高压共轨燃油系统后喷射控制研究.pdf

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高压共轨燃油系统后喷射控制研究胡勇，李文勇，钟剑贞(桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林541004)摘要：根据柴油机后喷射作用机理，以有效降低燃烧噪声、减少排放为目的，分析设计高压共轨燃油喷射系统后喷射控制策略，解决后喷射控制中有关喷射协调、后喷射量、喷射起始时刻、喷射器作用时间和喷射释放以及相关参数修正等问题。关键词：高压共轨；后喷射；控制策略；喷射协调中图分类号：U463．64文献标识码：A文章编号：1003～8639(2014)02—0065—04OnthePostInjectionControlofHighPressureCommonRailFuelInjectionSystemHuYong．LIWen．yong．ZHONGJian-zhen(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004，China)Abstract：Thehighpressurecommonrailfuelinjectionsystemisthedevelopmentdirectionofdieselenginefuelsystemwhichcanrealizemulti—injectionsuchaspilotinjection，maininjectionandpostinjection，effectivelyoptimizethedieselenginecombustion，lowerthenoiseandreduceemission．Basedontheinvestigationoftheeffectsofthepostinjectionontheengine，thecontrolstrategiesofthepostinjectionofthisinjectionsystemaredesignedinordertoeffectivelylowercombustionnoiseandreduceemission．Theproblemsinthepostiniectionaboutinieetionharmony，injectionquantity，injectionstartingtime，injectionlength，injectionreleaseandtherelatedparameterscorrectionaresolved．‘Keywords：highpressurecommonrail；postinjection；controlstrategy；injectionharmony高压共轨燃油喷射系统将燃油分成多次相对独动，提高燃烧后期缸内的温度，加强燃油与新鲜空气立的喷射，逐次喷人到燃烧室内进行燃烧，通过对的混合，从而促进PM和HC的氧化。还可使柴油机多次喷射的每次喷射油量、定时及喷射间隔的精确的输出转矩增大。据研究。后喷射不能在柴油机任灵活的控制，来控制柴油机燃油喷射。多次喷射分何工况下都起作用。只有在采用了排气后处理系统为预喷、主喷、后喷，可有效降低排放和噪声，优后才对降低有害排放物有贡献_2]，且后喷必须结合化发动机的输出转矩，是当前改善发动机性能的关EGR系统一起使用，以此来保证NOx排放维持在可接键技术和研究的热点[1]。本文主要对后喷射控制策受水平[3]，否则在某些工况中使用后喷反而使燃烧略进行设计，通过ECU的实时控制，实现在柴油机有所恶化，因此合适的后喷控制策略就显得尤为必要。全工况范围内后喷射的最佳控制，达到改善柴油机由于实际发动机工况的要求以及喷油器等硬件性能的目的。条件的限制，目前一个循环最多可以实现5次喷射Ⅲ，包括2次预喷、主喷射以及2次后喷。即近后1后喷射作用分析喷、远后喷。当发动机处在不同的工况时，使用不同的燃油近后喷是将HC氧化，近后喷不产生转矩。随喷射策略，使发动机的性能和排放均达到更加优良后喷量和主、后间隔角的增加．主喷燃油减少、喷的状态。后喷射的喷射正时一般发生在l0。～40。CA油重心后移．减少了燃烧前期参与燃烧反应的燃料ATDC[纠．在主喷射结束后迅速向缸内喷入少量燃量，使NOx的生成量减少，但经济性有所恶化I5]。油．可促进前期产生的PM和未燃HC继续燃烧氧化。远后喷用于燃烧燃烧室里的炭烟．同时对排气后喷射能将主喷射燃烧产生的PM带入到燃烧室挤后处理系统的再生也有一定作用，远后喷会产生转流区。后喷完成之后，缸内逆挤流速度增加，局部矩。由于采用EGR技术，其空燃比变小，使燃烧过祸旋运动增加。气流流速的增加有利于残余燃油蒸程产生的烟度较大，通过远后喷射降低中高负荷工气以及后喷射燃油蒸气与空气的混合，加强了缸内扰况的烟度，且随着负荷率的增加。效果愈加明显[4]。收稿日期：2013—07—23：修回日期：2013—08—20作者简介：胡勇(1988一)，男，湖北宜昌人，硕士，研究方向为高压共轨燃油喷射系统。《汽车电器》2o14年第2期 2后喷射控制策略设计一般情况下，主喷在各工况都是必不可少的，后喷射控制策略就是指ECU对后喷射控制参数喷射协调主要解决的问题就是近后喷、远后喷的协的实时控制逻辑。正确合理的控制策略是系统工作调方式。表3为后喷射协调组和4种控制方式。稳定可靠的保证。综合考虑柴油机的各种运行工表3后喷组和控制方式况，采用基于油量的喷射控制策略。后喷射控制参数包括喷油压力、射油量、喷射定时等参数。其中喷油压力的目标值与主喷射一致，喷射协调、后喷油量、后喷起始时刻、喷油器作用时间和后喷释放的综合控制可由软件编程实现。2．1后喷射协调发动机的各种工况都对应着一种最佳的后喷组所谓的喷射协调是用来确定每循环每缸喷射次和方式，其决定过程如下：①以发动机转速、喷油数以及优先级问题。由硬件和软件两方面限制。硬量、冷却水温和进气温度为输入，经处理后得到表件主要包括油泵泵油量，喷油器物理特性，升电电3中对应触发序号：②以①中结果和发动机工况为容负荷等。软件方面主要用于解决不同工况时采用输人参数，经处理后得到后喷组合方式：③根据大不同的喷油组合方式以及各喷射之间的协调控制。本气压、温度等对后喷组和方式进行判断和修正，得文主要研究后喷控制，因此暂不考虑预喷相关内容。到最终的后喷组和方式。2．1．1后喷射优先级管理2．2后喷射的触发考虑到高压油泵的泵油能力、电控喷油器的起后喷射的触发与预喷射触发不同，主要是依据动性能取决于电池的充放电性能以及包括电控喷油尾气处理系统(包括微粒捕捉器和催化氧化器)的器在内的软硬件的性能等因素．燃油喷射系统存在启用情况来决定的_6]。图1为近后喷触发示意图。最大喷射次数，若系统在某工况触发的喷油次数大于最大喷射次数，则需要关闭一些触发喷油次数，此时考虑喷油优先级。对于后喷系统，由于存在正常模式与再生模式，所以需对喷射状态字进行优先级管理。正常模式下优先级：主喷一远后喷一近后喷：当采用EGR时，再生模式优先级：主喷一近后喷一远后喷。如表1所示，1表示最高优先级，2，3⋯优先级依次递减，预留位无优先级。表1正常模式和再生模式下的优先级安排图1近后喷触发示意图当喷射触发后，将触发状态输送到表2控制台．组成多次喷射状态控制字。然后将触发的控制字按2．1．2后喷协调位进行“或”运算，将所得到的总触发喷射控制字如表2所示，采用8位控制字实现主喷+近后喷+进行取位求“和”运算，计算触发喷射N1。并由泵远后喷的触发管理。为确保系统的扩展性和移植油能力、电池的充放电性，确定最大喷射次数N2。性，8／2,控制字中“O”、“4”、“7”作为预留位使用，N1与N2较小的值作为喷射次数。可保证在不增加非常多次喷射的情况下继续使用本2．3后喷射油量的控制策略，从而保证了控制策略的扩展性。当某位为1高压共轨系统喷油量的大小，实际上是由某一时，表示该位对应的喷射释放，否则，表示喷射轨压下作用于喷油器电磁阀的喷射脉冲宽度所决定禁止的。后喷油量在控制策略中用其占总油量的百分比表2控制字分配表示。图2所示为后喷油量控制示意图。ECU根据发动机转速与所需转矩，从转矩／油量换算MAP中运用线性插值法确定转矩／油量换算曲线。则每循环每缸目标总喷油量由发动机需求转矩根据油量／萋《汽车电器》2014年第2期 2．4．2喷油器作用时间的确定喷油器作用时间以图4中得出的估算作用时间为基本量，考虑喷油器闭合和喷射停止时间差，对其进行修正。喷油器作用时间由于其本身特性存在最小作用时间，由系统标定时确定，当喷油器作用时间小于最小作用时间时，选取最小作用时间为喷油时间。估算作用时间卜——喷油器喷射最小作用时间——◆作用时喷蟋间计算————作用时间喷油器闭合与喷射停止修正—模块图4喷油器作用时间确定示意圈2．5喷射释放在确定了后喷次数、喷油时间等参数后。还将面临喷射最终是否能释放的问题。现以近后喷射为图2后喷油量控制示意图例，设计后喷释放状态字如表4所示。其中第7位优先级最高，O位优先级最低。转矩换算曲线通过内插法确定。然后根据转速和目表4近后喷释放状态字标喷射总油量通过查基本油量MAP确定喷油量基本位位含义值，结合修正因子对基本喷油量进行修正，得到的显示近后喷释放状态结果与当前工况下的最大喷油量作比较，较小的值近后喷油量≥限定的最小油量作为中间喷油变量，同时考虑当前轨压确定的最小近后喷起始时刻≥限定的最小起始时刻喷油量，取两者的最大值作为最终后喷油量。EGR启用考虑到燃油温度对燃油密度P的影响．在计算喷射特性状态字的2位为1每循环燃油喷射量时，将质量计的喷油量Q转化为体积量Q，Q=Qm+p(t)。通过燃油体积的合理调整，3相关喷射参数的修正可有效避免喷油量的突变，保证发动机平稳运转。前文中的控制量基本上是通过节气门位置信号2．4后喷射时间控制和发动机转速信号判断发动机所处工况，然后查询后喷与主喷之间的间隔、后喷持续时间等，对基本MAP图得出基础控制量。除此之外，ECU还要柴油机的燃油消耗、HC、烟度、NOX等指标有重考虑进气温度、蓄电池电压等信号的影响，并对要影响，因此设置合理的后喷喷射时间是至关重MAP进行修正，提高控制系统精度。本文以进气温要的。度、蓄电池电压为例，介绍修正方法。2．4．1后喷喷射始点的确定3．1蓄电池电压试验修正后喷射始点以主喷始点为参考点，称之为相对蓄电池电压的大小对汽车有重要的影响，例如始点。根据发动机的转速和目标总喷油量，通过查电动燃油泵对电压的变化十分敏感，当电压较低找各次喷射的喷射始点MAP，可以确定喷射起始时时，燃油泵的转速偏低，电压较高时，燃油泵转速刻的基本值，同时还要考虑环境因子对喷射始点的变高，致使泵油能力出现波动，从而燃油压力出现影响，对其进行修正。图3为喷射始点确定示意图。波动，最后导致喷油量出现变化。蓄电池电压对喷油器中电磁线圈的吸引力也有重要的影响，蓄电池电压的波动，致使喷油I=1明、fm里r—rE三卜叫起始时刻基本值}．—+受动机转速起器针阀的开启和关闭时后喷起始时刻MAP始喷间出现误差，从而导致鲁0。睹射佐艴鲁l-r：_——]时’月rrl，、里l●刻—喷油量的变化。本文对0轨压卜-．+三}-_．1估算作用时间卜—_-’计算喷油器在不同蓄电池电后喷持续时间MAP模刻压下的流量特性进行试耋。0环境因子修正的起始时刻}_—块验，以12V为标准电压瞥两次喷射之间的最小时间间隔—值，得到如图5所示的蓄电池电压／V图3喷射始点的确定示意图喷油脉宽修正图。图5喷油脉宽修正图《汽车电器》2014年第2期 3．2进气温度理论修正整理可得进气温度修正系数为：以T。时的进气由于进气温度对气体密度有很大的影响，从而温度为标准，当进气温度高于时，空气变稀薄，影响空燃比，对发动机燃烧具有重要作用，所以需为补偿混合气，需要减小喷油量；当进气温度低于对因进气温度影响的喷油量进行修正。以下为从理，为补偿混合气，需要增大喷油量。通过适合的论角度对进气温度进行修正。试验值进行拟合，可得出修正系数计算式。由理想气体状态方程可得发动机每循环的进气量m=pV／RT4后喷射的应用得出过量空气系数中国在高压共轨系统上的研究较晚，而且受发=m／ghoqo=pV／RTghq。动机硬件设施的影响，后喷在中国大多处于研究阶式中：g标况下燃油量；踟一标况下单段。以引进国外先进技术为主。在中国采用后喷的位质量燃油完全燃烧所需空气量；舒广一实际情况发动机及其生产主要厂家如表5所示。后喷射控制下单位质量燃油完全燃烧所需空气量。主要通过形成控制策略储存于汽车电控单元ECU令进气温度分别为To、时的过量空气系数相中．然后根据汽车传感器采集得到的汽车运行状况等．此时信息，控制电控高压油泵泵油和电控喷油器的开启cb．=pV／R。=pV／RTggl。与关闭来完成后喷。表5中国采用后喷的发动机及其主要生产厂家5结束语2O00(9)：1047—1062．本文根据柴油机后喷射作用机理，针对采用[2]杨林，卓斌，肖文雍，等．高压共轨电控柴油机燃油预喷射控制研究[J]．柴油机，2004(3)：14．EGR技术路线的发动机。以有效降低燃烧噪声、减[3]李人宪．柴油机实现高EGR率方法的计算分析[J]．内燃少排放为目的，分析设计高压共轨燃油喷射系统后机工程，2004，25(3)：27—32．喷射控制策略，后喷射是降低碳烟排放的有效手[4]李明星，王辉，周道林，等．后喷射改善轻型商用车柴段。研究后喷射控制中有关喷射协调、后喷射量、油机排放的应用[J]．车用发动机，2011(4)：74—77．喷射起始时刻、喷射器作用时间和喷射释放以及相[5]解方喜，洪伟，李小平，等．近后喷射对共轨柴油机高关参数修正等问题，对发动燃烧优化、尾气排放具负荷NOx和碳烟影响的数值分析[J]．燃烧科学与技术，有明显的效果。2011(1)：56-61．[6]袁文华．高压共轨喷油系统多学科设计优化及智能控制研究[D]．湖南大学，2010：82．参考文献：[7]祝柯卿，王俊席，杨林，等．GD—l柴油机多次喷射协调[1]ImarisioR．Multipleinjection．AcostefectivesolutionforemissionreductionofcommonrailD1dieselengines控制策略研究[J]．内燃机工程，2006，27(4)：26—30．[J]．AachenerKolloquiumFahrzeug-undMotorentechnik．(编辑心翔)悠健住。与拣．’l÷匙氨：靠遵力溉《汽车电器》2014年第2期