电控柴油喷射系统论文

电控柴油喷射系统论文（精选9篇）

电控柴油喷射系统论文 第1篇

为了减少船舶排放造成的大气污染, 2008年10月国际海事组织 (IMO) 海洋环境保护委员会 (MEPC) 第58次会议召开, 会议一致通过了MARPOL附则Ⅵ《防止船舶造成大气污染规则》的修正案。图1为IMO制定的具体目标。

为了满足日趋严格的排放法规要求, 电子控制燃油喷射柴油机是目前及未来一段时间内的发展方向[1,2,3,4,5,6,7,8]。实现电控燃油喷射主要有高压共轨系统、电控单体泵系统和电控泵喷嘴系统三种方法。其中, 高压共轨系统具有相对独立的轨压和喷油控制, 使得柴油机在性能控制方面具有极大的灵活性, 但是它的使用受到传感技术、加工工艺、材料特性、燃油清洁度、维护使用成本等方面的限制;电控单体泵和电控泵喷嘴系统在结构布置上有较大的差别, 但是在控制方式上相同, 喷油时刻和喷油量均由泵出口的电磁阀控制, 可获得理想的先缓后急的喷油规律, 系统的可靠性较高, 对燃油的质量要求相对较低。根据文献[9]的资料统计, 欧洲和北美等国家和地区, 重型柴油机基本上采用电控泵喷嘴和电控单体泵系统。

本文中对4190船用中速柴油机的传统机械泵燃油供给系统进行电控化改造, 利用AMESim软件平台建立电控燃油喷射系统模型, 通过仿真计算研究确定主要参数匹配, 以减少试验工作量;进一步开展4190柴油机台架试验研究, 得到不同匹配参数下的整机性能。

1 4190柴油机燃油系统电控化改造方案

4190柴油机为中速四冲程柴油机, 可用于小型船舶主推进柴油机及发电柴油机使用, 其燃油供给系统为传统机械泵供油系统, 原机的主要性能及结构型式见表1。

综合考虑国内燃油质量及原机型改动工作量, 4190柴油机电控燃油系统采用国内已具备设计制造能力的直列电控单体泵型式, 又称电控组合泵。

由电控组合泵取代原传统直列式喷油泵, 保留凸轮轴驱动方式。电控泵出口高速电磁阀的通电时刻和通电持续时间控制供油提前角和喷油量。柴油机转速、凸轮轴相位、进气压力、环境温度等信息通过传感装置送入电控单元 (electronic control unit, ECU) , 经过处理得到该工况的喷油提前角和喷油量, 并转换为高速电磁阀的控制信号输出, 控制高速电磁阀的通电和断电。图2为改造后的电控燃油喷射系统示意图。

文献[10]指出:MARPOL附则Ⅵ实施之前的机型, 其喷射压力一般为100～120MPa;而近年来开发的新机型, 喷射压力提高至150MPa左右;为适应未来更加严格的排放法规, 喷射压力将继续提高。

4190柴油机的电控燃油系统的设计和制造要基于国内的研发厂家。文献[11]指出:国内针对1000r/min的重型中速柴油机, 通过合理地匹配凸轮型线、柱塞直径、高压油管的长度和直径、喷油器喷孔直径, 燃油喷射压力可达100MPa以上。

为了减少试验工作量, 首先在AMESim仿真软件平台上建立电控燃油喷射系统模型, 选择匹配凸轮型线、柱塞直径、高压油管长度和内径、喷油孔直径五个参数, 而喷孔数和喷雾角度保持原机数值不变。电控泵燃油喷射系统模型如图3所示。

仿真发现:当其他因素相同时, 凸轮型线的工作段对单次喷油量和喷油规律具有较大影响, 如图4所示。由图4可见, 在29.7°CaA附近开始喷油, 单次喷油量较大, 喷射速率较高, 喷油规律呈现为先缓后急趋势;随着开始喷油的角度增加, 喷油规律发生变化, 先期喷射速率增加, 后期喷射速率下降, 规律接近矩形;若继续增加, 则喷油规律变成了先急后缓。这说明油泵装机试验时, 应调整凸轮工作段获得好的喷油规律, 从而得到好的整机性能。

经模型仿真确定试验匹配参数为:凸轮型线最大线速度为0.46mm/°CaA, 喷孔直径分别为0.26、0.28、0.30mm, 柱塞直径为13mm, 高压油管长度为900mm, 高压油管内径为1.8mm。此时可以获得较高的燃油喷射压力和适当的喷射持续期, 如图5所示。

2 发动机各参数的匹配与标定

发动机试验台架组成如图6 (a) 所示。电控供油系统的喷油规律测量在油泵试验台上完成, 采用EFS8427电磁阀驱动模块和IFR600喷油规律测量仪, 如图6 (b) 所示。

整机试验从标定工况确定最佳凸轮型线工作段开始, 之后开展供油提前角 (或称供油定时) 的标定工作, 此时均遵守经济性最佳原则, 供油持续期由ECU控制单元根据转速偏差按照一定的控制规律来确定。

2.1 凸轮型线与发动机上止点的位置关系确定

由于电控泵的凸轮型线工作段较长, 在供油提前角标定时, 通过转动喷油泵安装角度来改变凸轮型线工作段。图7为标准安装时凸轮型线与发动机上止点的位置关系图, 即38°CaA位置对应于发动机的上止点位置。由图7可见, 当发动机上止点所对应的凸轮角度变化时, 供油段的位置会发生变化, 而不同位置凸轮的线速度是不同的, 因此供油规律会发生变化, 最终影响到喷油规律。

图8为在油泵试验台上调整凸轮型线相对上止点位置, 相同喷油脉宽时得到的喷油规律。由图8可见, 随着凸轮转角角度的变化, 喷油规律由先缓后急逐渐转变为先急后缓, 单次喷油量则由少到多再到少, 从试验上验证了图4所示仿真结果的正确性。由此可知, 在进行发动机匹配标定时, 要通过反复试验寻找经济性最好的凸轮工作段。

图9为三个位置关系对发动机各参数的影响。由图9可见, 45.2°CaA位置对应于发动机上止点时, 当负载率大于47%之后, 燃油消耗率最低, 排气温度也最低。试验表明:如果继续增加上止点对应的凸轮角度, 燃油消耗率又将明显回升。

当上止点对应的凸轮转角增加时, 喷油期所占用的凸轮等速段越多, 燃油压力建立越快且最大压力越高, 喷油速率增加且喷油时间缩短, 最高燃烧压力增加。由此可以解释燃油消耗率低和排气温度低的现象。

2.2 喷油器伸出高度的影响

4190柴油机改用电控组合泵之后, 喷孔直径减小, 燃油喷射压力大幅提高, 油束与燃烧室的配合关系会发生变化, 燃油喷射速度的计算式为

式中, Cd为流量系数;ρ为燃油密度;pc为缸内气体压力。

由式 (1) 可知, 当燃油喷射压力p提高, 燃油的喷射速度U提高, 油束的贯穿距离会增加, 但喷射速度的增加使雾化加快, 油束的贯穿距离下降。文献[12]进行了综合评估, 喷射压力增加时, 油束的贯穿距离仅略有增大, 若再考虑喷孔直径减小导致贯穿距离减小的因素, 则可认为采用小喷孔和高喷射压力后, 油束的贯穿距离会减小。由于原机的喷油器安装垫片无法拆卸, 故只能增加1mm垫片, 使喷油器伸出高度减小1mm, 试验结果发现油耗率上升, 排气温度增加 (图10) , 说明油束与燃烧室的匹配情况变差。

2.3 各工况供油定时优化

根据理论分析, 每个工况都存在油耗最低的供油定时。对于电控泵, 需通过试验逐点确定各工况的最佳供油定时, 之后写入ECU的供油定时MAP中, 不同喷孔直径有不同的MAP图。图11为标定工况三种喷孔直径下, 发动机供油定时与燃油消耗率的关系。从图11可见, 标定工况0.26mm喷孔直径的最佳定时为31°CA, 0.28mm喷孔直径的最佳定时为26°CA, 0.30mm喷孔直径的最佳定时为27°CA。

三种喷孔标定工况标定点上的缸压、喷油规律、喷油持续期等如图12所示。值得注意的是, 使用0.26mm喷孔时, 虽然最高燃烧压力大于使用0.28mm喷孔的情况, 但是燃油消耗率稍高。分析原因是0.26mm喷孔的供油提前角和喷油压力均较大, 滞燃期内准备好燃烧的燃油较多, 故最高燃烧压力高, 但是喷油持续期长, 后燃严重, 所以经济性较差。

3 整机性能对比试验

完成以上匹配标定工作后, 对三种喷孔直径下的发动机及改造前的发动机的整机性能进行了对比试验, 如图13所示。由图13可见: (1) 采用电控泵的发动机油耗率均低于原机, 特别是在部分负荷情况; (2) 采用0.26mm喷孔时, 标定工况的燃油消耗率和排气温度均相对偏高, 因为此工况下的喷油持续期过长, 按31°CA供油提前角, 根据图12 (c) 计算, 喷油将持续到10°CA ATDC或更晚, 造成燃烧效率下降, 后燃严重; (3) 采用0.26mm喷孔时, 发动机的NOx排放浓度最低, 而采用0.28mm和0.30mm的喷孔时NOx排放浓度高于原机; (4) 采用0.26mm喷孔时, 发动机的CO排放浓度随着负载增加显著升高。分析原因是负载增加, 喷油持续期也增加, 后燃增加, 燃烧不充分;0.26mm喷孔直径小, 油束贯穿距离短, 缸内混合气的不均匀度增加, 离喷孔近的中心区域混合气浓度大造成缺氧, 故CO排放增加。

4 结论

(1) 利用AMESim软件平台, 建立电控燃油系统仿真模型, 对燃油系统各参数进行仿真匹配, 确定整机试验采用凸轮型线最大线速度为0.46mm/°CaA, 喷孔直径分别为0.26、0.28、0.30mm, 柱塞直径为13mm, 高压油管长度为900mm, 内径为1.8mm, 大幅度减少了试验工作量。

(2) 成功实现34190柴油机燃油系统的电控化改造, 试验表明采用0.26mm喷孔直径是最优方案, 既可以得到低的燃油消耗率, 又可以实现低NOx排放, 特别是在低负荷工况;但是, 由于喷油持续期过长, 导致标定工况下燃油消耗率的改善不足, 且CO排放水平有所升高。

参考文献

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电控柴油喷射系统论文 第2篇

2013-2018年中国汽车电控燃油喷射系统（EFI）行业研究报告

第一章 电控燃油喷射系统EFI行业概况

第一节 概述

一、燃油喷射技术的发展概况

二、电控燃油喷射系统的优越性 第二节 电喷系统的组成及功能

一、电喷系统的组成

二、燃油系统的作用

三、进气系统的作用

四、电子控制系统的作用 第三节 工系统的分类

一、按燃油供应方式分类

二、按有无反馈信号分类

三、按控制方式分类

第四节 电控燃油喷射系统技术发展 第五节 全球电控燃油喷射系统市场概况 第六节 跨国电子燃油喷射系统企业发展分析

一、柴油机电喷市场 每年超过200万套

二、电喷系统市场规模超过171亿元

第二章 电控燃油喷射系统（EFI）行业影响因素分析

第一节 上游原材料行业的影响分析

一、石油价格上涨对电控燃油喷射系统行业的影响分析

二、钢铁行业现状对电控燃油喷射系统行业的影响分析 第二节 下游汽车及发动机行业发展的影响分析

一、中国汽车工业发展对电控燃油喷射系统行业的影响

二、发动机行业发展对电控燃油喷射系统行业的影响 第三节 其他影响因素

一、国Ⅲ排放标准实施的影响

二、油品特征改进的影响

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三、电子控制技术发展的影响

第三章 电控燃油喷射系统（EFI）的市场分析

第一节 电控燃油喷射系统（EFI）市场需求分析

一、电控燃油喷射系统（EFI）市场总体规模

二、电控燃油喷射系统（EFI）市场需求结构

1、汽油发动机EFI需求情况分析

2、柴油发动机EFI需求情况分析

三、推动电控燃油喷射系统（EFI）市场需求的因素 第二节 电控燃油喷射系统（EFI）市场供给分析

一、电控燃油喷射系统（EFI）市场竞争格局分析

二、电控燃油喷射系统（EFI）市场配套情况分析

三、电控燃油喷射系统（EFI）市场进入分析

四、电控燃油喷射系统（EFI）市场供给现状形成的原因 第三节 汽车电控燃油喷射系统进出口分析

一、汽车电控燃油喷射系统进出口概况分析

1、进出口总量分析

2、进出口价格分析

3、进出口企业分析

二、汽车电控燃油喷射系统进口分析

1、进口需求地分析

2、进口来源地分析

三、汽车电控燃油喷射系统出口分析

1、出口发货地分析

2、出口目的地分析

四、汽车电控燃油喷射系统供需平衡分析

第四章 电控燃油喷射系统应用及技术发展分析

第一节 电子控制汽油喷射的诞生 第二节 电子控制汽油喷射的发展

第三节 柴油机电控燃油喷射的应用及发展

一、电控直列式喷油泵

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二、电控单体泵系统

三、电控分配泵

四、电控泵喷嘴系统

五、机械驱动式电控泵喷嘴系统

六、电控蓄压式泵喷嘴系统 第四节 电控燃油喷射在摩托车上的应用 第五节 商用车柴油机高压燃油喷射系统的发展

一、国Ⅲ、国IV与国Ⅱ排放标准主要区别

二、电控高压燃油喷射系统

1、电控单体泵

2、电控高压共轨燃油喷射系统

2.1.高压共轨燃油喷射系统的优点 2.2.电控高压共轨燃油喷射系统的分类

A、共轨液压式燃油喷射系统 B、高压共轨式燃油喷射系统 C、液力增压式共轨燃油喷射系统

第六节 电控燃油喷射技术决定汽车柴油化进程

一、汽车柴油化进程加快

二、电控燃油喷射技术取得突破

三、“国IV”重型柴油机技术路线待定 第七节 电控燃油喷射技术：外企角逐国内突围

一、德尔福：共轨技术和单体泵技术各有侧重

二、博世：在中国大力推广高压共轨技术

三、电装：欧Ⅲ以上排放普遍采用共轨系统

四、国外：从电控共轨发展到电控液力

五、国内：电控直列泵是目前满足欧Ⅲ排放的低成本解决方案

第五章 部分电控燃油喷射系统企业分析

第一节 *****公司 第二节 *****公司 第三节 *****公司 第四节 *****公司

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第五节 *****公司 第六节 略„„

第六章 我国电控燃油喷射系统行业发展趋势及投资策略分析

第一节 汽车电控燃油喷射系统行业趋势分析

一、中国电控燃油喷射系统行业市场供需趋势分析

二、我国EFI自主品牌成长趋势分析

三、电控燃油喷射系统技术发展趋势 第二节 中国电控燃油喷射系统行业投资分析

一、汽车门锁投资机会分析

二、汽车门锁投资风险与防范

三、汽车门锁投资建议与策略分析

部分图表目录

图表、电控燃油系统结构示意图 图表、空气系统结构示意图 图表、燃油供给系统结构示意图 图表、点火系统结构示意图 图表、供油系统的工作原理图 图表、EFI市场运作模式分析图

图表、2008-2011年我国乘用车各国车系产量份额图 图表、国内企业采用电控燃油喷射系统品牌关系示意图 图表、我国汽油机电控燃油喷射系统市场品牌份额分析 图表、我国柴油机电控燃油喷射系统市场品牌份额分析 图表、2006-2011年我国电控燃油喷射系统出口数量变化 图表、2006-2011年我国电控燃油喷射系统出口数量变化

图表、2013-2018年我国汽油机和柴油机电控燃油喷射系统产量预测 图表、电控燃油喷射装置直喷系统工作原理图 图表、欧盟汽车尾气排放标准

图表、2007-2011年我国乘用车主要品牌产销情况 图表、2007-2011年我国商用车主要品牌产销情况 图表、2007-2011年我国车用发动机生产企业产销情况表

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图表、2011年电控燃油喷射系统与我国德系汽车配套关系一览 图表、2011年电控燃油喷射系统与我国美系汽车配套关系一览 图表、2011年电控燃油喷射系统与我国日韩系汽车配套关系一览 图表、2000-2011年我国进口电控燃油喷射系统数量及金额 图表、2000-2011年我国出口电控燃油喷射系统数量及金额 图表、2008-2011年我国汽油汽车、柴油汽车及其他燃料汽车产量 图表、2013-2018年我国汽油汽车、柴油汽车产量同比增长率预测 图表、2013-2018年我国汽油汽车、柴油汽车产量预测 图表、汽油直喷技术DGI（Direct Gasoline Injection）要点 图表、燃油分层喷射技术FSI（Fuel Stratified Injection）要点 略„„

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电控柴油喷射系统论文 第3篇

关键词：高压共轨；低压油路；高压油路

国外典型的高压共轨电控系统主要有：日本电装公司ECD-U2高压共轨燃油喷射系统，德国Bosch公司高压共轨燃油喷射系统，美国德尔福公司Multec DCR 1400高压共轨燃油喷射系统。他们的产品代表了当今高压共轨系统的技术水平和发展趋势。下面将以Bosch高压共轨燃油喷射系统作为一个实例，介绍其构造和作用。

一、Bosch共轨式燃油系统的组成

如图1，是由低压油路零件、高压油路零件及ECU等所构成。

二、低压油路各零件的构造与作用

（1）燃油泵（Presupply Pump）有滚柱式和齿轮式

（2）滚柱式燃油泵 滚柱式燃油泵为电动式，仅用于小客车或轻型商用车，可装在油箱内或油箱外低压油管上；并有如汽油喷射发动机般的安全电路，当发动机停止运转，而起动开关在ON位置时，电动燃油泵停止运转。在其内部，还设有限压阀。当出油端压力过高时，将压力限制阀推开，使过多的柴油回到进油端。

（3）齿轮式燃油泵 齿轮式燃油泵为机械式，用在小客车、商用车辆及越野车辆。可与高压泵组合在一起，或由发动机直接驱动。齿轮式燃油泵的送油量与发动机转速成正比，因此在压力端设有溢流阀。为了排除低压管路内的空气，还在齿轮燃油泵上或低压管路上设有手动泵。

（4）柴油滤清器 柴油中的杂质可能导致泵零件、出油阀及喷嘴等的磨损。另外柴油中含有水，可能变成乳状物或因温度变化而凝结，若水进入系统，则可能导致零件锈蚀。与其他喷射系统相同，共轨式喷射系统也需要附有水分存储室的柴油滤清器，并定期打开放水螺钉放水。现在越来越多的小客车用柴油发动机设有自动警告装置，当必须泄放柴油滤清器内的水分时，警告灯会点亮。

三、高压油路各零件的构造与作用

（1）组成高压油路的各零件，包括高压油泵（High—Pressure Pump）、油压控制阀（Pressure—Control Valve）、高压储油器（High—Pressure Accumulator，即共轨Rail）、共轨油压传感器（Rail—Pressure Sensor）、压力限制器（Pressure Limiter Valve）、流量限制器（Flow Limiter）及喷油器（Injectors）。

（2）高压泵

高压泵负责将低压柴油转变成可达135MPa的高压柴油，送入共轨内；在所有发动机作用状态下，均能提供足够的高压柴油，并能提供额外柴油以供迅速起动用，以及能够快速建立起共轨内的压力。

高压泵的构造，由三组辐射状排列的柱塞组所组成。驱动轴一转，有三次排气行程，油压连续且稳定；驱动轴转矩为16N·m，只有分配式喷射泵的1/9，相当省力。高压泵由发动机以联接器（Coupling）、齿轮、链条或皮带传动，转速为发动机的1/2，由柴油润滑泵内零件。

高压油泵的作用：

a、燃油泵送来约50KPa～150KPa的低压柴油，从柴油入口，经安全阀进入低压油道，再经进气阀送入正在下行柱塞的上方，此时为吸气行程。

b、当柱塞过了下止点上行时，进气阀关闭，油压升高，推开出油阀，将柴油送往共轨，直到柱塞抵达上止点，此时为排气行程。

（3）油压控制阀

油压控制是用来保持共轨内的正确油压的，油压控制阀的构造如图3所示。施加在电枢的力有两个，一为弹簧力，一为电磁力。为了润滑及冷却，整个电枢是永久浸泡在柴油中。

油压控制阀的作用：

a、不通电时：只要油压超过弹簧力，油压控制阀即打开，且依送油量大小，会保持一定之开度。弹簧力的设定，使油压可达20MPa.

b、通电时：当共轨内必须提高时，油压控制阀通电，弹簧力加上电磁力，是送油压力提高。要改变送油量或送油压力，可由脉冲宽度调节方式改变电流量，以产生不同的电磁力来变化操作，通常1KHz的脉冲频率就足以阻止枢轴移动。

（4）共轨

共轨即高压蓄压器，为一个高强度铝合金管，用来存储高压油，抑制压力脉动，保持压力恒定，以确保当喷油器打开的瞬间，喷射压力能维持一定值。

共轨的构造，为一长形储油管，经流量限制器，将高压柴油送往各缸喷油器。共轨上装有油压传感器、压力限制阀（限压阀）及流量限制器。

（5）共轨油压传感器

共轨油压传感器必须迅速、精确监测共轨内瞬间的压力变化，将电压信号送给ECU，以调节适当的油压。

（6）喷油器

喷油器可分为几个功能组件：喷油嘴、液压伺服系统和电磁阀等。喷油器的构造，燃油从高压接头经进油道送往喷油嘴，经进油节流孔送入控制室。控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔与回油孔连接；回油节流孔在关闭状态时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油器针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，从而没有燃油进入燃烧室；电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室内的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在喷油嘴针阀承压面上的作用力时，喷油嘴针阀立即开启，燃油通过喷油孔喷入燃烧室。由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀所需的力，因此，经过一个液力放大系统实现针阀的这种间接控制。在这个过程中，除喷入燃烧室的燃油量之外，还有附加的所谓控制油量经控制室的节流孔进入回油通道。

参考文献：

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电控柴油喷射系统论文 第4篇

关键词：仿真,电控单体泵,燃油喷射系统

0 引言

自狄赛尔发明“压缩式点燃式柴油机”的一百多年发展历史中, 柴油机经济性、可靠性等各方面的综合性能都有了很大的提高。但随着各国排放法规的日益严格, 燃油价格的不断攀升, 对柴油机的排放性能和经济性能提出了更高的要求。尤其是Tier II实施以后, 进一步限制了船舶柴油机氮氧化物的排放。然而, 柴油机的电控化控制是满足该规则的有效途径。而电控单体泵是第二代时间控制式的电控燃油喷射系统, 它不仅可以提高燃油喷射压力, 而且可以有效地实现喷油量和喷油定时的控制, 来优化柴油的喷射特性[1~3]。本文主要采用AMESim对电控单体泵燃油喷射系统进行建模, 对燃油的喷射系统进行研究。

1 喷射系统的组成

电控单体泵主要由机械部分和电控部分组成。电控部分主要由传感器、电子控制单元 (ECU) 和各类执行器组成。传感器主要作用是检测当前柴油机运行状态各个方面的数据 (如水温、油温、中冷器前后温度、转速、各种压力等参数) 。喷射控制系统主要是由微机组成, 根据采集到的柴油机传感器的各种信号及各种操作信号, 正确识别出当前柴油机运行的工作状态, 控制柴油机进入相对应的控制模块, 并按已经标定好的柴油机特性, 控制柴油机的运行[4,5]。机械部分主要由电控泵、喷油器、高低压油管、输油泵和油箱等五部分组成。电控单体泵一般都由泵体、电磁阀、进/出油口、拉杆、柱塞、调整垫片、回位弹簧和调整垫片组成[6]。

2 仿真模型的建立及验证

2.1 数学模型的建立

电控单体泵是一个复杂的系统, 它包括了机械运动、流场、电场和磁场方面的知识。根据系统内在联系, 建立系统数学模型, 从而进行喷射性能参数分析。

2.1.1 泄漏模块

在喷油系统的运行中, 考虑到针阀体内部间隙的泄漏, 有环形间隙渗油流量公式:

式中:∆ρ为两端压力差;L为密封长度;µ为运动粘度;δ为控制活塞与配合面间隙。

2.1.2 运动件模块

根据静力平衡关系, 得到阀杆和针阀机械运动方程分别如下:

式中:m为运动件的质量;x为阀杆的位移;Fmag为电磁阀电磁力;Ff为液体阻力尼;k为复位弹簧刚度;x0为弹簧变形量;Sn为针阀截面积;Ss为针阀密封面的截面积;Pn为盛油糟中的燃油压力;Pi为压力室中燃油压力。

2.1.3 高压油管模块

依据流体力学中动量守恒方程、能量守恒方程和连续性方程, 高压油管内的波动方程如下:

式中:ρ为燃油密度;v为燃油速度;λ为粘性阻力系数;p为燃油压力;a为油管内压力波传播速度。

2.1.4 电磁场耦合模块

电控单体泵柴油机喷射系统中, 高速强力电磁阀的动作决定了燃油的喷射定时和喷油量。它的动态响应特性直接影响燃油喷射压力和柱塞泵腔内燃油压力的卸载速度等特性, 直接影响柴油机的燃油经济性能和排放性能。假定电磁阀磁路未饱和, 忽略铁心中的感应涡流、漏磁及铁磁的磁阻。根据麦克斯韦定律可以求得:

式中:Fmag为电磁阀电磁作用力;µ0为真空磁导率, 为一定值;i为电磁阀线圈电流;N为电磁阀线圈匝数 (匝) ;A为电磁铁作用面积;δ为衔铁与电磁铁之间的间隙。

在一定的电磁阀结构中线圈匝数, 真空磁导率和电磁铁作用面积为常数, 如果衔铁与电磁铁之间的间隙一定时, 电磁阀的电磁作用力与线圈电流的平方成正比[7]。

式中:Ud为提供的驱动电压;i为电磁阀线圈电流;R为电路的总电阻。

在线圈电路中, 因为电路总电阻比较小, 可以忽略。从式 (6) 可以看出, 电流的变化率是由线圈的电感和提高的驱动电压决定的。当线圈电感一定时, 电流的变化率和驱动电压成正比。在电磁阀动作过程中, 电流的变化率, 应该以最快的速度达到最大值。

2.1.5 容积模块

考虑到油槽和针阀腔的容积效应, 在AMESim环境中, 引入容积模块。基于能量守恒和流体力学的相关的知识, 容积模块的方程如下:

式中:V为压力室容积;p为压力室里面的燃油压力;B为容积腔里面燃油的弹性模量;∑Q为流入容积腔燃油流量的总和;∑q为流出容积腔燃油流量的总和。

2.2 AMESim仿真模型的建立与验证

在建立电控单体泵燃油喷射系统数学模型基础上, 利用AMESim仿真软件, 将单体泵模型、电磁阀模型和喷油器模型三部分元件组合起来, 再通过油管连接在一起, 这样就构成电控单体泵单缸燃油喷射系统AMESim仿真模型, 如图1所示。在搭建系统的草图仿真模型后, 再给每个元件模块结合式 (1) 匹配合适的数学模型。根据系统的结构、原理等相关参数, 设置仿真模型中各子模型的参数, 得出了子模型。

在建立好数学模型以后, 为了保证它的稳定性和准确性, 必须通过试验数据来进行验证。图2和图3都是在脉宽在14mm、高压油管长度900mm, 直径2mm、柱塞13mm、凸轮转速在500r/min、喷孔直径0.26mm时试验数据和仿真数据的对比图, 其中图2是油泵试验台得出的喷油规律试验数据和仿真曲线的曲线对比图。图3是柴油机在运行试验得出的泵端压力和仿真曲线的对比图。由两图试验曲线和仿真曲线对比可知, 柴油机燃油系统的喷射规律和喷油提前角基本相一致, 表明能够较为准确的预测燃油喷射系统的喷油规律。

3 模型的仿真分析

利用验证的建立的AMESim仿真模型, 在定脉宽14mm的情况下, 通过改变相关的参数 (高压油管长度、高压油管直径、凸轮型线速度、柱塞直径、柴油机凸轮转速) 转速来仿真分析燃油喷射系统的燃油喷油规律。在研究单个因素影响时, 其他的因素保持与表1一致。

3.1 高压油管长度

如图4所示, 高压油管长度对柴油机喷油规律的影响不是很明显, 但随着高压油管的变长, 喷油提前角有变小的趋势, 从图4可以看到850mm和950mm的相差约0.2°CA, 喷油结束的时刻也相应的有所滞后, 喷油速率也略有下降。主要是由于在高压、快速的过程中, 管路是弹性原件, 燃油是可压缩的, 因此管路越长, 流动的时间就越长。如图5所示, 高压油管长度的变化对泵端压力的影响也不明显, 同样随着高压油管的变长, 泵端压力稍微有所下降。这主要是由于高压油管变长, 燃油在高压油管流动的阻力变大。

3.2 高压油管直径

如图6所示, 2mm管径的高压油管喷油速率最大, 1.5mm和2.5mm管径的最大喷油速率相差很小。管径越小喷油持续角就越大。如图7所示, 2mm管径的高压油管泵端压力最大, 为74.6MPa;比2.5mm管径的大2.1MPa, 比1.5mm管径的大3.1MPa。1.5mm管径的高压油管建压时间最长, 降压最慢。这主要是因为高压油管的管径越小, 整个高压油管的容积就越小, 建压就越快, 泵端压力本应该比较高, 但是由于管径越小, 燃油在管内流动受到的阻力比较大。反之, 燃油流动受到的阻力比较小。在喷油后期, 主要是由于管径小的建压比较快, 压力下降的比较慢, 因此喷油持续角就比较大。

3.3 凸轮型线速度

如图8所示, 凸轮型线对喷油规律影响比较明显, 随着凸轮型线速度的增加, 喷油速率增加。相邻的两种凸轮型线之间相差约2mm3/°CA。如图9所示, 随着凸轮型线速度的增加, 泵端压力增加的很明显。0.46mm/Ca A和0.4mm/Ca A之间最大泵端压力相差约18.6MPa。当脉宽一定时, 凸轮型线速度越大, 建压就越快, 同时喷油量也增加。

3.4 柱塞直径

如图10所示, 柱塞直径对喷油规律影响比较明显, 随着柱塞直径的增大, 喷油速率和喷油持续时间都有不同程度的增大, 喷油提前角增大的趋势并不是很明显。如图11所示, 柱塞直径对泵端压力影响比较明显, 随着柱塞直径的增大, 油泵的泵端压力相应的升高。主要是因为柱塞直径越大, 柴油机燃油系统的供油速率增大, 系统中建压的时间变短, 喷射压力升高, 喷油提前角增大。

3.5 柴油机转速

如图12所示, 随着柴油机转速的升高, 喷油速率和喷油持续时间都增大。同时, 喷油提前角都有增大的趋势。如图13所示, 柴油机转速对泵端压力影响比较明显, 随着柴油机转速的升高, 油泵的泵端压力升高, 增大比较明显。这主要是因为柴油机转速越大, 柴油机燃油系统中建压的时间变短, 泄露量减少, 喷射压力升高, 喷油提前角增大。

4 结论

本文利用验证的AMESim仿真模型进行仿真研究主要得到了一下结论:

1) 高压油管的长度对喷油规律影响比较小, 泵端压力有减小的趋势, 但是影响不是很明显。

2) 高压油管管径大小对喷油规律的影响主要有两方面的影响。管径越小, 管内容积越小, 建压随越快, 但是燃油流动的阻力增大, 泵端压力下降。

3) 凸轮型线速度、柱塞直径影响比较明显。随着凸轮型线速度、柱塞直径的增加, 喷油速率和泵端压力增加。

4) 随着柴油机的转速的升高, 喷油速率、喷油持续时间和喷油压力增加;喷油时间有增大的趋势。

参考文献

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[3]刘永长.内燃机原理[M].武汉:华中科技大学出版社, 2001.

[4]李素文.柴油机单体泵控制系统研究开发[D].吉林:吉林大学, 2008.

[5]高维金.电控单体集成泵燃油喷射系统的仿真分析[D].河北:河北工程大学, 2011.

[6]欧阳明高, 王熙, 杜传进.电控燃油喷射系统的计算机辅助分析与设计[J].车用发动机, 1998, 2 (114) :49-53.

柴油机电控柴油喷射技术浅谈 第5篇

1 柴油和柴油机的基本知识

1.1 柴油

柴油和汽油都是车用内燃机, 来源于石油中两种特性截然不同的提取物。汽油的着火点非常低, 甚至不能用火星去点燃。而柴油则不同, 在没有引火物的时候即使用明火去点, 柴油自身也不会被引燃。正是柴油的这种发火特性, 使得柴油在抗爆性方面比汽油有着很大的优势。首先, 柴油的燃烧速度比汽油要慢好多, 通常情况下的柴油发动机响应慢, 就是因为柴油的这个特性导致的。其次, 柴油的挥发性也要比汽油慢, 这就需要通过高压油泵来将雾化的柴油压人汽缸内, 才能与空气充分混合。所有这些柴油与汽油的特性差异, 导致了柴油发动机的整体设计与汽油发动机完全不一样, 它们的性能特点也有着很大的区别。传统的柴油发动机扭矩很大, 可靠性也非常高, 但具有功率小、低温点火困难、响应差、污染严重等缺点, 而且其震动噪音大, 因此常常只能被一些载货汽车采用, 少数硬派越野车也会采用这种柴油发动机, 但对于注重舒适的轿车或者公路SUV而言, 在过去是很少有柴油发动机版本的。

1.2 柴油机

虽然柴油和机油的特性很不相同, 但是柴油发动机与汽油发动机具有基本相同的结构, 都有气缸盖、气缸体、气门、活塞、曲轴、曲柄、飞轮等。但前者用压燃柴油的方式来作功, 后者用点燃汽油的方式来作功, 一个时“压燃”另一个则是“点燃”, 就是两者的根本区别所在。柴油机的燃料喷射系统是由喷油器、喷油泵和高压油管及一些附属辅助件组成。柴油机燃料输送的过程比较简单, 首先是输油泵将柴油送到滤清器, 经过滤后进入喷油泵, 然后再经过高压油管进入喷油器直接喷入气缸燃烧室中压燃[1]。柴油机具备高寿命、高扭矩、低油耗和低排放等优点, 所以柴油机成为解决汽车及工程机械动力问题最现实和最可靠的工具。因此柴油机的应用十分广泛, 使用数量也随之优点的推广越来越多。近年来, 随着传感器技术和信息技术的迅速发展, 一些电子产品的可靠性、成本和体积等各方面的应用, 满足了柴油机进行电子控制的需求, 进一步使得电子控制燃油喷射技术的实现。

2 电控柴油喷射技术的发展现状

柴油机的发展经历了6个阶段, 有模拟电路控制喷油、计算机控制喷油、喷油定时的电子控制、综合电子控制系统和共轨式电控燃油喷射系统等, 不断地改善和更新技术设备, 最终发展为适用范围广泛的电控燃油喷射系统。电控燃油喷射系统是迄今为止柴油机电控喷油技术中性能最先进、技术难度最大、结构最完善、最有发展前途的电控喷射系统。到了现在柴油机电控柴油喷射技术的应用已经非常广泛, 技术也日趋成熟, 越来越受到人们的青睐。在我油田目前主要有我国潍坊柴油机厂生产的潍柴发动机WP10、WP12和美国卡特彼勒公司生产的CAT C9及其瑞典富豪Volvo Penta公司生产的Volvo柴油机和日本五十铃汽车公司生产的五十铃发动机。其应用最广泛的是我国潍坊柴油机厂生产的潍柴发动机WP10、WP12、Volvo Penta公司生产的Volvo柴油机发电机组的燃油高压共轨系统和美国卡特彼勒公司生产电控柴油喷射系统[2]。他们虽说在技术各自为阵, 但是其技术的核心都以实现柴油喷射在电子控制的状态下所进行的, 从而实现了柴油机工作和排放的最佳状态, 也因此适应了国内和国际上越来越严格的环境保护要求。

3 电控柴油喷射系统的结构

潍柴WP10系列柴油机是潍坊柴油机厂在斯太尔WD615系列柴油机基础上, 采用德国BOSCH电控高压共轨系统自行开发设计的, 在我国重卡和吉林通化石油机械厂生产的THS5230TXJ3上广泛应用的一款柴油发动机, BOSCH共轨燃料喷射系统用CPN2.2高压油泵完成两项任务:其一是与高压油泵连体的2P5型齿轮泵是低压油路的供油泵, 它负责从油箱经由燃油粗滤器和ECU抽油, 经燃油细滤器给高压油泵供油;其二是两组柱塞或高压油泵向高压共轨管提供高达160MPa的高压燃油。在低压油路中燃油流经ECU内腔起到冷却ECU的作用, 在高压油泵的进油回路上安置有一只燃油计量阀, 它的任务是接受ECU的指令, 随机改变进入高压油泵的油量, 从而改变高压油泵的高压供油压力, 也随机改变了共轨压力[3]。ECU通过脉冲信号的通断时间的长短来控制进入高压油泵的燃油量, 值得注意的是, 当燃油计量阀线圈没有通电时, 计量阀是全通的, 可以提供最大的燃油量, 从而也造成最高的共轨压力, 在高压油泵的低压供油一侧, 与燃油计量阀进油并联还安置了一个回油阀, 该阀使低压油路保持一个恒定的供油压力, 高压油泵的回油管线就从该回油阀接出的, 另外, 在高压油泵壳体对应凸轮轴齿盘的位置, 安置了一个凸轮轴相位传感器, 它将凸轮轴的随机位置传输给ECU, 以便ECU识别柴油机各缸的位置。

4 电控柴油喷射技术的优越性

通过以上综合分析我们不难发现电控柴油喷射技术系统的功能作用及其优越性。在运转过程中, 电控柴油喷射技术则大大降低了驱动扭矩冲击载荷。电控燃油喷射技术的出现更改善了车用柴油机的不足使其得到了新生, 它不仅保留了传统柴油机卓越的燃油经济性能, 还进一步降低了NOx、颗粒物和碳烟的排放, 在节能和减排方面做的的更好, 在性能方面已远远超过了传统汽油机。另外, 由于电控燃油喷射系统具有对喷油压力、喷油定时、喷油持续期及喷油规律进行柔性调节的特点, 该系统的采用可以使柴油机的经济性、动力性和排放性能都会有进一步的提高;因此将会为人类的将来做出更大的贡献, 也为人类的发展提出了更高的要求。

参考文献

[1]豪彦.德尔福集团公司燃油共轨喷射技术.汽车与配件, 2003, 2

[2]徐家龙.柴油机电控喷油技术[M]北京:人民通出版社, 2004

电控柴油机燃油喷射技术 第6篇

关键词：柴油机,燃油喷射,控制,技术

柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多共同之处, 都由传感器、ECU和执行器3部分组成。柴油机电控燃油喷射系统采用的传感器, 如转速传感器、压力传感器、温度传感器以及节气门位置传感器等, 与汽油机电控系统相同。ECU在硬件以及整车管理系统的软件方面也有相似之处。柴油机电控技术的关键技术和技术难点为柴油喷射电控执行器。另外, 柴油电控喷射系统表现形式多样化。

1 柴油机电控燃油喷射系统的优点

柴油机电控燃油喷射系统在应用中, 满足了排放法规的要求, 大大提高柴油机的燃油经济性和动力性。与机械式供油系统相比, 优点如下: ①实现对喷油量的精确控制; ②实现喷油正时的精确控制; ③实现怠速控制; ④实现废气再循环控制; ⑤实现线控制系统 (加速踏板电位器) ; ⑥防止发动机喘振; ⑦向数据采集系统输出有用的信息; ⑧具有温度补偿功能; ⑨实现车速自动控制。

2 柴油机电控燃油喷射系统的类型及应用

柴油机电控燃油喷射系统在传统的喷射系统基础上, 首先发展起来的是位置控制系统, 即第一代柴油机电控燃油喷射系统;而时间控制系统则为第二代柴油机电控燃油喷射系统。高压共轨系统将成为21世纪柴油机燃油系统的主流, 即第三代柴油机电控燃油喷射系统。目前, 这3代技术在柴油机中都有应用, 体现了柴油机电控喷射系统的多样性。

2.1 位置控制系统

位置控制系统不仅保留传统的喷油泵、高压油管和喷油器系统, 而且还保留喷油泵中齿条齿圈、滑套、柱塞上控油螺旋槽等控制油量的机械传动机构, 只是把齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为微机控制。

日本Denso公司的ECD—V1系统、德国Bosch公司的EDC系统、日本Zexel公司的COVEC系统和英国Lucas公司的EPIC系统等, 都属于位置控制的电控分配泵系统。日本Zexel公司的COPEC系统、德国Bosch公司的EDR系统和美国Caterpillar公司的PCEC系统等, 都属于位置控制的电控直列泵系统。

2.2 时间控制系统

时间控制系统保留了原有的喷油泵、高压油管和喷油器系统, 用高速强力电磁阀直接控制高压燃油的喷射。通常电磁阀关闭, 开始喷油;电磁阀打开, 喷油结束。喷油始点取决于电磁阀关闭时刻, 喷油量取决于电磁阀关闭的持续时间, 传统喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽和控制喷油正时的提前器等全部取消, 对喷射定时和喷射油量控制的自由度更大。

日本Denso公司的ECD-V3系统电控分配泵、日本Zexel公司的Model—1电控分配泵、美国Detroit公司的DDEC电控泵喷嘴和德国Bosch公司的EUPl3电控单体泵等, 都属于时间控制系统。

2.3 共轨控制系统

共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油原理, 采用新型的产生高压的燃油系统, 例如, 通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理, 用电磁阀控制喷射过程, 可以实现对喷射油量和喷射正时的灵活控制。

德国Bosch公司、日本Denso公司和英国LLICas公司都研制出了电控高压共轨系统, 并开始小批量向市场供货。德国戴姆勒一奔驰公司利用Bosch公司的技术, 首先在世界范围内推出了采用新型高压共轨燃油喷射系统的4气门直喷式柴油机, 并用于A、C级轿车上。

共轨式电控喷射系统又称为公共轨道式电控喷射系统, 是指该系统中有一条公共油管, 用高压 (或中压) 输油泵向共轨 (公共油道) 中泵油, 用电磁阀进行压力调节并由压力传感器反馈控制。有一定压力的柴油经由共轨分别通向各缸喷油器, 喷油器上的电磁阀控制喷油正时和喷油量。喷射压力或直接取决于共轨中的高压压力, 或由喷油器中增压活塞对共轨来的油压予以增压。共轨式电控喷射系统的喷射压力高且可控制, 又可以实现喷油速率的柔性控制, 以满足排放法规的要求。与电控泵喷嘴系统比较, 虽然电控泵喷嘴系统也可实现高达200 MPa的喷射压力, 但对于采用传统的泵、管和嘴系统的柴油机, 采用共轨式电控柴油喷射系统对柴油机结构的改造工作量不大, 能比较方便地采用, 并且能达到120～160 MPa的高压喷射, 甚至能达到200 MPa的喷射压力。因此, 共轨式电控喷射系统被认为是近年来世界上正在积极发展的一种喷射系统。

2.4 高压共轨系统的主要特点

1) 共轨腔的高压直接用于喷射可以省去喷油器内的增压机构, 而且共轨腔内是持续高压, 高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。

2) 通过高压油泵上的压力调节电磁阀, 可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活的调节, 尤其优化了发动机的低速性能。

3) 通过喷油器上的电磁阀控制喷射正时、喷射油量以及喷射速率, 还可灵活地调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及喷射的时间间隔。

高压共轨系统由5个部分组成, 即高压油泵、共轨腔及高压油管、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将油泵入高压油泵的进油口, 由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内, 再由电磁阀控制各喷油器在相应时刻喷油。

预喷射在主喷射之前, 将小部分燃油喷入气缸, 在缸内发生预混合或者部分燃烧, 缩短主喷射的着火延迟期。这样, 缸内压力升高率和峰值压力都会下降, 发动机工作比较缓和。同时, 缸内温度降低使得NOX排放减少。预喷射还可以降低失火的可能性, 改善高压共轨系统的冷起动性能。

主喷射初期降低喷射速率, 也可减少着火延迟期内气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率, 可以缩短喷射时间, 从而缩短缓燃期, 使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成, 提高输出功率, 减少燃油消耗, 降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油, 降低烟度和碳氢排放。

3 柴油机电控燃油喷射系统控制原理

柴油机电控燃油喷射系统形式多样, 其基本控制量为循环供油量和供油提前角。柴油机电控燃油喷射系统主要由传感器、ECU和执行器组成, 如图1所示。传感器包括柴油机转速传感不起、节气门位置传感器、齿条位置传感器、凸轮轴位置传感器、车速传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、冷却液温度传感器等, ECU根据各种传感器实时检测到的柴油机运行参数, 与ECU中预先已经存储的参数值或参数图谱 (称为MAP图) 相比较, 按其最佳值或计算后的目标值把指令输送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量 (齿条位置或电磁阀关闭持续时间) 和喷油正时 (正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点) 。柴油机电控燃油喷射系统还可与整车动力控制装置 (PCM) 、ABS ECU及其他系统的ECU之间进行数据共享, 从而实现整车的电子控制。

4 结束语

近年来, 柴油机的关键技术有很多突破性的发展。燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素, 高压直喷系统和燃油共轨系统都使柴油机的燃油经济性和排放性能有很大改善。废气再循环、氧化催化转换器和微粒捕捉器改善了柴油机的各项排放。发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制, 保证发动机能够在保持良好的动力性基础上, 燃油经济性和排放性能都能达到最优, 同时降低振动和噪声。

参考文献

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[4]方峰.柴油机高压共轨燃油喷射系统初探[J].江苏船舶, 2008 (4) :27-28.

电控柴油喷射系统论文 第7篇

中国汽车工程学会理事长付于武, 工业和信息化部装备司机械处副调研员苏铮, 中国工程院院士周勤之, 中国汽车工程学会原副秘书长韩镭、装备部副部长蔡云生, 中国第一汽车集团公司规划部主任侯若明, 北京北一数控机床有限责任公司总工刘宇凌, 北京机械工业自动化研究所副总工朱晓民, 北京机床研究所副总师盛伯浩, 西安交通大学教授郭俊杰, 清华大学教授王立平, 中国第一汽车集团公司规划部项目经理王春宇等领导与行业专家亲临指导。中国一汽无锡油泵油嘴研究所所长朱剑明、副所长胡林峰、部长唐维平以及来自项目各合作单位的众位负责人也悉数到场。

项目背景

电控共轨系统是世界汽车领域难度最大、水平最高的一项核心技术, 是世界各大汽车公司竞相争夺的制高点。谁掌握了这项技术, 谁就掌握了未来汽车发展的主动权。中国一汽无锡油泵油嘴研究所 (下称“无油所”) 是我国汽车发动机领域的专业研究机构, 具备很强的研发实力, 多年来取得了一系列令国内同行瞩目、国外汽车行业巨头震惊的重大科研成果。尤其是全面自主掌握了电控共轨系统, 使中国成为继德国、美国、日本之后世界上第四个攻克这一尖端技术的国家, 为中国汽车制造业接轨全球市场打开了一道缺口。作为行业的领军企业, 无油所不畏艰难, 勇于担当该项目的牵头单位, 组织起国内一批优秀的设备制造企业一同开发应用于电控共轨柴油喷射系统制造的关键装备。这批设备的研制成功, 将对提高我国高档数控机床与基础制造装备整体水平, 缩小与发达国家的制造业差距具有重要意义。

进展现状

按照项目课题总体安排, 共设有九个子课题, 十个合作单位。各子课题制定了设备验收技术规范和标准。验收标准严格按照04重大专项的要求, 参照各集团公司的企业标准, 制定了设备验收依据, 并正在制定设备使用可靠性和精度保持性的验收办法。

本次会议分为“各子课题单位简要汇报项目完成情况”、“分组讨论与咨询”和“大会总结以及对子课题优秀完成单位进行表彰”三个阶段。

首先, 无油所制造技术部部长唐维平作为该项目技术负责人, 对项目总体工作的完成情况进行了简要汇报。项目进展两年来, 针对设计方案、工艺方案、产品零部件的加工和最后的装配调试等方面进行了层层把关, 并在各时间节点进行了现场的细致验证, 主要课题基本达成目标。目前正在进行所有项目的总结和考核。无油所下一步工作方向:一, 无油所工艺人员与各合作厂家一起参与机床的调试来保证设备的精度和可靠性;二, 继续做好工艺技术的优化;三, 要做好难点和关键点的工艺试验;四, 结合现在的进展继续深入开展各项工作;五, 保障各调试用的零部件;六, 继续做好课题的管理工作 (包括资金、项目、知识产权等) 。

随后, 来自四川普什宁江机床有限公司总工刘雁、北京工研精机股份有限公司高工闫向涛、北京市电加工研究所副总师伏金娟, 无锡机床股份有限公司副总师蔡英、苏州信能精密机械有限公司总经理刘忠、北京北一中型数控机床有限责任公司部长戴光会、北京机科发展科技股份有限公司工程师雍占琦、无锡宏申油泵油嘴有限公司工程师吴欲龙、无锡奥环机械制造有限公司工程师杜严以及西安交通大学教授郭俊杰, 分别就企业承担的子课题进展情况进行了汇报。

领导与专家点评

针对本项目目前进展情况, 列席的领导与众位专家纷纷进行了中肯的评价并提出有益建议。工信部苏铮肯定了各子课题的技术研究成果, 同时指出研制成功后的应用是一个大问题, 应该放眼考虑到未来的大批量应用, 并且精度的保持性有待进一步提高。他建议:从单机技术到集成应用, 希望从无油所到各个子课题承担单位更加重视这一点, 要充分认识到集成应用的重要性;要重视专利的申请, 要重视技术标准体系的建设。专利和标准从某种意义上说, 代表了我国在核心技术上掌握的程度。周勤之院士指出“国家04专项的产学研用一定要结合起来, 总结成功经验并进一步推广到其他项目中去”。

电控柴油喷射系统论文 第8篇

近年来,由于国际石油价格的攀升,人们在不断地寻求替代能源。LPG由于其经济性好、热值高、辛烷值高、抗爆性强以及其良好的排放性能,特别是良好的经济性能和排放性能使得其近年来在机动车辆上得到广泛应用[1,2,3]。国内外很多的学者、专家对LPG的燃烧特性和排放特性进行了研究,Hakan Bayraktar和Orhan Durgun在电火花点火式发动机上直接燃用LPG进行研究,发现发动机燃用LPG和燃用汽油相比动力性能降低,燃料消耗率增加,发动机热效率降低[3]。熊树生等人研究发现如果只将柴油机或汽油机通过简单的机械供气方式改装为气体燃料发动机,发动机的动力性和经济性达不到原机水平[4]。

采用电控技术,特别是电控喷气和喷油技术,将是彻底解决双燃料发动机的动力性、经济性、排放性和替代性等问题的较佳方案[5]。本改装设计的目的是设制出一套电控系统和LPG喷射系统,装备在295T型直喷柴油机上,促使LPG与柴油高效混燃,发挥LPG良好的经济性能和排放性能,解决双燃料发动机动力性能、热效率变差的问题。

1 试验装置

本文改装用发动机为295T型立式、水冷、四冲程柴油机,涡流式燃烧室,缸径/行程为95mm/115mm,压缩比为19.5,活塞总排量为1.63L,实测最大功率为17.17kW,额定转速为2 000r/min,实测最大转矩、转速为92Nm、1500r/min,供油提前角17.3°CA,全负荷最低燃油耗为256.9 g/(k Wh)。

配置的其它测试设备有湘仪电涡流测功机、普联发动机测控仪、智能油耗仪、尾气分析仪和烟度计等装置。试验装置结构简图如图1所示。

2 改装设计方案

本文提出的改装方案采用LPG/柴油双燃料混合燃烧方案。在启动和低负荷运行时,发动机以纯柴油方式工作;在中高负荷时,发动机按LPG/柴油双燃料方式工作,这样容易保证发动机的正常运行[6]。

该改装方案保留了发动机原柴油供给系统,可以工作在纯柴油模式和LPG/柴油双燃料模式。LPG采用高速电磁喷气阀在进气行程从进气歧管喷入。自喷嘴高速喷出的LPG与进入发动机的空气混合后进入汽缸。在压缩行程接近终了时,纯柴油由燃油喷射系统喷入汽缸;柴油蒸发与空气混合后,在高温条件下自燃并引燃LPG;汽缸内气体受热膨胀,推动活塞实现对外做功。

2.1 加装LPG供气系统

LPG燃料供给系统,主要包括LPG气瓶、阀门、调压器、压力表、分配阀、LPG喷嘴等。LPG在调压器中调压、汽化、吸热后经安装在进气歧管上的LPG喷嘴与空气混合后随发动机进气门的开启进入汽缸。

2.2 电控系统设计

电控单元(ECU)是整个系统开发核心,只有正确、合理地设计和较高的可靠性才能保证控制算法的实施,取得满意的控制效果,从而提高发动机的工作性能[7]。

电控单元以两片AT89S52单片机为核心,分别为发动机监控单元和控制单元核心,采用开环方式对发动机进行控制。控制单元根据接收到的各传感器信号,确定发动机所处工况。利用飞轮上安装的霍尔传感器产生的信号作为喷气的触发信号,按照控制模型读取基本喷气量,并对基本喷气量进行必要的修正,控制发动机的运行。监控单元实时显示发动机运行热状态,与控制单元通讯。

根据发动机控制系统的要求,设计开发的电控单元具有如下功能:系统数字信号的采集和处理功能;根据采集的实时信号进行工况判断,实现燃气进气量的控制;具有输出控制信号、驱动执行器的功能,即依据系统处理后所得的控制信息,产生电磁阀驱动信号,实现LPG喷射;与监控系统进行通讯功能,监控系统可以实时显示发动机运行热状态,并能依据输入条件进行匹配参数和控制参数的修正。

电控系统设计采取了模块化设计思想,电控系统由冷却水水温采集及显示模块、键盘输入模块、曲轴信号采集模块、双机通讯模块和高速电磁阀驱动模块等组成。

2.3 系统软件设计

系统软件采用C语言和汇编语言相结合,采用模块式构架编写,对实时性要求比较高的中断采用汇编语言编程。为了便于程序的调试、移植和修改,将常用的代码独立出来,编成一系列的子程序。在软件控制过程中,按发动机的使用工况设计了7种控制模式:起动模式、怠速模式、加速模式、减速模式、稳定工况模式、过热断气模式和超速断气模式。

主程序的功能是依据输入的信号计算发动机的转速、曲轴位置、冷却水水温以及控制信号,确定发动机的运行工况和控制要求,并由此转入相应的处理程序中。在起动模式中,发动机由柴油单燃料起动,LPG喷嘴电磁阀设置为关闭状态,保证发动机正常起动。为了保证发动机正常运行以及双燃料发动机良好的经济性、动力性和排放性能,发动机起动后立即进入怠速模块对发动机进行机体预热。只有发动机机体预热到达设定温度时,在控制程序的作用下,发动机开始双燃料工作。在加速模块中,当油门加大时,迅速增加额外供气量,以达到提高发动机转速的目的。控制系统软件流程图,如图2所示。

3 试验结果与分析

为了检测控制效果,在相同的条件下,令改装后的发动机分别燃用LPG/柴油双燃料和燃用柴油,并在相同的每一工况下进行外特性或负荷特性试验。

3.1 外特性扭矩和功率对比

图3为外特性下发动机燃用LPG/柴油双燃料和燃用柴油时功率和扭矩的对比。图3表明,在所有转速范围内,燃用LPG/柴油双燃料时发动机外特性扭矩比原机大,相应的功率也增大。其主要原因是:石油液化气低热值比柴油低热值略高,从理论完全燃烧的混合气热值看,柴油、LPG和空气的混合气热值比纯柴油要高,而且柴油必须在有过量空气系数的条件下才能较好地燃烧。双燃料发动机可以突破燃用柴油时输出功率受限于冒烟极限的障碍,使得双燃料发动机的动力性优于原机。双燃料发动机动力性的进一步提高受到了气体燃料爆燃的限制,功率和扭矩的增大应以不发生敲缸为前提。

3.2 外特性下当量燃油消耗率的对比

在本试验中,纯柴油和LPG/柴油在物理化学性能上均有差异,因而不能用燃油消耗量、燃油消耗率对两种系统的经济性能进行衡量。在此引入当量燃油消耗率,即单位有效功率的能量消耗量,能耗量为按LPG/柴油的混合质量低热值换算得到。

图4为外特性下发动机燃用LPG/柴油双燃料和燃用柴油时当量燃油消耗率的对比。图4表明,在低负荷时,发动机燃用LPG/柴油双燃料时当量燃料消耗率大大低于原机当量燃油消耗率。而随着负荷的增大,燃用双燃料时发动机当量燃油消耗率逐渐和燃用纯柴油时发动机当量燃油消耗率接近。其原因是低负荷时,LPG混合气在供氧充足和柴油引燃下,能完全燃烧,燃料经济性好。另一方面,LPG混合气进入汽缸时已经混合均匀,在柴油引燃下充分燃烧,反过来加速喷入柴油的蒸发,促使汽缸内剩余柴油燃烧充分,提高发动机运行效率,因此燃用双燃料时发动机燃料消耗率低于原机。而随着转速提高,燃烧速度加快,柴油机热效率提高,发动机当量燃油消耗率减少,所以在中高负荷阶段,两种系统的当量燃油消耗率接近。

4 结论

1)采用电控多点喷气技术,可以有效地解决LPG/柴油双燃料发动机的动力性、经济性、热效率变差的问题,充分发挥LPG燃料优越的理化特性和燃烧特性。

2)通过电控改装,295T型发动机可以在纯柴油和LPG/柴油双燃料两种模式下工作,具有较好的燃料适应性。

3)采用两片AT89S52单片机组成电控单元,以发动机的转速n、曲轴位置和冷却水温度等信号为是输入量,LPG喷嘴电磁阀通断时间为输出量,控制系统控制效果好,自适应性强。用8位单片机实现了16位单片机的功能,降低了成本。

摘要：为了在直喷柴油机上实现柴油与液化石油气(LPG)高效混燃,充分发挥LPG优越的理化特性和燃烧特性,专门研制了双核电控单元(ECU),建立了相应的控制模型,设计了LPG电控喷射系统,对295T直喷柴油机实现了电控多点喷射LPG/柴油双燃料发动机改装。在相同条件下,以改装后的发动机为试验装置,分别燃用柴油和LPG/柴油双燃料进行了台架性能试验。试验结果表明:改装后的LPG/柴油双燃料发动机与原机(燃用纯柴油时的发动机)相比,动力性能略有提高,热效率提高,当量燃油消耗率降低。

关键词：直喷柴油发动机,双燃料,多点喷射,液化石油气

参考文献

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[6]王军,张立军,李光华.预混合式双燃料发动机的性能分析[J].农业机械学报,2004,35(1):37-40.

电控燃油喷射系统控制策略的研究 第9篇

本文以某小型二冲程发动机为研究对象, 该发动机喷油量控制方式是按工况来控制的。该发动机的工况可分为怠速喷油控制、起动喷油控制、稳定工况喷油控制及每个工况下的喷油量修正控制。

1 起动工况喷油控制

在发动机起动时, 发动机转速较低, 一般在200r/min, 而且转速极其不稳定, 进气温度较低, 必须要向发动机供给较浓的混合气。但当发动机运行一段时间熄火后, 此时的发动机温度较高, 发动机的热量就能够作为加热油气混合物的能量以加速汽油和空气的混合时间, 此时的发动机就不再是冷起动了, 因此, ECU喷油控制就必须要根据温度和转速信号来确定喷油量。

2 怠速工况喷油控制

发动机起动后, 当转速维持在1500r/min时, 发动机进入怠速工况模块, 此时根据怠速转速控制喷油量是最主要的控制方式。为了使发动机的怠速转速始终维持在1500r/min左右, 当怠速转速高于1500r/min时就会自动减少喷油量, 当怠速转速低于1500r/min时就会自动增加喷油量。

3 稳定工况喷油控制

当我们检测到发动机的转速大于1800r/min时, 此时的发动机处于稳定的运转状态, 此时的工况也称作常态工况。在该工况下, 需要根据气节门开度、转速以及各种修正参量进行二维差值运算来控制喷油量。在实际的控制中, 通常把喷油量分为基本喷油量和修正喷油量。基本喷油量就是有转速和节气门的开度决定的喷油量, 而修正的喷油量是指除了发动机转速和节气门开度外影响发动机喷油量的参数。本文主要研究由进气温度、曲轴箱温度、蓄电池电压等参数对喷油量的影响。

4 喷油量修正

本文采用查表控制方法研究发动机, 修正喷油脉宽和基本喷油脉宽之和为最终的喷油脉宽。发动机的转速和节气门的开度决定了基本喷油脉宽, 即由主喷油MAP图确定;而修正喷油脉宽则是根据曲轴箱温度、进气温度、蓄电池电压以及大气压力等参数进行修正。

基本喷油脉宽T0已经由发动机试验和BOOST软件建模获得, 本文主要研究曲轴箱温度、进气温度和蓄电池电压等修正参数对发动机喷油量的影响。

4.1 进气温度修正

由热力学常识可知进气温度高低影响着进气密度的大小。因此, 发动机必须要根据不同温度对发动机的进气量做出改变, 以达到控制空燃比的浓度在理想空燃比14.7附近。为此, 随着进气温度的改变, 发动机的喷油脉宽控制也要及时做出调整。通过对发动机进行多次试验并分析试验数据可知, 基本喷油脉宽T0和进气温度修正喷油脉宽T1的关系如公式 (1) 所示。

式中, t1—发动机的进气温度。

4.2 曲轴箱温度修正

该发动机是个二冲程发动机, 汽油和空气的混合都是在曲轴箱内进行的。因此曲轴箱的温度对发动机的喷油控制是有较大的影响, 需要根据该曲轴箱温度来调整喷油量的大小, 以达到调整适当空燃比的目的。在发动机进行多次试验, 分析试验数据可知基本喷油脉宽T0和曲轴箱温度修正后喷油脉宽T2是成比例的, 两者的关系如公式 (2) 所示。

式中, t2—发动机曲轴箱的温度。

4.3 蓄电池电压修正

蓄电池供给发动机起动和喷油所需的电量, 但是由于蓄电池本身不是一个恒压源, 其电压随着时间的变化而变化。从本质来看, 发动机的喷油器是一个电磁阀, 喷油时间以及工作电压都会影响喷油量。如果蓄电池的电压偏高, 那么可以快速开启喷油器的电磁阀以增加喷油时间, 从而增加喷油量;如果蓄电池的电压偏低, 那么可以通过减慢喷油器的电磁阀开启速度, 随之喷油时间和喷油量也会随着减少。蓄电池电压修正主要是减少并修正蓄电池电压波动对喷油量的影响, 电压偏高时则减少喷油脉宽, 电压偏低时则增大喷油脉宽。分析大量的试验可知, 基本喷油脉宽T0和蓄电池电压修正后喷油脉宽T3是成比例的, 两者的关系见公式 (3)

式中, U—蓄电池电压值。

5 结论

通过以上分析, 发动机喷油指控策略受到发动机工况和该工况下的喷油修正量的影响。在工况确定后, 发动机喷油器的每循环喷油量有公式 (4) 来确定。

上式中, T—每循环发动机工作的喷油量;

T0—每循环基本喷油脉宽。

参考文献

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[2]沈秀娟.电子控制燃油喷射系统的模拟仿真研究[D].武汉:武汉理工大学, 2005.

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