共轨系统

共轨系统（通用11篇）

共轨系统 篇1

新产品能否在短期内得到市场和用户的认可,很大程度上取决于自身技术的成熟度。但是,技术的成熟和进步却受制于多重因素的影响。

马军刚:国内外电控高压共轨系统的技术和差别主要涉及到以下领域:

传感器制造技术

传感器是控制系统的输入信号来源,目前国内有许多企业能够为电控汽油机配套生产各种传感器,而这些传感器中的大多数原则上也能适用于燃油机,这无疑为国内燃油机电控化发展准备了基础条件。所以,传感器需求已经不再是国内燃油机电控技术的发展障碍。

执行器制造技术

燃油机电控高压共轨系统的制造难度主要集中在高速电磁阀。这种阀件工作频率极高。以转速3000r/min的四冲程燃油机而言,阀的工作频率为25Hz,对尺寸细小的阀面的机械冲击极大。在这种高速工作条件下,既要保证阀的密封效果,又要保证阀件电磁驱动的可靠性,还要保证阀的使用寿命。这些条件综合起来,无论对于阀材料的机械强度、物理性质、疲劳强度还是零件的结构、加工精度和表面粗糙度等,都提出了极高的要求。只有完全解决这些困难,才能使高压共轨系统可靠地工作。

ECU制造技术

对于ECU即电控单元的制造,依赖于微处理器元件。目前国内在微处理器的设计制造方面虽然有很大突破,但针对制造燃油机ECU所需要的单片机元件,还没有对应的专项产品。国内目前在ECU技术上所依赖的单片机元件,一般都选用飞思卡尔、英飞灵、英特尔等国外企业的产品。而且近几年来国内单纯的燃油机ECU技术受到很大的制约:较为成熟的电控系统提供商一般都同时提供自己拥有的ECU,而来自国外的燃油机电控系统提供商提供的都是自己成套的技术服务,使国内单纯的ECU服务商的产品难以得到应用。

以上的情况正在逐步得到改变。一方面,国内的燃油机电控燃油系统逐渐地实现产品化。另一方面,国外的电控燃油系统执行器部件也逐渐开始从系统技术服务商控制下的专属产品,转变为市场上可以直接从制造商手中购得的自由产品,价格也可能变得较为合理。国内的ECU厂商将变得有条件使自己的产品作为普通的燃油机部件提供给燃油机制造商,这将使国内ECU技术得以广泛应用。

而如何能在技术指标和硬件开发制造能力的框架下,国内电控技术走出“试验室”,成为真正意义上成熟可投放的产品,完成对整车厂商和最终用户的匹配、使用、售后服务支持,从产品设计、整车适用性匹配、售后服务等各方面体现“以用户为导向的技术”,才是为广大发动机、整车厂商、各级经销商、终端用户所需要的技术。这种客户为中心、应用为中心的策略思路,也许能为国内厂商开发、推广新的技术提供一个良好的切入点。

田少民:高压共轨已成为电喷发动机的技术主流,从洋马44kW的4TNV86CT和科勒55kW的4H50TIC等小型发动机,到欧洲的MTU (安特优)610kW的10V1600和斯堪尼亚566kW的C16EMS等大型发动机,都采用了高压共轨喷油系统。

国内按国Ⅲ、国Ⅳ自主生产柴油机的厂家有维柴、玉柴、上柴、华柴等,主要匹配博世、电装及威孚的高压共轨系统。燃油系统提供商、柴油机生产厂家及配置柴油机的工程机械主机制造厂家,这三者要密切配合,通过硬件标定、软件标定及整机标定,来实现喷油系-发动机-主机的优化匹配。如果三者在技术融合中不降低技术壁垒,在技术支持上不充分授权,售后维修策略保守,将使主机厂的售后服务脱节,就会给用户的使用、维护及修理带来困难。

庞瑞峰:电控高压共轨技术实际为柴油机共轨式电控燃油喷射技术,它是一项较为成功的控制污染排放的新技术。

共轨式电控燃油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油,分送到每个喷油器,并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合,定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量,从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化,以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。这一技术的研究与开发热点在于:一是如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题。二是如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题。三是如何解决高压共轨系统的多个三维控制数据表优化问题。四是如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。

现在该项新技术已开始在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。相对于汽油机而言,我国在电控柴油机方面与国外差距相对较小。得益于以下原因:一是我国原有柴油机使用车辆大都具有自主品牌,二是我国柴油机使用车辆的舒适性要求不高,价格低廉,国外公司与中国企业竞争不占优势。随着排放标准的提高,柴油机必须采用电控喷射系统。目前国内柴油电控系统主要有共轨、单体泵等,和国外先进技术比,显然还不具备对等的实力,在关键零部件的技术攻关上,国内还有很长的路要走。比如日本电装、德国博世几乎垄断了电控高压共轨的关键零部件。但这些会随时间推移,不久将逐步得到解决。

共轨系统 篇2

1、高压共轨喷射系统简介

它是由燃油泵把高压油输送到公共的、具有较大容积的配油管――油轨内，将高压油蓄积起来，再通过高压油管输送到喷油器，即把多个喷油器，并联在公共油轨上。在公共油轨上，设置了油压传感器、限压阀和流量限制器。由于微电脑对油轨内的燃油压力实施精确控制，燃油系统供油压力因柴油机转速变化所产生的波动明显减小(这是传统柴油机的一大缺陷)，喷油量的大小仅取决于喷油器电磁阀开启时间的长短。

特点 ：

①、将燃油压力的产生与喷射过程完全分开，燃油压力的建立与喷油过程无关。燃油从喷油器喷出以后，油轨内的油压几乎不变;

②、燃油压力、喷油过程和喷油持续时间由微电脑控制，不受柴油机负荷和转速的影响; ③、喷油定时与喷油计量分开控制，可以自由地调整每个气缸的喷油量和喷射起始角。

2、高压共轨燃油喷射系统的基本结构

高压共轨燃油喷射系统包括燃油箱、输油泵、燃油滤清器、油水分离器、高低压油管、高压油泵、带调压阀的燃油共轨组件、高速电磁阀式喷油器、预热装置及各种传感器、电子控制单元等装置。

高压共轨燃油喷射系统的低压供油部分包括：燃油箱(带有滤网、油位显示器、油量报警器)、输油泵、燃油滤清器、低压油管以及回油管等;共轨喷射系统的高压供油部分包括：带调压阀的高压油泵、燃油共轨组件(带共轨压力传感器)以及电磁阀式喷油器等。

3、电控燃油喷射系统的工作原理

电子控制单元接收曲轴转速传感器、冷却液温度传感器、空气流量传感器、加速踏板位置传感器、针阀行程传感器等检测到的实时工况信息，再根据ECU内部预先设置和存储的控制程序和参数或图谱，经过数据运算和逻辑判断，确定适合柴油机当时工况的.控制参数，并将这些参数转变为电信号，输送给相应的执行器，执行元件根据ECU的指令，灵活改变喷油器电磁阀开闭的时刻或开关的开或闭，使气缸的燃烧过程适应柴油机各种工况变化的需要，从而达到最大限度提高柴油机输出功率 降低油耗和减少排污的目的。

共轨系统 篇3

关键词： 柴油机； 高压共轨系统； 数值模拟

中图分类号： TK 423文献标志码： A

文章编号： 1008-8857（2016）03-0169-07

Abstract： The structure parameters of high pressure common rail system had a direct effect on its performance and thus affected the performance of the engine.In order to make a good match between the high pressure common rail system and the engine，the engine performance analysis software GTSUITE was used to establish their coupling model.The effects of the injector control volume，the mass of the needle valve，the diameter of control orifice，the number of nozzle holes and the diameter of nozzle holes on the performance of the engine including power performance，fuel economy and emissions were analyzed.The results showed that when the control volume was above the minimum limitation，it should be reduced.When the needle valve worked smoothly，its mass should be reduced.When the input holes were large enough and there was no secondary injection，the reasonable diameters of the input holes and the output holes could be selected to ensure that the needle valve could be opened and closed quickly.The selection of the diameter and number of the injection holes depended on the common rail pressure，the maximum injection quantity and the shape of combustion chamber.Under aforementioned conditions，the best performance of the engine could be achieved.

Keywords： diesel engine； high pressure common rail system； numerical simulation

柴油机电控高压共轨喷油技术是一种能够提高燃油经济性以及排放性能的新型喷油技术.由于它在经济性、排放性等方面的优越性能以及柴油机本身所固有的优越的动力性能，使其在日本、美国、欧洲等国家和地区得到了积极的研究并广泛应用到汽车系统中.但是，其在国内的研究还处于初级阶段，与国外研究存在较大差距，所以，有必要对其进行研究.目前，国外的研究主要集中在提高发动机性能、降低排放和噪声等方面，例如：系统压力波动性研究[1-2]；燃油喷雾及燃烧过程的研究[3]；控制策略对发动机性能和排放的影响[4]等.国内也有学者对高压共轨系统进行了初步的研究，例如：高压共轨喷油系统关键结构参数对喷油规律的影响[5-6]；高压共轨喷油系统结构参数对系统响应特性的影响[7]；高压共轨喷油系统结构参数对系统性能的影响和改进[8].但是，国内外的大部分研究主要集中在高压共轨系统本身，并没有整合共轨系统和发动机整机对其进行研究，没有考虑高压共轨系统与内燃机的相互影响.所以，本文利用GT-SUITE软件建立模型，并结合实验，分析针阀控制室容积、针阀质量、喷孔数和直径对柴油机整机性能（动力性、经济性、排放性）的影响，为进一步优化高压共轨系统提供依据.

1 系统数值仿真模型建立及验证

1.1 模型的建立

本文用于研究所建立的模型有柴油机整机模型和高压共轨喷油系统模型两部分.本文用于研究的原型机为4HK1-TC型柴油机，其型式为直列式、水冷、四冲程，喷油形式是电子控制高压共轨喷油.其主要技术参数如表1所示.

本文用于研究的高压共轨原型为博世CRSN2-16型高压共轨系统，其主要技术参数如表2所示.

柴油机整机模型主要包括三个部分：进气系统、气缸和排气系统.建模时，进气计算所使用的边界条件为温度350 K、压力0.26 MPa；排气计算所使用的边界条件为：温度700 K、压力0.15 MPa.缸内气体流动模型选用EngCylFlow模型和EngCylPistCup模型，分别用于计算缸内气体流动速度和湍流强度，其计算结果可用于传热模型和计算模型的计算.缸内燃烧过程的模拟是发动机工作过程模拟的核心部分，直接影响到整个模拟的可靠性和计算精度.在建模时，本文选用的燃烧模型是DIJET模型，因为DIJET模型适用于直喷柴油机，可以用来预测燃烧率以及NOx的排放，也可预测碳烟，但是由于模型本身的局限性，对碳烟浓度的预测值不是很准确，只能用来趋势研究[9].缸内传热计算采用EngCylHeatTr模块和EngCylTWall模块.在计算传热系数时，采用的是woschni模型.采用InjProfileCoon模块模拟燃油喷射.

高压共轨喷油系统主要包括三个部分：高压油泵、共轨管和喷油器.根据高压共轨系统的结构和工作原理建立了共轨管模型和喷油器模型，将高压油泵处理成边界条件，将其看成是一个稳定的高压供油源.

1.2 模型验证

为了确保仿真结果的准确性，利用在高压轨喷油系统实验台上测得的数据进行了验证.选择发动机转速范围为1 000～3 500 r·min-1，将功率、转矩以及NOx排放的模拟值和实验值进行对比，其结果如图1所示.

由图1可知，模拟值和实验值的误差在5%以内，所以可以认定该仿真模型具有一定的准确性，可以用于后续的仿真计算.

2 仿真结果及其分析

发动机的性能主要包括动力性、经济性和排放性，因此本文从转矩、油耗、NOx排放量和碳烟排放量等指标考量高压共轨喷油系统的关键结构参数对发动机性能的影响.本文模拟时发动机转速为2 100 r·min-1，共轨压力为150 MPa，喷油提前角为-17°CA，喷油规律为单次矩形喷射.

2.1 控制室容积影响

在其他各因素都不变的情况下，选择控制室容积在5～50 mm3范围内，对其进行仿真.

图2为控制室容积对发动机性能影响的仿真结果，其中图2（a）为控制室容积对发动机转矩的影响.由图中可以看出，随着控制室容积增大，发动机转矩整体上呈线性减小.其原因是控制室容积的大小对控制室内压力的建立有很大的影响.当控制室容积较小时，控制室内压力能够迅速建立，电磁阀开启，控制室压力迅速下降，针阀迅速抬起；电磁阀关闭，控制室压力迅速上升，针阀迅速关闭.而当控制室容积较大时，控制室压力不能迅速建立，针阀不能够及时地开启和关闭，从而导致燃油雾化不良，汽缸内燃油不能及时、完全燃烧，进而造成发动机的转矩下降.

图2（b）为控制室容积对发动机油耗的影响.由图中可以看出，发动机油耗随控制室容积的增大而呈现波动性，且先上升后下降，但下降不多，下降值在1 g·（kW·h）-1内，可以认为控制室容积对油耗几乎没有影响，其影响主要表现在波动性方面.其原因是针阀控制室容积越小会导致给针阀提供的有效升程越小，喷射阻力越大，控制室和盛油腔油压波动频率和幅度也会越大，造成针阀开启、维持和关闭的不稳定，引起不正常喷射，从而引起油耗波动.从图2（b）也可以看出，随着控制室容积的减小，其波动性增强.

图2（c）为控制室容积对发动机废气排放量的影响.由图中可以看出，NOx排放量和碳烟排放量几乎不随控制室容积的变化而变化，所以可以认为控制室容积对NOx排放量和碳烟排放量基本无影响.

由以上分析可知，较小的控制室容积有利于提高发动机的动力性能，但是针阀控制室容积过小会导致针阀开启、维持和关闭的不稳定，引起不正常喷射，使其燃油经济性降低.另外，针阀的最大升程已经确定，所以针阀控制室的高度受到限制，因此选择控制室容积在20～30 mm3范围内比较合适.

2.2 针阀质量的影响

本文设置针阀质量的范围为2～9 g.图3为针阀质量对发动机性能影响的仿真结果，其中图3（a）为针阀质量对发动机转矩的影响.从图中可以看出，当针阀质量为3 g时，发动机扭矩达到最大值，但是随着针阀质量不断增大，其扭矩逐渐减小.其原因是针阀质量越小，其响应速度越快，但是其稳定性越差，所以当针阀质量小于3 g时，其对稳定性的影响大于对响应性的影响，从而导致发动机转矩下降.

图3（b）为针阀质量对发动机油耗的影响.由图中可以看出，随着针阀质量增加，其油耗波动性减弱.其原因是针阀质量的增加导致稳定性的增加.从图3（b）也可以看出，对于发动机油耗，针阀质量对其稳定性的影响大于对响应性的影响.

图3（c）为针阀质量对发动机废气排放量的影响.由图中可以看出，针阀质量对NOx和碳烟排放量几乎没有影响.

由以上分析可知，在选择针阀质量时应在保证针阀运行平稳的前提下尽量减小其质量.

2.3 喷嘴喷孔数和直径对发动机性能的影响

本文共设置了11组不同的喷孔数和直径，其中：第1～5组是在总流通面积近似为0.157 0 mm2时改变喷孔数，求得喷孔直径；第6～10组是在总流通面积近似为0.188 4 mm2时改变喷孔数，求得喷孔直径；第11组主要是用来对照.喷孔数和直径设置如表3所示.

图4为喷嘴喷孔数和直径对发动机性能影响的仿真结果，其中图4（a）为喷孔数和直径对发动机转矩的影响.由图中可以看出：第1～5组发动机的转矩几乎无变化；第6～10组发动机的转矩也几乎没有变化，但比第1～5组有明显的提高；而第11组的发动机转矩却显著下降.由此可知，发动机的动力性能主要受总流通面积的影响.其原因是流通面积增大导致喷油量增大，从而导致单位时间内燃油量增多，进而其扭矩增大.第11组其扭矩急剧减小，可能是因为其流通面积过小导致缸内燃烧的不正常.

图4（b）为喷油嘴喷孔数和直径对发动机油耗的影响.由图中可以看出，喷孔数和直径对油耗几乎没有影响.而第11组的发动机油耗的急剧上升明显是因为喷油量的不足导致燃烧不正常.

图4（c）为喷油嘴喷孔数和直径对发动机排放的影响.由图中可以看出，在总流通面积一定的情况下，NOx排放量随着喷孔数的增多而增多，其原因可能是喷孔数增多、喷孔直径的减小虽然能够改善燃油的雾化，但是由于在燃烧室内混合气是否均匀还与燃烧室形状有关.而不合适的燃烧室形状正是导致NOx排放量不降反增的原因.另外，总流通面积增大导致NOx排放量减少，这可能是由轨压和燃烧室的形状等因素造成的.碳烟排放量随着总流通面积增加而增加的原因是喷射燃料的增加会导致燃烧不完全.

经过以上分析可知，对于喷嘴喷孔数和直径的选择应综合考虑喷射压力、燃烧室形状和最大喷油量等因素.

2.4 控制量孔直径对发动机性能的影响

本文设置了9组数据，其中第1～3组、第4～6组、第7～9组各自进油孔直径不变，改变出油孔直径.进、出油孔直径设置如表4所示.

图5为进、出油孔直径对发动机性能影响的仿真结果，其中图5（a）为控制室进、出油孔直径对发动机转矩的影响.由图中可以看出，随着进油孔直径增大，发动机转矩减小.其原因是在进油量孔直径较小时，当电磁阀打开，由于控制室压力卸载快，控制室压力迅速降低，针阀迅速开启；当电磁阀关闭时，控制室压力升高缓慢.针阀的响应速度直接影响喷油规律，进而影响发动机的转矩.当进油孔直径一定而出油孔增大时，发动机转矩略微升高，出现了与进油孔直径增大时截然不同的情况，其原因是控制室压力变化的快慢影响了针阀升降的快慢.所以为了获得较大的转矩，需要采用较小的进油孔直径配合较大的出油孔直径.

图5（b）为进、出油孔直径对发动机油耗的影响.从图中可以看出，出油孔直径对发动机油耗几乎没有影响，而在进油孔直径较大时才会对发动机油耗产生影响.其原因在进油孔直径达到一定时，电磁阀打开，控制室压力不能有效降低，针阀开启过程缓慢，从而引起油耗增多.

图5（c）为进、出油孔直径对发动机排放的影响.从图中可以看出，随着进油孔直径增大，NOx排放量增加，而碳烟排放量降低，而出油孔对两者却几乎没有影响.其原因是进油孔直径较小时，当针阀落座后，由于针阀腔压力波动，可能使针阀再次抬起，产生二次喷射.二次喷射的燃油因为不能完全燃烧，导致燃烧室内温度下降，从而引起NOx排放量降低，碳烟排放量升高.

由以上分析可知，选择进、出油孔直径时，应在保证控制室内压力迅速建立的情况下，避免产生二次喷射，以获得较好的发动机综合性能.

3 结 论

（1） 控制容积的大小影响了控制室内压力的建立，进而影响发动机的性能.控制容积过小，压力波动增大，燃油经济性变差.但随着控制容积的增大，发动机动力性能降低.所以在保证正常喷射情况下，应尽量减小控制室容积.

（2） 针阀质量越小，其响应速度越快，发动机的动力性能越好，但稳定性降低，导致发动机经济性变差.所以在保持运行稳定的情况下，应尽量减小针阀质量.

（3） 喷嘴喷孔直径越小，燃油雾化越好，燃烧性能越好.但是要获得较好的发动机性能还需要考虑燃烧室形状、喷油压力和最大喷油量的影响.

（4） 进油孔直径越小，针阀开启速度快，扭矩增大，油耗减小，但是越有可能产生二次喷射，导致碳烟排放量增多.而出油孔直径对发动机性能的影响很小.所以在选择进、出油孔直径时，应在不产生二次喷射的情况下，保证控制室内压力的迅速建立.

由本文的仿真结果可以看出，对于发动机排放的预测，GTSUITE软件存在着不足，这反映了一维模型的局限性.另外，仿真中很多影响因素没有考虑，导致结果与现实情况有出入，今后的研究应深入探究这些因素.

参考文献：

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[8] 颜松.柴油机高压共轨系统压力动态特性模拟[D].杭州：浙江大学，2005.

双压共轨系统喷射特性研究 篇4

高压共轨电控喷射技术一直以追求更高的喷射压力和更快的系统响应速度为目标[1,2,3]。目前,德国BOSCH公司正在开发第四代共轨系统[4],其喷油压力已经达到了200 MPa以上的超高压喷射。为此,BOSCH采用了二次增压技术,即在喷油器内集成了油压增压器(增压活塞),共轨腔内燃油进入喷油器后经过增压活塞二次加压然后再喷射到燃烧室。BOSCH的喷油器结构复杂,加工困难,且喷射的燃油一定是经过二次加压的。本文在研发超高压共轨系统过程中,为了克服国内在高压源设计制造方面存在的困难,实现更加理想的喷油规律,改善系统工作的可靠性和发动机在各种工况下运行的经济性和排放性,提出了双压共轨的概念。

1 双压共轨系统构成及工作原理

双压共轨系统结构如图1所示。它是一种适用于非道路用(尤其是中低速船用)大功率柴油机的可控的两级增压系统,根据发动机工况的变化,通过设在高压油路中的增压装置,分为基压油路和高压油路向喷油器供油。在部分负荷时燃油经基压油管向喷油器供油,在高负荷时则经增压向喷油器供给高压油。增压器的供油油路为单进-单出的串并联双压(基压和高压)油路,通过电控转换开关来控制其转换。高压油是在基压油路中串联一个增压装置经过二次加压而获得的,增压装置由两级阶梯形增压活塞和油缸组成,其增压比通过增压活塞的面积比来决定,基压油压必须能够满足部分负荷工况运行时对喷油压力的要求。通过对增压及喷油时间的控制,可以实现灵活多样的喷油规律,以满足发动机不同工况的需要。

双压共轨系统中的增压装置结构如图2所示。具体工作过程为:基压工作时,轨腔燃油通过单向阀向喷油器供油;高压工作时,电磁阀打开,控制室压力迅速降低,增压活塞受力失衡向增压室一侧运动,单向阀关闭,增压室内燃油受到压缩而压力升高,增压后的燃油供给喷油器;电磁阀关闭后,控制室内燃油得到轨腔的补充压力回升,同复位弹簧一起使增压活塞复位。

2 双压共轨系统仿真

利用液压系统仿真软件建立了双压共轨系统的仿真计算模型,如图3所示。模型由高压泵模块、喷油器模块、增压模块和共轨腔组成。仿真工况为四冲程柴油机的两个循环:第一个循环增压装置不工作;第二个循环增压装置工作,轨腔压力(基压)设定为100 MPa。系统结构参数对系统性能的影响见参考文献[5]。

增压室压力及相应喷嘴压力变化的计算结果如图4所示。增压后喷嘴压力达到180 MPa,增压效果明显。喷嘴压力与增压室压力基本保持一致。增压脉冲结束后,增压室内仍然有很明显的压力波动,这是由于增压活塞的震荡导致的,到第二个工作循环开始时,增压室的压力波动基本结束。

双压共轨系统能够向喷油器提供两种压力:稳定的轨腔压力;增压装置提供的瞬态高压。增压装置与电控喷油器具有各自独立的控制系统,因此双压共轨系统能够非常灵活地调节喷油器的喷射压力,产生不同形状的喷油规律。例如,矩形、斜坡形和靴形喷射就可以通过调整增压装置和喷油器的相对开启时间来获得:如果增压器先于喷油器开启,当喷油器开启时,压力已经达到增压值,此时为矩形喷射;如果增压装置与喷油器同时开启,由于增压压力的建立需要一段时间,此时为斜坡喷射;如果喷油器先于增压装置开启,则先以轨压喷射,等增压压力波到达喷油器时再以增压值喷射,此时为靴形喷射。由于从增压装置开启到增压压力峰值到达喷油器需要一段时间,因此在两者之间配合控制时需考虑此因素。通过仿真程序计算了3种情况下的DPCRS喷油率形状。

3 DPCRS喷油率对喷射特性的影响

在直喷式柴油机中,油气混合质量很大程度上依赖于喷入气缸中燃油的雾化效果,而喷雾的发展又取决于喷油率。衡量雾化效果的主要指标有贯穿度、喷雾锥角和SMD(索特平均直径)。针对由矩形、斜坡及靴形喷油率对雾化指标的影响进行了仿真分析,并与文献[6]的试验结果进行对照。仿真计算方案见表1。

方案1的仿真计算结果如图5所示。

此方案中只改变喷油率,喷射压力及喷油持续期相同。总的循环喷油量为喷油率对时间的积分。由图5可见:矩形喷油率喷射燃油最多,斜坡形次之,靴形最少;喷油量的计算结果分别为78.3、68.1、60.4 mg;喷油率的不同,增压时间的差异也导致了贯穿度和喷雾锥角的不同。图6为Benajes[6]的试验结果(轨压为35.5 MPa,高压为100 MPa,喷油持续期为2.6 ms)。结果表明:在相同的试验方案下(具体参数不同),仿真与试验结果具有相同的变化趋势。

方案2的仿真结果如图7所示。此方案是在方案1的基础上,调整喷油持续期使得3种喷油率所喷油量相同。由图7可见:此时矩形喷射持续期最短,斜坡形次之,靴形喷射最长;矩形喷射的贯穿速度在启喷阶段最快,这是因为矩形喷射在喷射初期就具有更高的喷射压力;在喷射后期3种喷射方式的喷射压力趋于相同,贯穿度也趋于相同。图8为Benajes[6]的试验结果。结果表明:在相同的试验方案下(具体参数不同),仿真与试验结果具有相同的变化趋势。

方案3的仿真结果如图9所示。为了研究喷射压力对雾化特性的影响,在3种情况下均采用靴形喷射,采用不同的轨压,通过调节喷油持续期获得相同的喷油量。由图9可见:喷射压力越高,喷射相同油量所需喷油持续期越短;喷射压力对贯穿度和喷雾锥角均有影响,喷射压力越高,贯穿度越长,喷雾锥角越大。图10为Benajes[6]的试验结果。结果表明:在相同的试验方案下(具体参数不同),仿真与试验结果具有相同的变化趋势。

4 结论

(1) 提出的双压共轨系统是一个串并联系统,它既可以通过基压系统向喷油器供油,也可以通过控制切换,通过增压器实现两级增压后向喷油器供油,还可以通过控制在一次喷射中实现高低压的组合使用。

(2) 建立了双压共轨系统仿真程序,计算显示增压后喷嘴压力达到180 MPa,增压效果明显。

(3) 仿真计算结果表明了双压共轨系统能够非常灵活地调节喷油器的喷射压力,产生不同形状的喷油规律(矩形、斜坡形和靴形)。

(4) 喷油率对喷射特性的影响规律:轨压相同,喷油持续期相同,增压压力峰值相同,矩形喷油率喷射油量最大,靴形最小;轨压相同,增压压力峰值相同,为获得相同喷油量,矩形喷射所需时间最短,靴形所需时间最长;同一种喷射模式(如靴形),轨压越高,增压压力越高,获得相同喷油量所需时间越少。

(5) 通过仿真计算结果与Benajes的试验结果对比,证实了所设计的双压共轨系统的可行性和仿真程序的可靠性。

参考文献

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[5]张静秋,欧阳光耀,唐开元.双压共轨系统的仿真研究[C]//中国内燃机学会2008年学术年会论文集,2008.

高压共轨的工作原理 篇5

(1)输油泵燃油总流程

燃油从燃油箱被吸入到进油泵，然后通过PCV 输送到抽吸机构。PCV 将抽吸机构抽吸的燃油量调整到必要的排出量，然后燃油通过出油阀被压送到油轨。

(2)燃油排供油控制

从进油泵输送的燃油经过柱塞抽吸。为了调整油轨压力，PCV 对排放量进行控制。实际操作如下所示。

A) 每一个行程期间PCV 和柱塞的操作

a)进气行程(A)

在柱塞下降行程中，PCV 打开，同时低压燃油通过PCV 被吸入到柱塞室中。

b)预行程(B)

就在柱塞进入上升行程时，PCV 不通电并保持开启。此时，通过PCV 吸入的燃油没经过加压(预行程)而通过PCV 返回。

a)抽吸行程(C)

在获得所需排放量的最佳时机，提供电力使PCV 关闭，则返回通道关闭，同时柱塞室中的压力上升。因此，燃油流经出油阀(反向切断阀)，然后被抽吸到油轨。具体情况是，PCV 关闭之后柱塞升程部分变成排放量，而且通过改变PCV 关闭正时(柱塞预行程的终点)，排放量得到改变，从而使油轨压力得到控制。

a)进气行程(A)

当凸轮超过最大升程时，柱塞进入下降行程，同时柱塞室中的压力下降。此时，出油阀关闭，燃油抽吸停止。此外，PCV 由于被断电而打开，低压燃油被吸入到柱塞室。具体情况是，系统进入A 状态。

油轨

A.油轨功能和构成

・油轨的功能是向各气缸喷油器分配由输油泵加压的燃油。

・油轨的形状取决于车型，同时零部件也随之改变。

・零部件为油轨压力传感器(Pc 传感器)、压力限制器，有些车型上还有流动缓冲器和压力限制阀。

B.

零部件结构和工作原理

a.压力限制器

如果压力异常高，则压力限制器打开以释放压力。如果油轨中的压力异常高，压力限制器工作(打开)。它在压力降低到一定水平之后恢复(关闭)。

由压力限制器释放的燃油返回到油箱。

b.油轨压力传感器(Pc 传感器)油轨压力传感器(Pc 传感器)安装在油轨上。它检测油轨的燃油压力，然后发送信号给发动机控制器。这是一个半导体传感器，它利用了压力施加到硅元

件上时电阻发生变化的压电效应。

c.流动缓冲器流动缓冲器可降低加压管中的压力脉动，并以稳定的压力向喷油器提供燃油。流动缓冲器也可在出现燃油过度排放时(例如喷射管道或喷油器出现燃油泄漏的情况)切断燃油

通道，从而防止燃油异常排放。

(1) 工作原理当高压管中出现压力脉动时，它穿过量孔产生的阻力破坏了油轨侧和喷油器侧的压力平衡，因此活塞将移到喷油器一侧，从而吸收压力脉动。正常压力脉动情况下，喷射因燃油流量降低而停止。随着通过量孔的燃油量增加，油轨和喷油器之间的压力得到平衡。结果，由于弹簧压力，活塞被推回油轨侧。但是，如果由于喷油器侧燃油泄漏等而发生异常流量状态，

通过量孔的燃油就会失去平衡。这将使活塞被推动抵住底座而导致燃油通道封闭。

3-3.喷油器

A.概述

・喷油器根据ECU 发出的信号，将油轨中的加压燃油以最佳的喷射正时、喷射量、喷射率和喷射方式喷射到发动机燃烧中。

・使用TWV (双向阀)和量孔对喷射进行控制。

TWV 对控制室中的压力进行控制，从而对喷射的开始和结束进行控制。量孔可通过限制喷嘴打开的速度来控制喷射率。

・控制活塞通过将控制室压力传递到喷嘴针来将阀打开和关闭。

・当喷嘴针阀打开时，喷嘴将燃油雾化并进行喷射。

多次喷射是指为了降低废气排放和噪音，在不改变喷射量的情况下，用一到六次喷射来完成主喷射。

B.喷油器工作原理

喷油器通过控制室中的燃油压力来控制喷射。TWV 通过对控制室中的燃油泄漏进行控制，从而对控制室的燃油压力进行控制。TWV 随喷油器类型的不同而改变。

a. 无喷射

当TWV 未通电时，它切断控制室的溢流通道，因此控制室中的燃油压力和施加到喷嘴针的燃油压力为同一油轨压力。从而，喷嘴针阀由于控制活塞的承压面和喷嘴弹簧力之间的差别而关闭，燃油未喷射。对于X1 型，外部阀被弹簧力和外部阀中的燃油压力推向座，从而控制室的泄漏通道被切断。对于X2/G2 型，控制室出油量孔直接在弹簧力作用下关闭。

b. 喷射

当TWV 通电开始时，TWV 阀被拉起，从而打开控制室的溢流通道。当溢流通道打开时，控制室中的燃油流出，压力下降。由于控制室中的压力下降，喷嘴针处的压力克服向下压的力，喷嘴针被向上推，喷射开始。当燃油从控制室泄漏时，流量受到量孔的限制，因此喷嘴逐渐打开。随着喷嘴打开，喷射率升高。随着电流被继续施加到TWV，喷嘴针最终达到最大升程，从而实现最大喷射率。多余燃油通过如图所示的路径返回到燃油箱。

c. 喷射结束

TWV 通电结束时，阀下降，从而关闭控制室的溢流通道。当溢流通道关闭时，控制室中的燃油压力立即返回油轨压力，喷嘴突然关闭，喷射停止。

C.喷油器驱动电路

为了改善喷油器的`敏感度，将驱动电压变为高电压，从而加速电磁线圈磁化和TWV 响应。ECU 中的EDU 或充电电路将各自蓄电池电压提高到大约100V，维持电压12.8 V，它通过ECU 发出的驱动喷油器的信号而施加到喷油器上。

D.带QR 代码的喷油QR (快速响应)代码被用来提高校正精度。QR 代码包含喷油器中的校正数据，它被写入发动机控制器中。QR 代码致使燃油喷射量校正点的数目大大增加，从而极大地改善了喷射量精度。

QR 代码是由电装公司开发的一个新的二维代码。除了喷射量校正数据之外，代码还包括部件号和产品号，它们可以在非常高的速度下阅读。

(1) 操作带QR 代码的喷油器(参考)

带QR 代码的喷油器使发动机控制器能够识别和校正喷油器，因此当喷油器或发动机控制器被更换时，必须在发动机控制器中登记喷油器的ID 代码。

A) 更换喷油器

必须将更换了的喷油器的ID 代码登记到发动机控制器(ECU

)中。

B) 更换发动机控制器必须将所有车辆喷油器的ID 代码登记到发动机控制器(ECU

)中。

共轨系统 篇6

关键词：高压共轨；柴油机；车载诊断；标定流程

中图分类号：U464.172 文献标志码:A 文章编号：1005-2550（2012）01-0031-04

Study on Calibration of Middle Duty Diesel Engine

with High Pressure Common Rail and EGR

REN Shang-feng，ZHAO Wen-fu，QIN Ke-yin，HOU Fu-jian

(China First Auto Grope Corporation R&D Center，Changchun 130011,China)

Abstract: OBD system is equipped when emission standard has met with EuroIV emission standard .Middle and light duty diesel engine with electrical controlled high pressure common rail system and EGR +DOC+POC are introduced in this paper.Basic principle，test method and calibration procedure of OBD are introduced particularly.

Key words:high pressure common rail；diesel；OBD；calibration procedure

随着国Ⅳ法规于2010年7月1日在我国部分地区实施，排放法规要求更加严格，同时要求装用压燃式发动机汽车及其压燃式发动机、装用以天然气（NG）或液化石油气（LPG）作为燃料的点燃式发动机的所有车辆必须加装OBD（On-Board Diagnostics）系统。OBD为车载自动诊断系统，是一种用于控制车辆排放的在线监测诊断系统，通过监测排放相关部件和系统，在发动机的运行中随时监控汽车尾气排放是否超标，必要时会发出警示和启动扭矩限制，并通过存储相关的故障代码，指示故障可能发生的区域及原因，帮助维修人员迅速地确定故障的性质和部位。本文根据BOSCH电控系统本身的基本原理，介绍加装OBD系统的目的和所起作用，阐述了它的监控原理的同时结合标定经验总结了EGR系统标定流程。

1 OBD系统的基本知识

1.1 OBD故障指示器（MI）

故障指示器是连接于车载诊断（OBD）系统的与排放相关的任何零部件或车载诊断（OBD）系统本身发生故障时，提示汽车驾驶人员的指示器。依据HJ437-2008 中C.1.1要求，结合GB 4094，按ISO 2575符号F.02 定制，见图1。

1.2 故障指示器MI激活准则(BOSCH)

MI激活：按照故障分类等级原则，级别略低时，第4个操作循环MI激活；当级别很高时，发生故障后MI立即激活。

MI解活：在3个连续的操作循环后或发动机运转24小时内没有再监测到已造成MI激活的故障，且没有监测出其他会单独激活的MI的故障之后，MI解活。

1.3 故障码的清除：

非不可删除代码：连续40个暖机循环或100个发动机运行小时（以先到为准）后清除。

不可删除代码：发动机运行400天或者9 600个小时后清除。

2 OBD法规限值

根据HJ437-2008国家标准提出的要求，所有满足国Ⅳ法规的车辆都应该加装OBD系统。当排放超过限值时，OBD相关监控指示器都应该开始动作，OBD限值见表1。

3 OBD系统的基本原理

OBD在匹配EGR的柴油机系统中主要检测对象大致可以分为3类：传感器故障、EGR进气系统偏差和后处理器失效的模拟。

3.1 传感器故障的检测

在目前电控发动机管理系统中，所有相关信号都是通过传感器监测并与ECU通信，从而判断发动机工作状态，同时还可以从直观上来提示驾驶员发动机的工作状态。因此在发动机管理系统中对传感器的信号质量监测尤为重要，也就是信号的可信性：即预先标定的信号电压范围与测量值是否真实对应，以及当发动机异常时传感器能够报出异常信号，从而通过OBD过程能够将错误信号及其相关的故障代码储存，以方便维修部门快速查找问题所在。

电器信号主要故障可以分为对电源短路、对地短路、开路以及CAN总线故障等。

3.2 废气再循环系统（EGR）的监测原理

OBD系统对EGR阀驱动电路的电气连接故障进行持续循环地检测，主要包括以下几个方面：对电源短路、对地短路、开路以及过热。

错误检测是在驱动电路模块内部进行的，诊断函数对错误检测结果进行评估并进行错误处理。

驱动电路上电情况下进行对电源短路故障的检测：监测驱动电路的实际输出电流，如果超过最大限值，则检测到对电源短路故障；之后，系统诊断函数对错误进行处理。

驱动电路不上电的情况下进行对地短路故障的检测：监测驱动电路实际输出电流，如果低于最低限值，则检测到对地短路故障；之后，系统诊断函数对错误进行处理。

驱动电路不上电的情况下，还对开路故障进行检测：监测实际输出电流，如果结果在预定的范围内，则检测出开路故障；之后，系统诊断函数对错误进行处理。

在驱动电路上电情况下，系统进行过热检测：监测驱动电路部件温度，若超出温度限值，驱动电路的内部检测模块报错；之后，系统诊断函数对错误进行处理。

OBD系统通过监测废气再循环控制器的控制偏差来检测废气再循环系统。前提是此监测仅在废气再循环系统处于闭环控制（必须安装进气空气质量流量传感器）时进行。

基于发动机转速和实际喷油量，OBD系统计算出控制偏差的允许范围。如果控制偏差的实际值超出允许范围的上限值，则检测到正向偏差故障；如果实际值低于下限值，则检测到负向偏差故障。

正向偏差故障可能由于EGR阀卡死于常开位置或者EGR管路存在漏气等现象造成，负向偏差故障可能由于EGR阀卡死于常闭位置或者卡死在很小的开度造成，基本监测原理见图2。

3.3 后处理器（POC）压差传感器的监测原理

压差传感器本身共有2个故障，分别是传感器采集电压过高、过低。诊断功能对压差传感器的采集电压循环进行信号范围检测。

传感器采集电压过高：传感器采集电压超出标定上限，则检测到传感器采集电压过高故障。传感器采集电压过低：传感器采集电压超出标定下限，则检测到传感器采集电压过低故障。

后处理器主要是通过压差传感器来监测排气系统总压力，在电控元件中按照不同转速和负荷下所需求的不同进气流量，此时对应着不同的排气系统压力，标定好理想状态下的压力范围，当后处理系统压力异常时（压力偏高、偏低），系统本身就会监测到错误信号。当错误程度满足条件就会做出相应的报警，同时将错误代码记录到内存中。

4 OBD 标定流程

4.1 标定流程

匹配BOSCH电控系统发动机的OBD系统的标定过程中主要遵循着下面的流程来进行标定，流程图见图3。另外当在发动机台架标定完成后，还需要在整车上进行验证，并进行“三高”试验以保证准确性和可靠性。

4.2 OBD1+NOx控制验证过程

主要以进气闭环控制EGR系统为例来介绍进气偏差故障的标定方法以及向检测部门演示故障发生和消除过程，具体流程见图4。

按照法规要求，发动机OBD排放限值都是通过ETC循环来相测量，因此在对EGR系统的进气偏差模拟标定主要是寻找两个排放值：5 g/kWh和7 g/kWh，通过寻找不同孔径的垫片安装在EGR管路中来模拟EGR阀卡死或者流量低等故障找到上述的两个排放限值，同时标定出当出现上述排放结果是相关系统所对应的动作。如果当发动机EGR卡死到关闭的位置时，ETC排放结果超过7 g/kWh，经过预处理时间后，车速降为0（或者发动机回到怠速）扭矩限制器开启起作用，故障灯马上点亮，扭矩限制器作出相应的扭矩下降，同时故障码将记录到内存，将保持400天（或者9 600小时）无法擦除。因此在EGR系统的发动机中建议原机（EGR不安装时）排放值标定在7 g/kWh以下，发动机就没有降扭矩功能故障。

5 结论

本文主要针对电控高压共轨EGR中型柴油机在国Ⅳ阶段开始执行OBD法规，所涉及的基本知识，OBD监控原理，同时着重的以EGR进气闭环系统为例介绍了OBD标定流程，故障模拟、消除演示过程。

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博世新型共轨系统为商用车助力 篇7

其决定性因素便是微观层次上的开发。新型CRIN3-25喷油器可防止燃油在回油管路中闲置不用, 因此, 博世新型共轨系统可省油1%, 每年节省成本700欧元。但货车的运行成本还取决于净化废气排放物中氮氧化物的车用尿素溶液量。博世尿素定量喷射系统将车用尿素溶液注射方案与该车所在的地区相匹配, 以提高效率。这样使汽车制造商能够精准定制其动力系统设计。在车用尿素溶液售价高昂的地区, 博世可提供专为处理高压和高浓度废气再循环而设计的系统方法。在尿素售价低廉的地区, 博世柴油系统旨在借助大量过剩空气实现最高燃烧效率。在此情况下, 共轨系统与Denoxtronic一起最多可节省5%的燃油。

油压高达250MPa的博世全新共轨系统根据模块化系统方案研制, 在低压和高压范围内均无泄漏。损失极小的压缩燃油喷射使整个动力传动的效率大幅提升。博世已设计出一种能够防止未用燃油进入回油管路的间隙而导致泄漏的系统。为此, 该系统使喷油器内的零件 (包括控制阀) 承受轨压, 因此喷嘴针阀可在所有此类条件下开启, 针阀通过液压方式连接至推杆。

采用尿素定量喷射系统进行废气处理

由于精益运行中消耗的燃油量减少, 因此, 发动机的氮氧化物排放显著提高。这种目标的冲突给商用车制造商带来巨大挑战。在使大型商用车满足极为严苛的排放标准 (例如:欧Ⅵ) 方面, 尿素定量喷射系统是废气处理系统的理想部件。由于无需使用压缩空气, 因此该系统既高效又经济。在开发时, 博世侧重于创制稳健设计和紧凑配置。与旧版系统相比, 最新的Denoxtronic 6中供给模块的尺寸减小了约1/3。此外, 该模块确保尿素溶液的高吞吐量, 并且防止燃油凝结于内壁, 从而提高了效率。尽量避免使用塑料材质, 使计量模块可在140℃的环境温度下连续运行。这种鲁棒性使商用车制造商在将组件装入排气系统方面更为自由。

高精度传感器保证信号准确无误

传感器是动力传动系的侦探, 不断采集排气系统最新的准确数据。从混合气形成到洁净燃烧, 再到废气处理, 传感器采集到的数据是所有功能的基础。除了确定动力系统精确操作模式的常规传感器外, 博世还提供用于SCR系统监测和控制的氮氧化物传感器以及监控柴油机颗粒物过滤器的传感器。

博世全新颗粒物传感器专为商用车而设计, 适合安装在废气排放箱内。它高度敏感, 因此在废气流速极低的情况下也能可靠运行。此外, 在安装时调节倾角即可提高灵敏度。传感器能够可靠探测柴油机颗粒物过滤器中的故障, 并且与CAN数据总线和商用车标配HDSCS技术兼容。

不言而喻, 博世氮氧化物传感器可满足商用车的高可靠性标准。它适用于全球商用车的12V和24V系统, 可测量浓度高达0.3%的氮氧化物, 配有可测评细小传感器数据流的紧凑型控制电子元件。特种涂料使其坚韧无比, 足以承受极端温度波动和沉积。即使在发动机长时间运转且传感器老化的情况下, 传感器信号也能保持较高的测量精度, 从而确保整个系统的鲁棒性。

共轨系统 篇8

德尔福全新柴油共轨系统系列产品

以上新技术于2014年5月8~9日在第35届维也纳国际汽车研讨会上首次亮相, 并将于2014年晚些时候装备欧洲某大型汽车制造商的新一代发动机。

德尔福柴油系统事业部总裁John Fuerst表示:“全新的柴油共轨系统将凭借卓越性能和模块化设计帮助汽车制造商提高燃油经济性。德尔福工程师的创新理念将有助于客户达到日益严格的排放标准, 同时保持消费者所期望的性能水平。”

德尔福共轨系统的模块化设计可针对不同发动机的性能需求提供相应的方案。集成的创新功能为优化柴油发动机设计和性能提供了新的思路。

“采用德尔福的方案, 整车制造商将无需修改发动机以适应德尔福系统。我们在开发中采用的模块化方案可帮助发动机制造商将德尔福技术集成到他们的发动机中, 同时优化喷油性能。”Fuerst解释道。

共轨系统 篇9

关键词：船用柴油机,电控,共轨

0 前言

近年来,关于柴油机的排放法规和节能要求越来越严格。IMOⅡ排放法规将于2011年1月1日开始实施,要求NOx排放量要比IMOⅠ减少25%,更严格的IMOⅢ将于2016年实施。由于石油资源的枯竭和经济效益的考虑,柴油机燃油经济性要求也越来越高。低NOx排放量和低燃油消耗率使电控共轨喷射系统成为柴油机今后的主要发展方向。

1 共轨式喷油系统简介

柴油机燃油系统电控技术经过20世纪80年代的位置控制式、20世纪90年代的时间控制式,近年来发展成为蓄压器+时间控制式。共轨系统摒弃了传统柱塞泵脉动供油原理,采用高压共轨蓄压和高速电磁阀控制喷油。高压共轨内燃油压力稳定,消除了原有电控泵中压力波动引起的异常喷射。

电控燃油系统中,安装在柴油机上的曲轴角度位置传感器采集的曲轴信号传入ECU,ECU根据其内部存储的MAP(喷油量MAP、喷油定时MAP、喷油压力MAP、预喷射和后喷射MAP)控制喷射过程,通过精确控制喷油量和喷油定时,满足柴油机不同工况的要求。

2 低速船用共轨系统的应用

低速船用柴油机以重油(需加热至160℃)作为燃料油,近年来对共轨系统的结构进行了改进,由原来的普通蓄压轨道改进为不同类型的蓄压器。喷射压力及正时可自由调节,可以实现含预喷、后喷射的多次喷射[1]。目前大功率低速船用柴油机共轨技术主要应用于Wartsila公司和MAN B&W公司的柴油机上。Wartsila最新推出的RT-flex82系列柴油机和MAN B&W推出的Mark9系列柴油机都采用最新的共轨技术。

在国内,宜昌船柴厂引进MAN B&W公司的技术,生产的6S35ME-B9共轨系统柴油机,转速为167 r/min时,功率为5 220 k W,MEP2.1 MP。上海中船三井造船柴油机有限公司将与MAN B&W公司合作生产8K80ME-C9共轨系统柴油机。

3 Sulzer RT-flex柴油机

Wartsila最新推出的RT-flex82C和RT-flex82T柴油机采用了电控RT-flex共轨系统和先进的设计参数,从而使船舶的推进装置得到优化。“C”型机的行程为2 646 mm,转速为87~102 r/min,覆盖功率范围为21 720~54 240 k W。“T”型机的行程为3 375 mm,转速为68~80 r/min,覆盖的功率为21 720~40 680 k W。Wartsila公司在瑞士温特图尔柴油机技术中心推出了新型RTX-4研究型低速船用柴油机。RTX-4研究型柴油机为二冲程四缸机,缸径为600 mm,在转速为114 r/min时,功率为10 160k W,所有运行过程(喷油、排气门开闭、气缸润滑和空气起动)均采用最新全电控的RT-flex共轨技术[2]。

3.1 共轨单元

RT-flex82系列柴油机的共轨系统中,有两个公共油轨:一是滑油系统中经过精滤器过滤的20 MPa的伺服油;二是经过加热的,压力为100 MPa的待喷射重油,它作为柴油机的燃料油。曲轴驱动的传动装置带动供油泵向共轨系统中供油。通过调节供油泵来调节输入共轨中的燃油量和轨内压力。

为了减少喷油器之间的喷油干扰,降低喷射压力波动,改善喷油效果,将原来的公用高压油轨改为两个喷射器公用一个相互用高压油管连通的圆柱形蓄压器,每个蓄压器用一个高压油泵供油[3]。电控RT-flex共轨系统图见图1。

3.2 控制器WECS-9520

RT-flex电控技术的核心是控制器WECS-9520,是WECS-9500的改进型,具有模块化、通用化、集成度高及结构简单等特点。

a.取消了凸轮轴,燃油喷射、排气阀的开关、柴油机的启动均通过WECS-9520控制系统实行电子控制。

b.每缸的燃油喷射和排气阀由单独的控制单元控制,可以精确控制喷油量,优化喷油压力和喷油阀开启时间,最大程度地降低排放。

c.在部分负荷时,可以实现单个喷油器的控制,使气缸内只有一个喷油器喷油,降低燃油的消耗率。

d.通过优化控制使主机的稳定转速更低,可以在额定转速的12%时,实现无烟运行。

3.3 燃油和伺服油压力控制

燃油共轨内的压力依据柴油机负荷而定,WECS-9520接收到主机转速传感器的转速信号和燃油指令,依据内部存储的MAP,产生一个控制信号,由FCM-20模块控制燃油泵的执行机构,拉动燃油泵的齿条,向燃油共轨供应相应量的燃油。同时,两只压力传感器将燃油共轨的压力分别反馈给各自对应的FCM-20模块,使燃油共轨压力与柴油机负荷相匹配。

伺服油压力的控制与燃油压力的控制相似,由脉动滑油系统依据柴油机负荷供油。伺服油是用来控制排气阀的开关和燃油喷射。伺服油的质量要求非常高,伺服油滤器的过滤精度是6μm,需要对伺服油保持不间断的净化、取样化验,严格监控伺服油的各项指标。

4 MAN柴油机

MAN柴油机公司继2008年6月推出S46ME-B和S60ME-B型柴油机后,近期最新推出了S35/40/50ME-B9、S80ME-C9、K80/90ME-C9一系列Mark9柴油机,平均有效压力为2~2.1 MPa。K80ME-C9柴油机单缸功率为4 530 k W。MAN柴油机共轨燃油压力只有1 MPa,经液压气缸单元的增压泵增压后达到100 MPa,系统中仅有从高压油泵到喷油器的一小段高压油管压力为100 MPa,系统安全性较高。伺服油系统压力从21 MPa上升到了30 MPa。

4.1 共轨单元

ME-B柴油机燃油系统中,由两个电动油泵向喷油系统供油,液压油通过凸轮轴腔中的油管输入液压气缸单元,每个液压气缸单元(见图2)安装两个增压泵,增压泵用来向喷油器供油,喷油器通过一个比例控制阀来改变喷射压力。

每个液压气缸单元控制两个气缸。液压气缸单元包括两个增压泵、两个ELFI阀门、两个阿尔法润滑器和一个蓄压器。液压系统的压力为30 MPa[4]。

4.2 发动机控制系统

新型ME-B型机仍然安装传统ME型机控制系统中的多功能控制器。一个多功能控制器控制两个气缸的喷油。由安装在发动机控制室内的接口控制单元来控制液压系统压力,同时连接桥式控制系统。

新型ME-B型机简化了控制系统的功能,取消了排气阀控制、空气启动控制,简化了油泵控制。使控制系统中的多功能控制器的数目大大减少。

为解决喷油器误喷射和保证排气阀正常启闭,把模拟电压控制器更换为开关式控制器。在多功能控制器的反馈回路安装了新型软件用来监控反馈信号和燃油柱塞运动[5]。

ME系列柴油机控制系统的特点如下:

a.低的柴油消耗率和高效的可变性能参数,适合柴油机任意速度和任意负荷工况的电控喷油定时。

b.任何发动机转速负荷下,都有合适的喷油压力和速率控制。

c.低的NOx排放特性和无烟运行。

d.比传统机型提高了20%的功率密度。

4.3 伺服油系统

为了保证伺服油系统的可靠性,MAN公司的ME/ME-C系列柴油机采用两套伺服油供油系统:用链式传动变速箱来驱动3到5个高压油泵;电动高压泵。

新的液压系统中,系统压力从21 MPa上升到了30 MPa。用标准的高压管替换了原来的双壁式油管,在高压油泵和高压油管间用高压胶皮管连接,以减少来自高压油泵的压力波动,稳定液压系统压力。此外,在伺服油系统中安装了6μm全流量精滤器。

5 结束语

20世纪90年代中期,电控共轨系统开始在船用柴油机上应用。目前,在中、高速机上的应用日益成熟,中速机上的技术开始逐步应用在低速机上。随着对柴油机性能要求的不断提高,柴油机控制软件技术、传感器技术、各缸喷油量不均匀修正控制技术和电子控制单元在柴油机上的安装技术成为电控共轨喷油技术开发的关键技术[6]。随着柴油机应用电子技术的不断发展,燃油共轨喷射系统在低速船用柴油机上的应用将是必然趋势。

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共轨系统 篇10

关键词：内燃机,共轨系统,双压,电控增压器,优化

0概述

综合分析国内外柴油机电控燃油喷射系统的研究历史和现状, 电控高压共轨系统具有很大的发展空间, 需进一步挖掘电控的灵活多样性和共轨系统压力-时间控制原理的潜力, 以获得理想的喷油规律。重点在于提高喷射压力和改善喷油速率控制的柔性度。主要技术措施是多级压力控制和多次喷射。

双压共轨系统[1]是一种立足于国内共轨电喷现有技术水平而开发的能够实现高压喷射和喷油率可调的燃油喷射系统。与常规共轨系统不同的是, 在共轨管与喷油器间加装了电控油压增压器。本文采用仿真与试验相结合的方法对双压共轨系统的关键部件电控增压器进行优化设计。

1双压共轨系统工作原理

双压共轨系统是一种可控的两级增压系统, 它能够根据发动机工况的变化, 通过设在高压油路中的增压装置, 分为基压和高压两条油路向喷油器供油。在部分负荷时, 燃油经基压油路向喷油器供油;在高负荷时, 则经过增压后向喷油器供给高压油。高压油是在基压油路中串联一个增压装置经过二次加压而获得的, 增压装置由两级阶梯形增压活塞及油缸组成, 其增压比由增压活塞的面积比来决定, 基压油压需能满足部分负荷工况运行时对喷油压力的要求。通过对增压及喷油时间的控制, 可以实现灵活多样的喷油规律, 以满足发动机不同工况的需要。双压共轨结构的原理如图1所示。

双压共轨系统具体工作过程为:基压工作时, 轨腔燃油通过单向阀向喷油器供油;高压工作时, 增压活塞电磁阀打开, 控制室压力迅速降低, 增压活塞受力失衡向增压室一侧运动, 单向阀关闭, 增压室内燃油受到压缩而压力升高, 增压后的燃油供给喷油器;增压活塞电磁阀关闭后, 控制室内燃油得到轨腔的补充压力回升, 同复位弹簧一起使增压活塞复位。

电控增压器是双压共轨系统的关键部件, 需要对其进行优化设计。电控增压器结构的原理如图2所示。

2电控增压器优化计算

利用液压系统仿真软件HYDSIM建立了双压共轨系统的仿真计算模型, 计算模型结构如图3所示。双压共轨系统的HYDSIM仿真程序被作为优化问题的目标函数集成到iSIGHT优化流程中, 如图4所示。HYDSIM和iSIGHT之间进行数据交换:将HYDSIM的仿真计算结果传给iSIGHT, 经过iSIGHT评估后, iSIGHT重新设置HYDSIM的输入参数, 并重新启动仿真运算。利用HYDSIM和iSIGHT的联合计算, 可以实现结构参数对响应的灵敏度分析和优化[2,3]。

2.1设计变量和优化目标

2.1.1 设计变量

根据文献[1]中的仿真结果, 本文确定了设计变量, 见表1。

2.1.2 优化目标

本文优化目标为:最大增压压力pmax和最小控制回油量Qmin。控制回油量, 即增压过程中, 通过增压活塞电磁阀流回油箱的燃油量。

2.2iSIGHT DOE分析

首先利用iSIGHT的DOE (design of experiment) 功能, 掌握增压器结构参数对响应的影响规律及影响程度, 分析双压共轨系统结构设计问题的特点。试验设计, 即定义一套评估设计参数对性能影响的正规、系统的试验方法。

2.2.1 试验设计目的

本文的试验设计目标为: (1) 为了获得更多设计空间的信息, 即设计变量是如何影响目标变量的; (2) 去掉多余的设计变量, 确定最有影响力的设计变量, 并用于优化; (3) 为了得到优化设计的粗略估计。

2.2.2 试验方法

采用正交数组法和拉丁法分别计算并比较试验结果。

2.2.3 试验后处理

经过iSIGHT的DOE分析, 将得到如下结果: (1) ANOVA (analysis of variance) 统计, 根据平均响应得出因子对响应的贡献率, 可以用Pareto图表示 (以百分数标记的柱形图) ; (2) 主效应图-因子对响应的主效应是因子在某个水平时所有试验中响应的平均值; (3) 交互效应图-因子的综合影响, 在响应不变的情况下, 一个因子对其他因子的影响; (4) 选择-根据因子的贡献, 找出影响力最大的因子, 即试验中改变的输入设计参数。

2.2.4 DOE过程

DOE过程为: (1) 参数设置; (2) 水平设置, 水平为研究中输入因子的值;水平设置, 即设置因子有几种取值; (3) 选择矩阵, 即选择正交矩阵L27编制试验方案并计算; (4) 结果分析, 计算所得图中的变量含义见表1。

采用正交矩阵L27编制的试验方案, 共计算了27次。图5为L27的Pareto结果。由图5可见:图5a中参数din和dout对响应pmax的影响最大, 均超过了20 %;图5b中din对Qmin的影响最大, 影响率超过了30 %, 其次是Vint和dout。图6为L27的主效应。其中, 曲线斜率越大说明该因子对响应的影响越明显;斜率的正负说明该因子对响应的影响趋势。由图6可见:图6a中pmax对din和dout 很敏感, 随着din的增大pmax减小, 而随着dout增大pmax也增大;图6b中Qmin对din、Vint和dout比较敏感, 敏感参数增大会引起回油量的增加。

2.3iSIGHT优化

双压共轨系统的结构参数设计空间为离散集合构成的解空间, 这类最优化问题称为组合最优化。严格意义上的最优解求取非常困难, 研究高速近似的算法是一个重要的发展方向。实践证明, 遗传算法作为现代最优化的手段, 它应用于大规模、多峰多态函数、含离散变量等情况下的全局最优化问题是合适的[4,5]。iSIGHT提供了两种用于多目标优化的遗传算法:NCGA (neighborhood cultivation genetic algorithm) 和NSGAⅡ (nondominated sorting genetic algorithm) 。

采用NCGA和NSGAⅡ两种方法对双压共轨系统进行多目标优化计算。优化过程中优化目标的演化过程分别如图7和图8所示。优化结果见表2。与初始值相比, 优化后增压压力提高幅度不明显, 而控制回油得到了有效降低。因此本文选择NSGAⅡ的优化结果试制样机。

3试验研究

根据优化结果试制了电控增压器, 如图9所示。试验主要研究了控制时序 (图10) 对系统增压压力和喷油率的影响规律。控制时序以ΔTint表示, 其为正值时, 先增压后喷油;其为负值时, 先喷油后增压。

试验工况:轨压为100 MPa, 喷油控制脉冲持续期为2 ms, 控制时序ΔTint=1.0 ms、0 ms、-0.5 ms、-1.0 ms。

3.1控制时序对增压压力的影响

利用压电晶体式压力传感器测量了不同控制时序时电控增压器增压室内的压力, 试验结果如图11所示。试验结果表明:压力峰值出现的时刻随ΔTint的减小而延迟, 但峰值大小不受影响。

3.2控制时序对喷油规律的影响

利用EMI喷油规律测试仪测试了双压共轨系统喷油规律, 测试结果如图12所示。试验结果表明:随着ΔTint的减小, 喷油规律逐渐由矩形变化到斜坡形, 最后实现靴形喷射。

4结论

(1) 分析了双压共轨系统的工作原理, 该系统能够通过改变喷射压力来改变喷油率形状, 进一步体现共轨系统压力-时间调节原理的优越性。

(2) 实现了HYDSIM和iSIGHT对双压共轨系统的联合仿真。利用iSIGHT的DOE功能对系统结构参数的灵敏度进行了研究。计算结果显示参数din和dout对响应pmax的影响最大;Qmin对din、Vint和dout比较敏感。

(3) 利用iSIGHT的优化功能, 选择遗传算法对双压共轨系统进行了优化计算, 结果表明:NCGA法使增压压力提高了4.1 %, 控制回油量减少了24.6 %;NSGA法使增压压力提高了2.5 %, 控制回油量减少了26.8 %。

(4) 参照优化结果, 制造了双压共轨系统电控增压器样机, 并进行了试验研究, 结果表明了系统能够实现增压, 且喷油规律形状可调。

参考文献

[1]张静秋, 欧阳光耀, 唐开元.双压共轨系统的仿真研究[C].哈尔滨:中国内燃机学会2008年学术年会论文集, 2008.

[2]秦民, 卢炳武, 赖宇阳.动力总成悬置系统可靠性优化设计[EB/OL].http://www.engineous.com.

[3]刘伟, 杨玉英.用iSIGHT实现车身冲压件成形自动优化[EB/OL].http://www.engineous.com.

[4]Kegl B.Injection system design optimization by considering fuelspray characteristics[J].Journal of Mechanical Design, 2004 (4) :703-711.

共轨系统 篇11

为抢占汽车工业技术竞争的国际最前沿和制高点,2006年新风集团公司从德国利勃海尔旗下CRT共轨技术公司(该技术的发源地)引进柴油机高压共轨系统,期待在这个新领域有所建树。新风集团在此基础上开发出适合于中国车用柴油机、并拥有自主知识产权的高压共轨系统,经历了立足于国内、面向世界的高压共轨系统研发中心和生产制造基地,获得了拥有自主知识产权的能够使国产柴油机达到欧3、欧4排放标准要求的共轨技术,从而填补了国内该项技术的空白。

据介绍,在40万套的年产能建成后,新风集团开始了小批量配套工作,并与朝阳柴油机厂、长城汽车、姜堰一拖等柴油机及汽车厂建立合作关系。现阶段新风集团开发出的高压共轨燃油系统主要应用于商用车,同时也可用于中小型乘用车,并能提高发动机的燃油经济性,而未来的发展目标是商用车和乘用车兼用。