柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統的研究

許建法

摘 要：現階段，能源問題已經逐漸成為阻礙國內外經濟發展的主要因素，并且全世界范圍內尚未研制出應對石油資源枯竭的有效措施，因此只能通過技術優化的方式來節約能源，減少柴油機油耗已經成為世界共同目標，而電控高壓共軌系統在柴油機中的應用，能夠在節約油耗方面帶來較為顯著的效果。基于此，本文將對高壓共軌系統的應用優勢進行分析，并對該系統在柴油機應用中的控制措施加以闡述。

關鍵詞：柴油機 電控高壓共軌系統 控制措施

引言：在能源節約型、環境友好型社會背景下，各國紛紛借助電子信息設備對柴油機運行中消耗的油量進行控制，與以往機械、液壓系統相比來看，電力計算機技術的應用能夠獲取更高的熱效率，尤其是電控技術的應用，不但使柴油機的經濟性、動力性、振動與噪聲等得到有效的優化與改進，而且對于降低柴油機排放來說具有十分重要且深遠的意義。

1. 高壓共軌系統的應用優勢

與以往傳統柴油機燃油系統相比來看，電控燃油系統具有更多突出的優勢，主要體現在以下幾個方面：

（1）噴油壓力較高

采用高壓共軌系統進行運作，其噴油壓力與柴油機運行速度之間存在較強的獨立性，因此即便在柴油機低速運轉的情況下，也照樣能夠獲得較強的噴油壓力，這對于節省柴油機能耗，提高噴油效率來說具有十分重要的意義。現階段，投入使用的共軌系統中軌壓已經能夠達到140—180MPa，未來還會研制出180—200MPa的共軌系統應用到工業建設當中，使燃油物化質量得到顯著提升，獲得到更加理想的燃燒效果。

（2）噴油控制能力較強

高壓共軌系統能夠根據實際需求，對噴油提前角進行隨意調節，還能夠控制供油終點與持續角，尤其是能夠針對燃油噴乳氣缸的整個過程進行精細的控制，在整個循環工作當中完成多次受控噴射，使燃油噴射率得到極大的調控，具有較強的經濟性、動力性與良好的排放效果。

（3）應用范圍較為廣闊

高壓共軌系統與其他技術相結合后，已經研制出排放性能達到歐IV的柴油機，并且有望繼續提升，這是其他燃油系統很難達到的目標。同時，該系統的應用范圍也得到進一步拓展，每缸功率能夠達到10—200kw，在轎車、輕型貨車、重型載貨車、船舶等多個領域中得到廣泛應用[1]。

2. 柴油機電控高壓共軌系統的控制措施

2.1控制原理分析

油量控制主要針對柴油機不同狀態下，對其噴油量、噴油正時進行調整和控制，使其與實際運行需求充分滿足。在對各類工況進行控制的過程中，應獲取到目前機器的轉速、水溫、環境、車載附件、踏板等信息。共軌壓力控制與噴油正時根據柴油機狀態參數獲取到供油時刻、脈寬、噴射時刻等等，最后根據控制要求驅動燃油噴射系統中的執行器，將噴射驅動進行調整，使其與轉角信號同步，利用蓄電池電壓對其進行補償。

2.2主要的控制措施

2.2.1噴油量的控制

首先，借助傳感器將柴油機的工況進行提取，獲取到油門踏板位置以及平均轉速，將柴油機整體工況信息與油量MAP結合起來明確目標噴油量的基本數值，通過冷卻水溫對工況產生的影響，對基本值進行調整后確定；最后，與當前轉速下最大噴油量相比較，選取最小數值作為最終的噴油量。查詢噴射脈寬MAP圖、共軌壓力等，了解噴射脈寬與持續時間，將其傳輸到噴油器當中，由電磁閥對噴油量進行控制。

2.2.2噴油壓力的控制

在起動時的油壓控制，根據不同實際需求，利用開環與閉環進行控制，由于剛剛起動轉速較低，無法對缸信號進行監測，因此應采用開環模式，構建控制時序，對電磁閥動作進行驅動，使整個高壓油泵升程共有，實現油壓快速起動的目標；當油壓與目標數值較為接近時，轉為閉環模式，保持起動油壓穩定，實現柴油機從起動到怠速工況下油壓的平穩過度。

在正常工況下，采用神經網絡模糊PID閉環控制方式，確保共軌壓力的穩定。首先，以柴油機狀態參數為依據，通過查看MAP圖的方式對目標軌壓的基本值進行確定，弄清冷卻水溫與軌壓間的聯系，對軌壓進行調整，計算最終的數值，達到對實際軌壓與目標軌壓差值的控制目標。

在急加速工況下，將開環模式與閉環模式結合起來，利用傳感器獲取到實際軌壓與目標軌壓之間的差值進行控制，首先設置一個差值度，如若大于該數值，則采用開環米歐式，通過固定頻率對電磁閥動作進行控制；如若小于該數值，則使用閉環控制，即神經網絡模糊PID控制法，這樣能夠使軌壓在較短的時間內上升，提高油壓控制效率，使響應性能達到最佳狀態[2]。

2.2.3噴油正時的控制

共軌關鍵技術之一是對噴油正時的控制，基本控制原理為發揮基本值與補償值的合力，其中基本值根據柴油機轉速與噴油量MAP來獲取，而補償值包括進氣溫度補償、冷卻水溫補償、大氣壓力補償等多項內容。由于在低溫環境下將會延長燃燒時間，因此需要將進氣溫度補償引入其中，與標定MAP相結合以后獲取到補償量。在柴油機運行過程中，由于行駛道路高低不平，導致進氣壓力發生改變，致使機器內部的部分硬件發生損壞，而大氣壓力補償將會有效的降低這一不利影響。事實上，噴油正時能夠對噴油起始點進行明確，使噴油位置更加精準，實現精確的噴油控制目標。

結論：綜上所述，通過對高壓共軌系統在柴油機中的應用，對噴油量、噴油壓力、噴油正時等全工況下進行靈活控制，使柴油機的運行性能得到有效改善，優化機械的輸出功率、降低燃燒過程中的油脂消耗、減少排放能量。根據不同的實際需求，對噴射組合進行靈活調整，實現多次高效噴射，使我國能源得到進一步節約，為構建資源節約性、環境友好型社會貢獻更多的力量。

參考文獻：

[1] 肖文雍， 楊林， 梁鋒. GD-1高壓共軌式電控柴油機燃油噴射壓力控制策略的研究[J]. 內燃機學報， 2004， 22（3）：235-240.

[2] 劉斌彬， 李國岫， 鄭亞銀. 柴油機高壓共軌燃油噴射系統現狀與發展趨勢[J]. 內燃機， 2006（2）：1-3.