共軌式電控柴油機控制特性分析

趙文珅　孫燕

摘 要：文章對共軌式電控柴油機常見的控制特性進行了詳細分析，目的是使發動機愛好者和操作者能夠全面地熟悉其特點，更加有效地操作和使用，希望能為檢修人員在電控柴油機的研究、使用方面提供參考。

關鍵詞：共軌式 電控發動機 控制特性 分析

中圖分類號：U664.121 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0040-02

高壓共軌技術的柴油機其燃油系統具有較高的噴射壓力和更加靈活的噴油方式。進一步降低了燃油消耗、減少了噪音和滿足了更加嚴格的排放法規，因此成為柴油機電控燃油噴射系統的翹楚。共軌式電控柴油機的控制特性比較多，不同廠家生產出來的柴油機其控制特性也略有不同，下面分析的是常見的控制特性。

（1）噴油量控制：電控柴油機噴油量控制功能是指在發動機啟動、怠速及正常運轉等各種工況下，電控單元ECM根據發動機的轉速信號、負荷信號和內存控制模式來確定基本噴油量，再根據冷卻液溫度、進氣溫度傳感器等對噴油量進行修正。為了獲取實際噴油量，還應計算出噴油器電磁閥開啟時間，并向執行器發送信號，控制噴油器電磁閥供油開始、供油結束的時間，從而控制噴油量。

（2）噴油正時控制：電控單元ECM根據發動機的凸輪軸位置信號、轉速信號和ECM中內存的控制模式來確定基本噴油提前角，再根據反饋信號進行修正。

（3）噴油壓力控制：在高壓共軌系統中，ECM根據安裝在高壓共軌上的燃油壓力傳感器的反饋信號，計算出實際所需要的噴射壓力。并將其值與目標壓力值進行比較，然后發出指令控制高壓油泵中的壓力調節閥使高油共軌中的燃油壓力實現閉環控制，完成最佳噴油壓力控制。

（4）噴油速率控制：電控單元ECM根據發動機運行的需要，可以設置并控制噴油速率。噴油速率分預噴射、主噴射、后噴射等多段噴射。理想的噴油規律要求噴射初期緩慢、噴油速率不要太高，目的是減少在滯燃期內的可燃混合氣量，降低初期燃燒速率，以達到降低最高燃燒溫度和壓力升高率，來抑制氮氧化合物的生成、降低燃燒噪聲。采用預噴射是實現初期緩慢燃燒的方法。主噴射發生在噴油中期，在主噴射階段，采用高噴射壓力和高噴油速率可以加快燃燒速度，防止生成微粒和降低熱效率，還可以加快可燃混合氣的擴散燃燒速度。在噴油后期要求迅速結束噴射，防止在較低的噴油壓力和噴油速率下燃油霧化變差，導致燃燒不完全而使HC和微粒物排放增加。后噴射可有效降低排放物。在高壓共軌系統進行多次噴射，可使噴油規律得到優化。

（5）進氣控制：電控柴油機進氣控制主要包括進氣節流控制、可變進氣渦流控制和可變配氣正時控制。進氣節流控制是ECM根據柴油機的轉速和負荷信號，控制進氣管中的節氣門開度，以滿足不同工況下進氣量的大小。可變進氣渦流控制也是ECM根據柴油機轉速和負荷信號，按ECM內部儲存的程序對進氣渦流強度進行控制，以滿足柴油機在不同工況下對進氣渦流強度的要求。可變配氣正時控制也是ECM根據柴油機轉速和負荷信號、按ECM內部儲存的程序對配氣正時進行控制，以滿足柴油機在不同工況下對配氣正時的要求。

（6）增壓控制：ECM根據柴油機轉速和負荷信號、增壓壓力信號等，通過控制廢氣旁通閥的開度或廢氣噴射器的噴射角度、增壓器渦輪廢氣進口截面大小等，實現對廢氣渦輪增壓器工作狀況和增壓壓力的控制，借以改善柴油機的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪聲。

（7）排放控制：柴油機的排放控制主要是對廢氣再循環閥（EGR）、選擇性催化還原裝置（SCR）或微粒捕集器（DPF）進行控制。電控單元ECM根據柴油機轉速和負荷信號，對安裝的機外凈化裝置進行控制，以使柴油機排放達歐Ⅲ標準。

（8）巡航控制：安裝有巡航控制系統的電控柴油機車輛，當使用巡航控制時，電控柴油機按選定的巡航控制模式運轉，電控單元ECM根據車速信號等使柴油車自動維持所設定的車速保持穩定行駛。而當按下解除巡航控制開關時，可使巡航控制自動解除。

（9）故障診斷和失效保護：柴油機電控系統具有故障診斷和失效保護功能。當柴油機電控系統出現故障時，電控單元ECM能識別已出現的故障，使故障指示燈點亮，提醒駕駛員應盡快停車檢修。維修人員可以調出相關故障碼，進行檢修。當電控柴油機出現故障時，失效保護功能起作用，可使柴油機強制切斷燃油供給，以免發動機繼續運轉而受到損壞。

（10）調速器形式轉換：通過設在駕駛室內的開關， 駕駛員可對ECM的調速器功能進行轉換，即可在傳統的車用兩極調速器和全程調速器之間進行轉換。除了通過開關控制外，也可以使用故障診斷服務軟件直接對ECM進行調速器的設定。調速器形式的轉換只能在零油門位置的時候進行。

（11）發動機保護：發動機保護功能是電控柴油機的標準特性。ECM通過監測下列4個運行參數（冷卻液位、冷卻液溫度、機油壓力和進氣溫度）來決定是否啟動發動機保護功能；當ECM監測到上述的一個或幾個參數超出一定的范圍，會采取降低輸出扭矩，降低發動機轉速直至強行關閉發動機等措施，以保護發動機。

（12）排氣制動：由ECM來控制，當司機打開儀表臺上的排氣制動開關后，ECM根據一定的條件來決定是否啟動排氣制動。如發動機轉速是否在1 000 rpm以上，油門和離合器踏板的狀態等。另外ECM控制的排氣制動還可以和巡航控制配合工作，以充分發揮排氣制動的功能。例如在巡航狀態下，當車速高于設定的巡航車速時，可以啟動排氣制動，以使車速穩定在設定的巡航車速。

（13）怠速停機：發動機長時間低怠速運轉會產生很多不利的影響。比如柴油燃燒不充分，容易在缸內形成積碳；未燃燒的柴油在缸內積聚，進入油底殼稀釋機油；另外尾氣排放污染也很嚴重。ECM的怠速關機功能能夠監測到發動機長時間低怠速運轉狀態而沒有任何司機指令輸入時，ECM將啟動怠速關機功能，首先通過黃色警告燈閃爍30 s來警告司機，如果司機在此30 s內依然沒有任何的指令輸入，發動機將自動停機。

（14）安全回家：因為在油門發生故障時，ECM沒有得到油門信號，如果安全回家功能已經啟用，此時ECM將根據怠速有效開關的狀態來決定是否給油。如果此時司機踩下油門，則ECM將給出一個固定的噴油量，以使發動機可以保證車輛安全行駛回維修廠做維修。

（15）低怠速的調整：發動機低怠速的調整范圍一般是600～800 rpm，低怠速可以通過故障診斷服務軟件來調整，也可以通過儀表臺上的開關來實時進行調整。

（16）保養提醒功能：保養提醒功能就像一個鬧鐘一樣會定時提醒司機做車輛保養， 在保養功能提醒設置中，司機可以根據自己的運行工況和用油情況自己設定保養間隔。在保養間隔前的一定時間內，ECM將通過儀表臺上的保養指示燈提醒司機及時做車輛保養。

（17）遠程油門：遠程油門為裝在駕駛室以外的、用于控制發動機的油門，大部分電控發動機都提供了安裝遠程油門的選項。

（18）PTO調速控制：在PTO模式下，發動機工作在一個設定的PTO工作轉速下，PTO調速功能保證發動機轉速的穩定，而不管負荷如何變化。

高壓共軌系統是目前世界上最先進的燃油系統，德國博世（Bosch）公司已經將高壓共軌系統發展到第三代，其優點是可以實現高壓噴射，最高壓力達到200 MPa，并且高壓燃油的產生和噴射完全獨立，燃油噴射的時刻和數量控制精度高，能夠有效地抑制和減少尾氣排放物中的有害成分，減少了噪音，滿足了更加嚴格的排放法規。目前，高壓共軌系統已廣泛應用在載貨汽車、客車以及工程機械等柴油發動機上。

參考文獻

[1] 康明斯發動機有限公司.ISBe系列發動機故障判斷和維修手冊[Z].2004.

[2] （美）Dick H.King.發動機計算機管理系統：汽車電噴技術[M].電子工業出版社，1997.