喷射系统与发动机的匹配达到理想的效果, 充分体现共轨系统对喷油规律柔性控制的优势。2高压共轨电控喷射系统工作原理以日本电装公司的EC D U21。该系统主要由高压输油泵、电控装置(EC U 和传感器等组成图1EC D U2高压共轨电控喷射系统高压输油泵是一个2缸凸轮直列泵, 在高压输油泵上装有一个控制阀(PC V 阀 , 对该泵供油量予以调节。共轨上有一个高压压力传感器, 压力信号输送到EC

3、U , 由EC U 对高压输油泵上的PC V 阀实施反馈控制, 确保共轨中压力稳定。共轨中压力可根据柴油机工况的要求确定所需要的目标值, 目前达到的最大喷射压力为180MPa 。每个喷油器总成的上方有一个电控三通阀(T W V 阀 , 三通阀通电时刻决定了喷油始点, 通电持续时间决定了喷油量大小。喷射压力可以根据柴油机工况要求进行调节。, 可以实现所需要的某种程度高压。、负0135ms , 关闭响应时D U2是一个电子控制的精确的压力时, 共轨中压力波动很小, 它没有传统喷油系统中存在的压力增大而产生难控区、失控区等问题, 能方便地实现柴油机所需的理想油量控制特性。3电控喷油器的台架试验311

4、喷油一致性检查利用法国EFS 公司制造的油泵试验台可测量高压共轨电控喷射系统每行程的瞬时喷油量和喷油规律(如图2a 所示 。试验台的关键部件是单次在线流量仪, 它可测量一个行程内的3次喷射量, 即预喷射、主喷射和后喷射, 分辨率可达到011mm 3/次喷射。它由带有柱塞的缸体、位移和温度传感器以及电磁阀等构成(如图2b 所示 , 6个压力和温度测量室分别对应6缸喷油器输出 , 通过每缸标准压力(由测量的实际油压通过温度补偿和换算后获得 的对比可以了解每缸流量的一致性, 并通过瞬时压力的测量得到每缸单次的喷油规律。缸体内的柱塞在喷射油液的作用下产生位移, 传感器测出该位移信号, 经在线流量仪处理

5、后得出喷油量值。3次喷射结束后, 电磁阀开启排油, 柱塞在弹簧作用下复位, 完成一个完整的测量周期2。喷油的一致性和均匀性直接影响到发动机的稳定运转, 发动机试验前应进行喷油一致性检查。图3是第23卷增刊12003年11月铁道机车车辆RAI LW AYLOC OM OTI VE &C AR V ol 123Suppl 11N ov 12003 图2EFS 油泵试验台1-电机; 2-低压油路; 3-高压泵; 4-高压油路; 5-喷油器回油; 6-送油电磁阀; 7-排油电磁阀; 8-油箱; 9-共轨油压传感器; 10-单次在线流量仪; 11-轨压调节器; 12-控制盒。1-喷油器; 2-可

6、变容积测试腔; 3-温度传感器; 4-滑动柱塞; 5-位移传感器; 6-排油电磁阀。D6114B 柴油机的6个电控喷油器在一个工作循环中喷油两次测得的预喷油量和主喷油量(共轨油压 80MPa , 预喷射脉宽016ms , 主喷油脉宽111ms 。各喷油器循环喷油量的一致性误差应控制在6mm 3以内。如果各喷油器的循环喷油量离散度超过6mm 3, 相应喷油器的控制信号脉宽 。图3喷油一致性检查312喷油延迟的检测由于高压共轨电控喷油器的燃油喷射过程受到机械、液力以及喷油器电磁阀的电磁特性的影响, 其喷射过程存在明显的喷油延迟现象。喷油器电磁阀控制信号上升沿与喷油开始时刻的时间间隔, 即为喷油延迟

7、, 如图4所示。表1为不同共轨油压所测得的喷油延迟。表1表明, 共轨油压对喷油延迟影响不大, 即共轨油压在40120MPa 变化时, 喷油延迟大约为019图4喷油延迟的测量表1不同共轨油压时的喷油延迟共轨油压/MPa406080100120ms 左右。313初始M AP 设定电控喷油器的台架标定是发动机匹配标定的基础, 在油泵试验台上, 应对控制电控喷油器喷射的M AP 图(包括共轨油压 M AP 图、喷油提前角M AP 图以及循环喷油量M AP 图 进行初步设定, 以便发动机能顺利起动。即在油泵试验台上标定出不同转速和油门位置时所对应的共轨油压、喷油提前角以及循环喷油量。标定的指导原则是模拟

8、柴油机配传统的泵管嘴系统在各种工况运行时的参数值。初始M AP 图在电控单元中是以三维数据表格的形式存储的, 即由两个变量决定一个函数值(共轨油压、喷油提前角、循环喷油量等 , 两个变量分别为凸轮轴转速和油门位置, 在油泵试验台上试验时, 油门位置信号可由脚踏板上的角位移传感器提供。设定初始M AP 图的首要任务是确定工况节点。由于发动机的运122铁道机车车辆第十三届全国大功率柴油机学术年会论文集第23卷行工况是无限多的, 为了实现软件的计算控制, 只能选取有限的工况节点。电控系统通过这些有代表性的工况节点来控制发动机在整个工况范围运转, 节点之间的控制是通过节点控制参数的线性插值来实现的。显

9、然, 控制节点数越多, 控制精度越高, 但标定工作量也越大。因此, 合理地选定工况节点就显得很重要。工况节点的选择和布局应考虑两个因素:一是发动机各控制参数的变化趋势, 变化趋势大的区域节点应布置得密一些; 二是考虑使用频度。虽然发动机的工况范围很宽, 但并不是所有区域都经常使用, 使用频度高的区域, 节点应布置得密一些, 以提高控制精度3。根据这一原则, 在初始M AP 图的制作阶段, 凸轮轴转速信号以每50r/min 为一控制节点, 且通过最大扭矩点和额定功率点转速; 油门位置信号以每10%为一控制节点。喷射压力M AP 图设定时, 在怠速工况, 喷射压力设定为最低, 而在外特性工况, 喷

10、射压力设定为最高。而喷油提前角及循环喷油量M AP 图的设定则是以发动机配泵管嘴系统时在各种工况下的提前角及循环喷油量为模拟值。但由于电控喷油器存在较大的喷油延迟, 为模拟提前角加喷油延迟。4411和初始M AP 图的设定之后, 便可以与发动机进行匹配标定试验。通过测试气缸内爆发压力信号可以了解发动机工作的稳定性, 发动机在某一工况下稳定运转时, 每工作循环的爆发压力应保持一致, 测得的缸内爆发压力的信号波形如图5所示。图5爆发压力一致性检查图6(a 主喷油提前角7°C A 时图6(b 主喷油提前角5°C A 时气缸内爆发压力信号气缸内爆发压力信号(下转第140页412M

11、AP 图的优化这里以喷油提前角M AP 图优化为例来说明M AP 图的优化过程。由于高压共轨电控喷射系统的喷油提前角可以任意调节, 而提前角对柴油机的爆发压力影响很大, 因此在优化提前角时有必要对气缸内压力信号进行实时监测, 以保证发动机的安全运行。提前角过大, 则爆发压力增大, 发动机承受的机械应力增加, 噪声增大。如果爆发压力超过了发动机设计的最高爆发压力, 则发动机的使用寿命缩短; 另外, 提前角过大, 也会导致NOx 的升高。而提前角过小, 则有可能后燃, 使排温升高, 排气冒黑烟。在发动机的匹配标定试验时, 调节三维M AP 图每个工况点上的喷油提前角, 同时测量所有控制参数、性能、

12、排放数据、环境状态数据。这样, 通过在每一个工况点进行多次的交叉组合试验, 就可得到M AP 图各工况点上对应经济最佳、排放最佳的不同提前角控制参数, 为将来的的整车标定工作确定重要的参考基准。实际调试时, , (, 当喷射压其, 而NOx 的排NOx 的排放烟度和燃油耗率, 通过分析比较NOx 、烟度、燃油耗率以及涡轮前排温等参数, 选取这些参数的折衷便可以确定各工况点喷油提前角的最佳值。如图6(a 为高压共轨电控D6114B 柴油机在最大扭矩点(转速1400r/min 、扭矩1090N m 、主喷油提前角为7°C A 时测得的气缸内压力波形, 图6(b 为主喷油提前角为5

13、6;C A 时的气缸内压力波形。表2为不同提前角时测得的发动机性能和排放结果。表2不同喷油提前角时测得的发动机性能和排放结果喷油提前角转速/r min -1功率/kW 涡轮前排温/比油耗/g (kW h -1NOx /×10-6烟度/Bosch 最大爆 1612187°C A140016058422812140141314增刊1高压共轨燃油喷射系统电控喷油器的调试与发动机试验123止超负荷。(3 负荷分配对共用一个齿轮箱的两台机组可进行不间断的柔性负荷分配, 可实现手动逻辑/软件逻辑分配及卸载, 同时一旦并机完成, 只需操纵一台机, 另一台机具有转速及负荷自动跟随功能, 其

14、可进行机械(转速与负荷联动 /机械、电力混合(转速恒定, 带轴带发电机 的负荷分配, 负荷分配原理如图3, 在进行负荷分配之前两台机组需分别进行燃油齿条(燃油量 对应负荷百分比的标定(若有燃油齿条指示器 , 及执行器输出百分比对应负荷百分比的标定。当然, 723控制器还有其它诸如压力、温度等监控报警功能。总之, 随着发动机动力输出控制复杂程度的增加, 以及安全可靠性运行要求的提高, 发展已40多年的电子调速器必将日益受到广泛的应用和发展。参考文献1W oodward G overnor C ompany 箸1723P LUS Digital Marine C ontrol -T w o -en

15、gine Mechanical Sharing 2柴油机结构与使用Z1济南柴油机厂, 198913电工学基础M1北京:国防工业出版社, 19901Importance of H igh Perform ance E lectric G overnorin Output Control of E ngine Pow erZH ANG Guo -xing(Assemblage Branch Mill , Shanxi Diesel W orks , Shanxi X ingping 713105, China Abstract :The advantages of high performance

16、 electric g overnors of engine is introduced the development process of power control is discussed. K eyw ords :diesel engine , output control of engine power , multi -functional integration , high performance overnor(上接第123页413各气缸排温一致性检测号, 因此, , 可, 气口50mm , 用以测量各气缸排温。表3是在D6114B 发动机外特性的额定功率点和最大扭矩点处测

17、得的各气缸排温。从表3可以看出, 各气缸的排温误差较小, 这表明经过标定后的电控喷油器, 工作特性趋于一致。表3额定功率点和最大扭矩点测得的各气缸排温转速/r min -1功率/kW 涡轮前排温/温/各气缸排温/161165804665225305235195185285结论高压共轨电控喷油器必须经过油泵试验台的标定, 设置初始的共轨油压M AP 以及循环喷油量M AP , 才能进, 包括电控喷油器喷油M AP 图的优化及发动机的性能优化。电控喷油器与发动机的试验结果表明, 与传统的泵管嘴系统相比, 高压共轨电控喷射系统不仅能调节喷油压力、喷油量, 还能对喷油正时进行灵活控制, 充分体现了共轨

18、系统对燃油喷射特性柔性控制的优越性, 代表了未来燃油系统发展的方向。参考文献1皇甫鉴1现代汽车电子技术与装置M, 北京:北京理工大学出版社, 199912Francois SCH MI DT E 1F 1S 1120Innovative Instrument for Very High Accuracy Measurement of Shot to Shot Flow and Rate of Autom otive Injection Systems Using G as oline or Fuel at Low or High Pressure 13蔡遂生1柴油机共轨蓄压式电控喷油系统的研究与开发D博士学位论文1北京:北京理工大学, 20011Adjustment and