高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)電控噴油器的調(diào)試與發(fā)動機(jī)試驗(yàn)_圖文

1、蔡遂生(1964- 男, 江西遂川人, 高級工程師(收稿日期:2003-08-19文章編號:1008-7842(2003 S0-0121-03高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)電控噴油器的調(diào)試與發(fā)動機(jī)試驗(yàn)蔡遂生, 張有(上海柴油機(jī)股份有限公司技術(shù)中心, 上海200432摘要介紹了高壓共軌電控噴油器在油泵試驗(yàn)臺的標(biāo)定方法、過程以及M AP 圖的優(yōu)化策略, 并對電控噴油器與柴油機(jī)進(jìn)行了匹配試驗(yàn), 測試了柴油機(jī)的氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力及各氣缸排溫。測試結(jié)果表明了電控噴油器在油泵試驗(yàn)臺上標(biāo)定的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞高壓共軌, 電控噴油器, 標(biāo)定中圖分類號:TK 421+142文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A1前言與傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)不同, 高壓共軌電

2、控噴油器的噴射特性不僅取決于其機(jī)械、液力特性, 還與噴油器電磁閥的電磁特性有關(guān)。因此, 電控噴油器在與發(fā)動機(jī)匹配試驗(yàn)前必須在特定的油泵試驗(yàn)臺上進(jìn)行標(biāo)定, 使電控噴油器保持良好的噴油一致性, 使高壓共軌電控噴射系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)的匹配達(dá)到理想的效果, 充分體現(xiàn)共軌系統(tǒng)對噴油規(guī)律柔性控制的優(yōu)勢。2高壓共軌電控噴射系統(tǒng)工作原理以日本電裝公司的EC D U21。該系統(tǒng)主要由高壓輸油泵、電控裝置(EC U 和傳感器等組成圖1EC D U2高壓共軌電控噴射系統(tǒng)高壓輸油泵是一個2缸凸輪直列泵, 在高壓輸油泵上裝有一個控制閥(PC V 閥 , 對該泵供油量予以調(diào)節(jié)。共軌上有一個高壓壓力傳感器, 壓力信號輸送到EC

3、U , 由EC U 對高壓輸油泵上的PC V 閥實(shí)施反饋控制, 確保共軌中壓力穩(wěn)定。共軌中壓力可根據(jù)柴油機(jī)工況的要求確定所需要的目標(biāo)值, 目前達(dá)到的最大噴射壓力為180MPa 。每個噴油器總成的上方有一個電控三通閥(T W V 閥 , 三通閥通電時刻決定了噴油始點(diǎn), 通電持續(xù)時間決定了噴油量大小。噴射壓力可以根據(jù)柴油機(jī)工況要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。, 可以實(shí)現(xiàn)所需要的某種程度高壓。、負(fù)0135ms , 關(guān)閉響應(yīng)時D U2是一個電子控制的精確的壓力時, 共軌中壓力波動很小, 它沒有傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中存在的壓力增大而產(chǎn)生難控區(qū)、失控區(qū)等問題, 能方便地實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)所需的理想油量控制特性。3電控噴油器的臺架試驗(yàn)311

4、噴油一致性檢查利用法國EFS 公司制造的油泵試驗(yàn)臺可測量高壓共軌電控噴射系統(tǒng)每行程的瞬時噴油量和噴油規(guī)律(如圖2a 所示 。試驗(yàn)臺的關(guān)鍵部件是單次在線流量儀, 它可測量一個行程內(nèi)的3次噴射量, 即預(yù)噴射、主噴射和后噴射, 分辨率可達(dá)到011mm 3/次噴射。它由帶有柱塞的缸體、位移和溫度傳感器以及電磁閥等構(gòu)成(如圖2b 所示 , 6個壓力和溫度測量室分別對應(yīng)6缸噴油器輸出 , 通過每缸標(biāo)準(zhǔn)壓力(由測量的實(shí)際油壓通過溫度補(bǔ)償和換算后獲得 的對比可以了解每缸流量的一致性, 并通過瞬時壓力的測量得到每缸單次的噴油規(guī)律。缸體內(nèi)的柱塞在噴射油液的作用下產(chǎn)生位移, 傳感器測出該位移信號, 經(jīng)在線流量儀處理

5、后得出噴油量值。3次噴射結(jié)束后, 電磁閥開啟排油, 柱塞在彈簧作用下復(fù)位, 完成一個完整的測量周期2。噴油的一致性和均勻性直接影響到發(fā)動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn), 發(fā)動機(jī)試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行噴油一致性檢查。圖3是第23卷增刊12003年11月鐵道機(jī)車車輛RAI LW AYLOC OM OTI VE &C AR V ol 123Suppl 11N ov 12003 圖2EFS 油泵試驗(yàn)臺1-電機(jī); 2-低壓油路; 3-高壓泵; 4-高壓油路; 5-噴油器回油; 6-送油電磁閥; 7-排油電磁閥; 8-油箱; 9-共軌油壓傳感器; 10-單次在線流量儀; 11-軌壓調(diào)節(jié)器; 12-控制盒。1-噴油器; 2-可

6、變?nèi)莘e測試腔; 3-溫度傳感器; 4-滑動柱塞; 5-位移傳感器; 6-排油電磁閥。D6114B 柴油機(jī)的6個電控噴油器在一個工作循環(huán)中噴油兩次測得的預(yù)噴油量和主噴油量(共軌油壓 80MPa , 預(yù)噴射脈寬016ms , 主噴油脈寬111ms 。各噴油器循環(huán)噴油量的一致性誤差應(yīng)控制在6mm 3以內(nèi)。如果各噴油器的循環(huán)噴油量離散度超過6mm 3, 相應(yīng)噴油器的控制信號脈寬 。圖3噴油一致性檢查312噴油延遲的檢測由于高壓共軌電控噴油器的燃油噴射過程受到機(jī)械、液力以及噴油器電磁閥的電磁特性的影響, 其噴射過程存在明顯的噴油延遲現(xiàn)象。噴油器電磁閥控制信號上升沿與噴油開始時刻的時間間隔, 即為噴油延遲

7、, 如圖4所示。表1為不同共軌油壓所測得的噴油延遲。表1表明, 共軌油壓對噴油延遲影響不大, 即共軌油壓在40120MPa 變化時, 噴油延遲大約為019圖4噴油延遲的測量表1不同共軌油壓時的噴油延遲共軌油壓/MPa406080100120ms 左右。313初始M AP 設(shè)定電控噴油器的臺架標(biāo)定是發(fā)動機(jī)匹配標(biāo)定的基礎(chǔ), 在油泵試驗(yàn)臺上, 應(yīng)對控制電控噴油器噴射的M AP 圖(包括共軌油壓 M AP 圖、噴油提前角M AP 圖以及循環(huán)噴油量M AP 圖 進(jìn)行初步設(shè)定, 以便發(fā)動機(jī)能順利起動。即在油泵試驗(yàn)臺上標(biāo)定出不同轉(zhuǎn)速和油門位置時所對應(yīng)的共軌油壓、噴油提前角以及循環(huán)噴油量。標(biāo)定的指導(dǎo)原則是模擬

8、柴油機(jī)配傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)在各種工況運(yùn)行時的參數(shù)值。初始M AP 圖在電控單元中是以三維數(shù)據(jù)表格的形式存儲的, 即由兩個變量決定一個函數(shù)值(共軌油壓、噴油提前角、循環(huán)噴油量等 , 兩個變量分別為凸輪軸轉(zhuǎn)速和油門位置, 在油泵試驗(yàn)臺上試驗(yàn)時, 油門位置信號可由腳踏板上的角位移傳感器提供。設(shè)定初始M AP 圖的首要任務(wù)是確定工況節(jié)點(diǎn)。由于發(fā)動機(jī)的運(yùn)122鐵道機(jī)車車輛第十三屆全國大功率柴油機(jī)學(xué)術(shù)年會論文集第23卷行工況是無限多的, 為了實(shí)現(xiàn)軟件的計算控制, 只能選取有限的工況節(jié)點(diǎn)。電控系統(tǒng)通過這些有代表性的工況節(jié)點(diǎn)來控制發(fā)動機(jī)在整個工況范圍運(yùn)轉(zhuǎn), 節(jié)點(diǎn)之間的控制是通過節(jié)點(diǎn)控制參數(shù)的線性插值來實(shí)現(xiàn)的。顯

9、然, 控制節(jié)點(diǎn)數(shù)越多, 控制精度越高, 但標(biāo)定工作量也越大。因此, 合理地選定工況節(jié)點(diǎn)就顯得很重要。工況節(jié)點(diǎn)的選擇和布局應(yīng)考慮兩個因素:一是發(fā)動機(jī)各控制參數(shù)的變化趨勢, 變化趨勢大的區(qū)域節(jié)點(diǎn)應(yīng)布置得密一些; 二是考慮使用頻度。雖然發(fā)動機(jī)的工況范圍很寬, 但并不是所有區(qū)域都經(jīng)常使用, 使用頻度高的區(qū)域, 節(jié)點(diǎn)應(yīng)布置得密一些, 以提高控制精度3。根據(jù)這一原則, 在初始M AP 圖的制作階段, 凸輪軸轉(zhuǎn)速信號以每50r/min 為一控制節(jié)點(diǎn), 且通過最大扭矩點(diǎn)和額定功率點(diǎn)轉(zhuǎn)速; 油門位置信號以每10%為一控制節(jié)點(diǎn)。噴射壓力M AP 圖設(shè)定時, 在怠速工況, 噴射壓力設(shè)定為最低, 而在外特性工況, 噴

10、射壓力設(shè)定為最高。而噴油提前角及循環(huán)噴油量M AP 圖的設(shè)定則是以發(fā)動機(jī)配泵管嘴系統(tǒng)時在各種工況下的提前角及循環(huán)噴油量為模擬值。但由于電控噴油器存在較大的噴油延遲, 為模擬提前角加噴油延遲。4411和初始M AP 圖的設(shè)定之后, 便可以與發(fā)動機(jī)進(jìn)行匹配標(biāo)定試驗(yàn)。通過測試氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力信號可以了解發(fā)動機(jī)工作的穩(wěn)定性, 發(fā)動機(jī)在某一工況下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時, 每工作循環(huán)的爆發(fā)壓力應(yīng)保持一致, 測得的缸內(nèi)爆發(fā)壓力的信號波形如圖5所示。圖5爆發(fā)壓力一致性檢查圖6(a 主噴油提前角7°C A 時圖6(b 主噴油提前角5°C A 時氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力信號氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力信號(下轉(zhuǎn)第140頁412M

11、AP 圖的優(yōu)化這里以噴油提前角M AP 圖優(yōu)化為例來說明M AP 圖的優(yōu)化過程。由于高壓共軌電控噴射系統(tǒng)的噴油提前角可以任意調(diào)節(jié), 而提前角對柴油機(jī)的爆發(fā)壓力影響很大, 因此在優(yōu)化提前角時有必要對氣缸內(nèi)壓力信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測, 以保證發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)行。提前角過大, 則爆發(fā)壓力增大, 發(fā)動機(jī)承受的機(jī)械應(yīng)力增加, 噪聲增大。如果爆發(fā)壓力超過了發(fā)動機(jī)設(shè)計的最高爆發(fā)壓力, 則發(fā)動機(jī)的使用壽命縮短; 另外, 提前角過大, 也會導(dǎo)致NOx 的升高。而提前角過小, 則有可能后燃, 使排溫升高, 排氣冒黑煙。在發(fā)動機(jī)的匹配標(biāo)定試驗(yàn)時, 調(diào)節(jié)三維M AP 圖每個工況點(diǎn)上的噴油提前角, 同時測量所有控制參數(shù)、性能、

12、排放數(shù)據(jù)、環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)。這樣, 通過在每一個工況點(diǎn)進(jìn)行多次的交叉組合試驗(yàn), 就可得到M AP 圖各工況點(diǎn)上對應(yīng)經(jīng)濟(jì)最佳、排放最佳的不同提前角控制參數(shù), 為將來的的整車標(biāo)定工作確定重要的參考基準(zhǔn)。實(shí)際調(diào)試時, , (, 當(dāng)噴射壓其, 而NOx 的排NOx 的排放煙度和燃油耗率, 通過分析比較NOx 、煙度、燃油耗率以及渦輪前排溫等參數(shù), 選取這些參數(shù)的折衷便可以確定各工況點(diǎn)噴油提前角的最佳值。如圖6(a 為高壓共軌電控D6114B 柴油機(jī)在最大扭矩點(diǎn)(轉(zhuǎn)速1400r/min 、扭矩1090N m 、主噴油提前角為7°C A 時測得的氣缸內(nèi)壓力波形, 圖6(b 為主噴油提前角為5

13、6;C A 時的氣缸內(nèi)壓力波形。表2為不同提前角時測得的發(fā)動機(jī)性能和排放結(jié)果。表2不同噴油提前角時測得的發(fā)動機(jī)性能和排放結(jié)果噴油提前角轉(zhuǎn)速/r min -1功率/kW 渦輪前排溫/比油耗/g (kW h -1NOx /×10-6煙度/Bosch 最大爆 1612187°C A140016058422812140141314增刊1高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)電控噴油器的調(diào)試與發(fā)動機(jī)試驗(yàn)123止超負(fù)荷。(3 負(fù)荷分配對共用一個齒輪箱的兩臺機(jī)組可進(jìn)行不間斷的柔性負(fù)荷分配, 可實(shí)現(xiàn)手動邏輯/軟件邏輯分配及卸載, 同時一旦并機(jī)完成, 只需操縱一臺機(jī), 另一臺機(jī)具有轉(zhuǎn)速及負(fù)荷自動跟隨功能, 其

14、可進(jìn)行機(jī)械(轉(zhuǎn)速與負(fù)荷聯(lián)動 /機(jī)械、電力混合(轉(zhuǎn)速恒定, 帶軸帶發(fā)電機(jī) 的負(fù)荷分配, 負(fù)荷分配原理如圖3, 在進(jìn)行負(fù)荷分配之前兩臺機(jī)組需分別進(jìn)行燃油齒條(燃油量 對應(yīng)負(fù)荷百分比的標(biāo)定(若有燃油齒條指示器 , 及執(zhí)行器輸出百分比對應(yīng)負(fù)荷百分比的標(biāo)定。當(dāng)然, 723控制器還有其它諸如壓力、溫度等監(jiān)控報警功能?？傊? 隨著發(fā)動機(jī)動力輸出控制復(fù)雜程度的增加, 以及安全可靠性運(yùn)行要求的提高, 發(fā)展已40多年的電子調(diào)速器必將日益受到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。參考文獻(xiàn)1W oodward G overnor C ompany 箸1723P LUS Digital Marine C ontrol -T w o -en

15、gine Mechanical Sharing 2柴油機(jī)結(jié)構(gòu)與使用Z1濟(jì)南柴油機(jī)廠, 198913電工學(xué)基礎(chǔ)M1北京:國防工業(yè)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頁413各氣缸排溫一致性檢測號, 因此, , 可, 氣口50mm , 用以測量各氣缸排溫。表3是在D6114B 發(fā)動機(jī)外特性的額定功率點(diǎn)和最大扭矩點(diǎn)處測

17、得的各氣缸排溫。從表3可以看出, 各氣缸的排溫誤差較小, 這表明經(jīng)過標(biāo)定后的電控噴油器, 工作特性趨于一致。表3額定功率點(diǎn)和最大扭矩點(diǎn)測得的各氣缸排溫轉(zhuǎn)速/r min -1功率/kW 渦輪前排溫/溫/各氣缸排溫/161165804665225305235195185285結(jié)論高壓共軌電控噴油器必須經(jīng)過油泵試驗(yàn)臺的標(biāo)定, 設(shè)置初始的共軌油壓M AP 以及循環(huán)噴油量M AP , 才能進(jìn), 包括電控噴油器噴油M AP 圖的優(yōu)化及發(fā)動機(jī)的性能優(yōu)化。電控噴油器與發(fā)動機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果表明, 與傳統(tǒng)的泵管嘴系統(tǒng)相比, 高壓共軌電控噴射系統(tǒng)不僅能調(diào)節(jié)噴油壓力、噴油量, 還能對噴油正時進(jìn)行靈活控制, 充分體現(xiàn)了共軌

18、系統(tǒng)對燃油噴射特性柔性控制的優(yōu)越性, 代表了未來燃油系統(tǒng)發(fā)展的方向。參考文獻(xiàn)1皇甫鑒1現(xiàn)代汽車電子技術(shù)與裝置M, 北京:北京理工大學(xué)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柴油機(jī)共軌蓄壓式電控噴油系統(tǒng)的研究與開發(fā)D博士學(xué)位論文1北京:北京理工大學(xué), 20011Adjustment and