柴油机电控高压共轨燃油喷射系统的研究

许建法

摘 要：现阶段，能源问题已经逐渐成为阻碍国内外经济发展的主要因素，并且全世界范围内尚未研制出应对石油资源枯竭的有效措施，因此只能通过技术优化的方式来节约能源，减少柴油机油耗已经成为世界共同目标，而电控高压共轨系统在柴油机中的应用，能够在节约油耗方面带来较为显著的效果。基于此，本文将对高压共轨系统的应用优势进行分析，并对该系统在柴油机应用中的控制措施加以阐述。

关键词：柴油机 电控高压共轨系统 控制措施

引言：在能源节约型、环境友好型社会背景下，各国纷纷借助电子信息设备对柴油机运行中消耗的油量进行控制，与以往机械、液压系统相比来看，电力计算机技术的应用能够获取更高的热效率，尤其是电控技術的应用，不但使柴油机的经济性、动力性、振动与噪声等得到有效的优化与改进，而且对于降低柴油机排放来说具有十分重要且深远的意义。

1. 高压共轨系统的应用优势

与以往传统柴油机燃油系统相比来看，电控燃油系统具有更多突出的优势，主要体现在以下几个方面：

（1）喷油压力较高

采用高压共轨系统进行运作，其喷油压力与柴油机运行速度之间存在较强的独立性，因此即便在柴油机低速运转的情况下，也照样能够获得较强的喷油压力，这对于节省柴油机能耗，提高喷油效率来说具有十分重要的意义。现阶段，投入使用的共轨系统中轨压已经能够达到140—180MPa，未来还会研制出180—200MPa的共轨系统应用到工业建设当中，使燃油物化质量得到显著提升，获得到更加理想的燃烧效果。

（2）喷油控制能力较强

高压共轨系统能够根据实际需求，对喷油提前角进行随意调节，还能够控制供油终点与持续角，尤其是能够针对燃油喷乳气缸的整个过程进行精细的控制，在整个循环工作当中完成多次受控喷射，使燃油喷射率得到极大的调控，具有较强的经济性、动力性与良好的排放效果。

（3）应用范围较为广阔

高压共轨系统与其他技术相结合后，已经研制出排放性能达到欧IV的柴油机，并且有望继续提升，这是其他燃油系统很难达到的目标。同时，该系统的应用范围也得到进一步拓展，每缸功率能够达到10—200kw，在轿车、轻型货车、重型载货车、船舶等多个领域中得到广泛应用[1]。

2. 柴油机电控高压共轨系统的控制措施

2.1控制原理分析

油量控制主要针对柴油机不同状态下，对其喷油量、喷油正时进行调整和控制，使其与实际运行需求充分满足。在对各类工况进行控制的过程中，应获取到目前机器的转速、水温、环境、车载附件、踏板等信息。共轨压力控制与喷油正时根据柴油机状态参数获取到供油时刻、脉宽、喷射时刻等等，最后根据控制要求驱动燃油喷射系统中的执行器，将喷射驱动进行调整，使其与转角信号同步，利用蓄电池电压对其进行补偿。

2.2主要的控制措施

2.2.1喷油量的控制

首先，借助传感器将柴油机的工况进行提取，获取到油门踏板位置以及平均转速，将柴油机整体工况信息与油量MAP结合起来明确目标喷油量的基本数值，通过冷却水温对工况产生的影响，对基本值进行调整后确定；最后，与当前转速下最大喷油量相比较，选取最小数值作为最终的喷油量。查询喷射脉宽MAP图、共轨压力等，了解喷射脉宽与持续时间，将其传输到喷油器当中，由电磁阀对喷油量进行控制。

2.2.2喷油压力的控制

在起动时的油压控制，根据不同实际需求，利用开环与闭环进行控制，由于刚刚起动转速较低，无法对缸信号进行监测，因此应采用开环模式，构建控制时序，对电磁阀动作进行驱动，使整个高压油泵升程共有，实现油压快速起动的目标；当油压与目标数值较为接近时，转为闭环模式，保持起动油压稳定，实现柴油机从起动到怠速工况下油压的平稳过度。

在正常工况下，采用神经网络模糊PID闭环控制方式，确保共轨压力的稳定。首先，以柴油机状态参数为依据，通过查看MAP图的方式对目标轨压的基本值进行确定，弄清冷却水温与轨压间的联系，对轨压进行调整，计算最终的数值，达到对实际轨压与目标轨压差值的控制目标。

在急加速工况下，将开环模式与闭环模式结合起来，利用传感器获取到实际轨压与目标轨压之间的差值进行控制，首先设置一个差值度，如若大于该数值，则采用开环米欧式，通过固定频率对电磁阀动作进行控制；如若小于该数值，则使用闭环控制，即神经网络模糊PID控制法，这样能够使轨压在较短的时间内上升，提高油压控制效率，使响应性能达到最佳状态[2]。

2.2.3喷油正时的控制

共轨关键技术之一是对喷油正时的控制，基本控制原理为发挥基本值与补偿值的合力，其中基本值根据柴油机转速与喷油量MAP来获取，而补偿值包括进气温度补偿、冷却水温补偿、大气压力补偿等多项内容。由于在低温环境下将会延长燃烧时间，因此需要将进气温度补偿引入其中，与标定MAP相结合以后获取到补偿量。在柴油机运行过程中，由于行驶道路高低不平，导致进气压力发生改变，致使机器内部的部分硬件发生损坏，而大气压力补偿将会有效的降低这一不利影响。事实上，喷油正时能够对喷油起始点进行明确，使喷油位置更加精准，实现精确的喷油控制目标。

结论：综上所述，通过对高压共轨系统在柴油机中的应用，对喷油量、喷油压力、喷油正时等全工况下进行灵活控制，使柴油机的运行性能得到有效改善，优化机械的输出功率、降低燃烧过程中的油脂消耗、减少排放能量。根据不同的实际需求，对喷射组合进行灵活调整，实现多次高效喷射，使我国能源得到进一步节约，为构建资源节约性、环境友好型社会贡献更多的力量。

参考文献：

[1] 肖文雍， 杨林， 梁锋. GD-1高压共轨式电控柴油机燃油喷射压力控制策略的研究[J]. 内燃机学报， 2004， 22（3）：235-240.

[2] 刘斌彬， 李国岫， 郑亚银. 柴油机高压共轨燃油喷射系统现状与发展趋势[J]. 内燃机， 2006（2）：1-3.