高壓共軌電控柴油機(jī)起動(dòng)過程及油量研究_圖文

1、第1期(總第129期現(xiàn)代車用動(dòng)力No11(serialNo11292008年2月MODERN VEH I C LE P OW ERFeb12008文章編號(hào):1671-5446(200801-0030-04高壓共軌電控柴油機(jī)起動(dòng)過程及油量研究3程婷婷,申立中,張學(xué)文,王貴勇,王金虎,江軍(昆明理工大學(xué)交通工程學(xué)院,云南昆明650224摘要:在對(duì)傳統(tǒng)柴油機(jī)起動(dòng)特性的研究基礎(chǔ)上,分析了電控柴油機(jī)的起動(dòng)控制需求,結(jié)合高壓共軌電控單元(EC U,制定了電控柴油機(jī)的起動(dòng)控制邏輯,采用MAP插值法計(jì)算起動(dòng)油量,并運(yùn)用斜坡函數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)起動(dòng)油量的調(diào)整。最終設(shè)計(jì)了一套高壓共軌電控柴油機(jī)控制系統(tǒng)中的起動(dòng)控制模塊。

2、關(guān)鍵詞:電控;柴油機(jī);MAP;起動(dòng);斜坡函數(shù)中圖分類號(hào):TK421文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: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引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長和工業(yè)的發(fā)展,人們對(duì)動(dòng)力機(jī)械的需求越來越大。車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)降低排放,提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性,減小振動(dòng)和噪音,提高舒適性能等等1也日益為人們所重視。柴油機(jī)以其卓越的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性越來越多地成為車用發(fā)動(dòng)機(jī)的首選動(dòng)力,但是由于柴油機(jī)在低溫起動(dòng)時(shí)不宜起動(dòng)、起動(dòng)后排氣冒濃煙、排放量較高以及工作較為粗暴等特性使得轎車用柴油機(jī)的推廣不如汽油機(jī),而且隨著排放法規(guī)的逐步提高,改善柴油機(jī)起動(dòng)性能越來越多

6、地成為急需解決的問題。高壓共軌電控系統(tǒng)的引入,使得柴油機(jī)起動(dòng)控制成為柔性可控,在一定程度上降低了柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)HC,CO等的排放量。1電控柴油機(jī)起動(dòng)過程控制1.1柴油機(jī)起動(dòng)特性分析柴油機(jī)在起動(dòng)過程中,特別是冷起動(dòng)時(shí),缸內(nèi)壓縮始點(diǎn)溫度與氣缸壁傳熱大,由于起動(dòng)轉(zhuǎn)速低而引起的漏氣量增加,從而使壓縮終點(diǎn)的溫度和壓力也下降。在低溫時(shí),燃料黏性增大加之起動(dòng)轉(zhuǎn)速低,使燃料的蒸發(fā)和霧化均惡化,影響混合氣的形成,這些因素嚴(yán)重制約了常規(guī)柴油機(jī)的冷起動(dòng)能力和排放性。3收稿日期:2007-10-20作者簡介:程婷婷(1982-,女,河南方城縣人,碩士研究生,主要研究方向?yàn)殡娍夭裼蜋C(jī)起動(dòng)及怠速控制。為了保證可靠的冷起動(dòng),

7、必須提高起動(dòng)油壓和促進(jìn)混和氣的形成2。為了加速混合氣的形成,可以采用預(yù)熱的措施來提高燃燒室溫度,給混合氣加熱,也可以采用預(yù)噴射的方法來解決這一問題。在高壓共軌電控柴油機(jī)中還可以通過快速建立高壓軌的軌道壓力來改善柴油機(jī)的冷起動(dòng)性能。1.2起動(dòng)過程描述柴油由其低壓易燃性決定了柴油機(jī)采用壓燃式工作方式,因此也較易起動(dòng),起動(dòng)時(shí)間很短。傳統(tǒng)的柴油機(jī)在起動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下逐漸開始自行運(yùn)轉(zhuǎn),起動(dòng)成功,而電控柴油機(jī)在這個(gè)過程中還要檢測(cè)轉(zhuǎn)速、溫度等信號(hào),并根據(jù)不同的工況,采用不同的噴油量,下面為電控柴油機(jī)起動(dòng)過程的描述。首先發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)機(jī)的倒拖作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來,進(jìn)而帶動(dòng)燃油供給單元、進(jìn)排氣系統(tǒng)等開始工作,ECU根據(jù)電控

8、柴油機(jī)曲軸信號(hào)盤與凸輪軸信號(hào)盤的相位關(guān)系判斷柴油機(jī)是否同步以判斷1缸點(diǎn)火上止點(diǎn),并計(jì)算柴油機(jī)轉(zhuǎn)速,然后根據(jù)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、大氣壓力以及附加信息等從起動(dòng)扭矩MAP中讀出需要的起動(dòng)扭矩值,然后進(jìn)行大氣壓力修正以及電可擦除只讀存儲(chǔ)器(閃存即EE2 PROM自修正。確定起動(dòng)扭矩后要進(jìn)行扭矩到油量的轉(zhuǎn)換,然后檢測(cè)軌道壓力是否滿足當(dāng)前工況下的起動(dòng)軌道壓力要求,如果滿足,噴油電磁閥打開開始噴油,一旦檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于0,計(jì)時(shí)器就要開始計(jì)時(shí)。不同工況下通過MAP及其他方法計(jì)算出的起動(dòng)油量可能并不是最恰當(dāng)?shù)?此時(shí)可以通過斜坡函數(shù)來調(diào)整,最終保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)柴油機(jī)可靠、順利、盡量降低排放和油耗的情況下起動(dòng)起

9、來。當(dāng)轉(zhuǎn)速在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)超過了當(dāng)前工況下的起動(dòng)成功轉(zhuǎn)速值時(shí)就可以認(rèn)為起動(dòng)成功3。起動(dòng)必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成,如果超出了這個(gè)時(shí)間,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速仍然沒有達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速以上,則可以判定此次起動(dòng)失敗,需要停止之后重新起動(dòng);如果在這一個(gè)過程中起動(dòng)機(jī)或蓄電池出現(xiàn)故障,那么就關(guān)閉起動(dòng)電機(jī),重新起動(dòng)4。最多可以允許3次起動(dòng),若起動(dòng)3次還不能成功,則說明系統(tǒng)有故障,需要觀察故障燈的明暗并調(diào)出故障碼進(jìn)行診斷。圖1是本研究課題所設(shè)計(jì)的高壓共軌電控柴油機(jī)起動(dòng)過程控制邏輯圖 :圖1起動(dòng)流程圖起動(dòng)過程中,為了保證預(yù)噴,需要快速建立軌道壓力,高壓軌的存在解決了這一問題。高壓油泵源源不斷地給軌輸送燃油,軌道容積不變,隨著燃油量的

10、增多,燃油密度增大,溫度升高,燃油壓強(qiáng)必定上升,這就為噴油準(zhǔn)備了較高壓力的燃油,高壓燃油噴入氣缸,可以使燃油迅速的和進(jìn)入氣缸的空氣混合,此時(shí)的燃油溫度也較高,有利于燃油的霧化。這對(duì)改善柴油機(jī)工作首循環(huán)非常有幫助。圖2為起動(dòng)過程中,轉(zhuǎn)速和軌道壓力隨時(shí)間的變化關(guān)系 :圖2成功起動(dòng)的示意圖1.3起動(dòng)工況判斷起動(dòng)成功與否主要由起動(dòng)時(shí)間和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定,如果發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在允許的起動(dòng)時(shí)間內(nèi)已經(jīng)132008年第1期程婷婷,等:高壓共軌電控柴油機(jī)起動(dòng)過程及油量研究達(dá)到了設(shè)定轉(zhuǎn)速,則可判斷起動(dòng)成功,否則可以判定此次起動(dòng)失敗。起動(dòng)機(jī)通電拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),氣缸內(nèi)著火工作,轉(zhuǎn)速升高,為了保護(hù)起動(dòng)電機(jī),必須盡早斷電,通電時(shí)間(

11、起動(dòng)時(shí)間不得超過15s,發(fā)動(dòng)機(jī)能自行運(yùn)轉(zhuǎn)10s以上不熄火,則認(rèn)為起動(dòng)成功。若起動(dòng)失敗,在3m in中繼續(xù)進(jìn)行下一次起動(dòng),低溫起動(dòng)時(shí)需待冷卻液、潤滑油及電解液達(dá)到規(guī)定的環(huán)境溫度,方可進(jìn)行下一次起動(dòng)。若3次起動(dòng)失敗,則終止起動(dòng)。不同的工況下,起動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)轉(zhuǎn)速也有不同的要求,一般來說,溫度越低,可允許的起動(dòng)時(shí)間也越長。一般可以分為低溫起動(dòng)、暖機(jī)起動(dòng)和熱機(jī)起動(dòng)3種情況。低溫起動(dòng)是在環(huán)境溫度為263K的情況下;暖機(jī)起動(dòng)是在40%80%額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn),待冷卻液溫度達(dá)到361±5K后,怠速10s,停機(jī)120m in,環(huán)境溫度不限的情況下,即可開始中溫起動(dòng);熱機(jī)起動(dòng)前,在40%80%額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)

12、,待冷卻液溫度達(dá)到361±5K后,怠速10s,停機(jī)10m in,環(huán)境溫度不限的情況下,即可開始熱車起動(dòng)。一般在低溫起動(dòng)時(shí)間以最大不能超過6s為佳,暖機(jī)和熱機(jī)則是不能超過3s。但作為電控高壓共軌柴油機(jī)系統(tǒng),起動(dòng)時(shí)間應(yīng)該盡量比國家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間要小一些為佳,因?yàn)殡S著車輛的使用,部件的老化,性能可能會(huì)降低,因此,可以把它們定在比較小的合適的值,以提高柴油機(jī)的起動(dòng)性能。2起動(dòng)油量計(jì)算及控制早期,人們?yōu)榱吮ＷC可靠的起動(dòng)性能,起動(dòng)油量一般都設(shè)在一個(gè)比較高的值,發(fā)動(dòng)機(jī)自行運(yùn)轉(zhuǎn)后,隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸減低噴油量。但是隨著汽車保有量的增加,環(huán)境污染越來越嚴(yán)重,因此,為了降低起動(dòng)工況下的排放量,現(xiàn)代車用高壓共軌

13、電控柴油機(jī)的起動(dòng)油量又有了新的計(jì)算策略。即把基本起動(dòng)油量設(shè)定的比相同工況下傳統(tǒng)起動(dòng)油量低一些,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)開始自行運(yùn)轉(zhuǎn),逐漸增加起動(dòng)油量,保證快速起動(dòng)。這樣能夠在保證起動(dòng)的情況下盡量降低排放。減油還是加油則通過斜坡函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。2.1起動(dòng)油量計(jì)算一定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的噴油量與發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速有關(guān)5,因此起動(dòng)油量主要通過由發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速確定的MAP中插值確定。起動(dòng)油量由發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速確定的MAP中插值出的基本的噴油量,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)平均轉(zhuǎn)速確定的附加起動(dòng)油量加上大氣壓力修正作用所得的附加修正油量和EEP2 ROM(電可擦除只讀存儲(chǔ)器(閃存中存儲(chǔ)的調(diào)整油量3

14、個(gè)部分組成。冷卻液溫度較低時(shí),使著火滯后期增長,很容易導(dǎo)致失火或不完全燃燒現(xiàn)象,生成較高的HC 排放6。提高冷卻液溫度可以降低起動(dòng)油耗和排放。剛打開起動(dòng)電機(jī)時(shí),起動(dòng)油量初始化為0,判缸成功后,根據(jù)轉(zhuǎn)速和水溫信號(hào)計(jì)算出的起動(dòng)油量即為基本起動(dòng)油量,然后再根據(jù)大氣壓力進(jìn)行修正,并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速占最大起動(dòng)轉(zhuǎn)速的比例通過EEPROM進(jìn)行調(diào)整。起動(dòng)基本油量的確定需要考慮可靠起動(dòng)和降低排放、油耗兩個(gè)方面的因素。如果把起動(dòng)油量定得過高,能夠保證冷起動(dòng),但是會(huì)造成排放和油耗過高,反之如果為了降低排放和油耗把起動(dòng)基本油量定的低一些,有可能由于混合氣過稀不能保證可靠的起動(dòng)。因此,為了保證這兩個(gè)方面的需求可以引入斜坡

15、函數(shù)對(duì)起動(dòng)油量進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)可靠的、低排放的起動(dòng)柴油機(jī)。圖3是本研究課題所設(shè)計(jì)的起動(dòng)油量的確定模塊 :圖3起動(dòng)油量的確定2.2斜坡函數(shù)斜坡函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)比例環(huán)節(jié),與比例環(huán)節(jié)不同的是斜坡函數(shù)的輸出值是隨時(shí)間而變化的。斜坡函數(shù)有正的斜率也有負(fù)的斜率,當(dāng)實(shí)際的控制量高于目標(biāo)量時(shí),采用負(fù)斜率,逐漸降低控制量,以消除誤差;反之,則采用正斜率,增加控制量,消除控制偏差。當(dāng)偏差較大時(shí),為了快速補(bǔ)償偏差,需要采用大斜率,但是偏差過大,易導(dǎo)致系23現(xiàn)代車用動(dòng)力2008年第1期 統(tǒng)的震蕩;反之,偏差較小時(shí),則需要采用小斜率調(diào)節(jié),防止斜率過大造成過調(diào)節(jié),引起控制量的發(fā)散震蕩7,8。在這里如果采用小起動(dòng)基本油量,那么

16、為了保證順利起動(dòng)就必須使用正斜坡斜率增加起動(dòng)油量以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的快速起動(dòng),隨著轉(zhuǎn)速的升高,發(fā)動(dòng)機(jī)溫度也會(huì)增高,當(dāng)發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速接近起動(dòng)成功轉(zhuǎn)速時(shí),就要凍結(jié)斜坡增油作用,防止起動(dòng)油量過高造成起動(dòng)轉(zhuǎn)速過高,以及發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排放問題的嚴(yán)重;當(dāng)選用較高的起動(dòng)基本油量時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后就必須通過負(fù)斜率來減少噴油量,從而降低排放和油耗。對(duì)于智能調(diào)節(jié)系統(tǒng),可以正負(fù)斜率都使用。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高過快時(shí)采用負(fù)斜率減油,反之則采用正斜率加油,這樣既能保證順利起動(dòng),又能降低排放和油耗。3結(jié)束語從以上分析可以得出:a .高壓共軌電控柴油機(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)中,采用轉(zhuǎn)速加起動(dòng)時(shí)間的監(jiān)控方式來判定起動(dòng)狀態(tài),優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械式柴油機(jī)中客戶根據(jù)自

17、身對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的感覺來判斷起動(dòng)性能和起動(dòng)狀態(tài)。目前對(duì)起動(dòng)機(jī)的監(jiān)控還是一個(gè)比較復(fù)雜的工作,需要進(jìn)一步去研究。b .起動(dòng)系統(tǒng)中起動(dòng)油量的計(jì)算很關(guān)鍵,過大或過小都不利于柴油機(jī)正常工作,采用MAP 插值法能夠使起動(dòng)油量盡量接近理想起動(dòng)油量;根據(jù)大氣壓力的高低對(duì)起動(dòng)油量進(jìn)行修正,能夠彌補(bǔ)由于氣壓的差異帶來的影響;再通過EEPROM 中的調(diào)整油量對(duì)其進(jìn)行調(diào)整,能夠根據(jù)實(shí)際工作情況的不同對(duì)起動(dòng)油量進(jìn)行優(yōu)化。這些策略都是優(yōu)化了柴油機(jī)的起動(dòng)工作性能的重要方法。c .在起動(dòng)油量的確定中,引入斜坡函數(shù)模塊一方面能夠增加起動(dòng)油量保證快速起動(dòng),另一方面又防止了起動(dòng)油量過大而引起的油耗和排放升高問題。對(duì)改善柴油機(jī)的起動(dòng)性

18、能也很有幫助。自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)的知識(shí)應(yīng)用引入到傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域中,促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代化和數(shù)字化的發(fā)展。d .高壓共軌電控柴油機(jī)由于高壓軌的存在,高壓油泵源源不斷地給高壓軌輸送燃油,保證能夠達(dá)到較高的噴油壓力,混和氣的形成更有利于發(fā)動(dòng)機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn),優(yōu)化柴油機(jī)起動(dòng)過程。參考文獻(xiàn):1居鈺生,金興才1我國燃油噴射系統(tǒng)行業(yè)現(xiàn)狀和面臨的任務(wù)與對(duì)策J .現(xiàn)代車用動(dòng)力,2007,(3:1.2黃毅,肖文雍,唐永良,等.G D 1高壓共軌電控柴油機(jī)起動(dòng)控制的試驗(yàn)研究J .車用發(fā)動(dòng)機(jī),2004,(2:2422713黃寧,段家修,堯命發(fā),等.車用柴油機(jī)起動(dòng)性能研究J .小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車,2003,32(6:1622014肖文雍,冒校建,王好戰(zhàn),等.G D -1高壓共軌式電控柴油機(jī)的起動(dòng)控制策略研究J .內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2003,(2:97210015張幽彤