孫謹(jǐn)濤

（上海交通大學(xué)，上海200030）

1 前言

在G128柴油機(jī)上，使用的一直都是普通的直列泵，該直列泵采用的是一種RSV式機(jī)械式調(diào)速器。由于船機(jī)使用的特點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)長期超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，并且在低轉(zhuǎn)速范圍運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)對(duì)G128柴油機(jī)提升功率時(shí)，就會(huì)遇到一個(gè)新的問題：在發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速或者較高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，柴油機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足要求；但當(dāng)柴油機(jī)進(jìn)入低轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于RSV調(diào)速器不能對(duì)柴油機(jī)在低速油量加以令人滿意的限制，使得低速時(shí)柴油機(jī)的扭矩過大，爆壓過大，柴油機(jī)熱負(fù)荷過高，機(jī)械負(fù)荷也過高，造成整機(jī)性能的無法滿足需求。本文提及的采用電控直列泵，在這一方面可以對(duì)柴油機(jī)很好地滿足控制要求。

2 電控直列泵發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)目標(biāo)

發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)目標(biāo)要求在上柴公司現(xiàn)有的G128型283 kW船用柴油機(jī)基礎(chǔ)上，采用電控直列泵，取代原先機(jī)械調(diào)速器，并提升功率至311 kW，并對(duì)燃油系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化匹配，滿足低速大扭矩需求。

G128ZLCa6型柴油機(jī)在G128ZLCa4柴油機(jī)基礎(chǔ)上，采用柱塞Φ11×14型P8油泵，低渦流缸蓋，大流量噴油器以及電控直列泵措施，對(duì)其進(jìn)行全面性能配試。

傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)速器，采用的是若干機(jī)械元件，在對(duì)柴油機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行控制的時(shí)候，尤其是想要獲得比較滿意的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行曲線的時(shí)候，不僅僅是復(fù)雜，而且較難獲得令人滿意的結(jié)果。

電控直列泵最大的特點(diǎn)是采用數(shù)字式電子調(diào)速器代替了原有的機(jī)械式調(diào)速器，并且實(shí)現(xiàn)了功能的全部替代，僅僅依靠一套電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)諸多功能，比如油量控制、怠速控制、調(diào)速率控制等諸多功能，并且還預(yù)留了諸多接口，為今后功能的開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)[1～4]。

3 G128高功率柴油機(jī)開發(fā)配試過程

G128系列柴油機(jī)是在公司原135系列柴油機(jī)的基礎(chǔ)上作重大改進(jìn)后的升級(jí)換代產(chǎn)品。G128船用電站柴油機(jī)進(jìn)入市場以來，經(jīng)用戶使用證明G128柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性均良好，已被市場接受并得到好評(píng)。G128ZLCa4柴油機(jī)是近年新開發(fā)的產(chǎn)品，最高功率為283 kW/1 854 r/min，主要應(yīng)用在漁船用柴油機(jī)、或者小型內(nèi)河用柴油機(jī)上。主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用了海水、淡水雙冷卻循環(huán)系統(tǒng)，包括海水冷卻中冷器以及淡水冷卻的整體式排氣管，采用了專利技術(shù)的整體式氣缸蓋結(jié)構(gòu)，并采用了三菱增壓器等技術(shù)。

某公司柴油機(jī)數(shù)字式電調(diào)控制器是一款通用性很強(qiáng)的電調(diào)系統(tǒng)控制器，強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力使其可用于各種噴油泵系統(tǒng)，同時(shí)支持包括EGR、提前器、預(yù)熱開關(guān)等在內(nèi)的眾多輔助輸出。該控制器眾多的功能選項(xiàng)使其可適應(yīng)于各種不同的應(yīng)用場合。

控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：控制器（ECU）、執(zhí)行器、相關(guān)傳感器以及連接電纜?？刂破靼瑥?fù)雜的控制電路，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其核心組件為一片快速高效的16位微處理器。

1個(gè)磁電式傳感器安裝在測(cè)速齒輪的邊緣，用于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集。多個(gè)設(shè)定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器可用于柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定。轉(zhuǎn)速設(shè)定方式有3種：模擬式、數(shù)字式以及通過CAN總線或LIN總線通訊方式。開關(guān)量輸入可以用來激活某一功能或者使其關(guān)閉，以及這些功能的開始與結(jié)束。

該電控調(diào)速器替換了原機(jī)械調(diào)速器（調(diào)速飛錘、復(fù)位彈簧)等，通過控制高壓油泵齒條行程來控制噴油量的多少，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩的控制。其控制原理圖如圖1所示。

配試開發(fā)步驟如下：

（1）首先，在ECU電控單元中設(shè)置好對(duì)應(yīng)的參數(shù)配置。如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍，最大油量范圍，轉(zhuǎn)速傳感器齒數(shù)。在本例中，由于只涉及到轉(zhuǎn)速、油量的控制，其余不相關(guān)的參數(shù)如溫度、壓力的測(cè)量應(yīng)予以關(guān)閉，以避免無關(guān)信息量的影響。

（2）其次柴油機(jī)各個(gè)轉(zhuǎn)速極限狀態(tài)下進(jìn)行標(biāo)定。柴油機(jī)在每個(gè)常用工作轉(zhuǎn)速下，800～1 854 r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，每隔100 r/min，進(jìn)行最大油量的標(biāo)定。在本案例中，每檔轉(zhuǎn)速下需控制好排氣溫度、爆發(fā)壓力，以先到者為準(zhǔn)，記錄下該位置最大油量數(shù)據(jù)，作為今后調(diào)整油量的基礎(chǔ)。

（3）確定每檔轉(zhuǎn)速油量完成后，進(jìn)行外特性試驗(yàn)，并進(jìn)行修正，查看每檔轉(zhuǎn)速下油量，功率的吻合度，完善性能試驗(yàn)。

（4）按照預(yù)選的配試方案比如增壓器方案、不同渦流比缸蓋方案、噴油器方案進(jìn)行柴油機(jī)最優(yōu)化匹配。當(dāng)每選擇不同方案的時(shí)候，需從步驟2到步驟3重新進(jìn)行極限值標(biāo)定。最終完成每個(gè)方案的摸底工作。

（5）當(dāng)摸底工作結(jié)束之后，確定最優(yōu)方案。然后進(jìn)行全面的性能試驗(yàn)。

4 配試結(jié)果

最終配試結(jié)果參見表2、圖3和圖4?？梢钥闯觯湓嚨闹饕拗剖潜瑝?，柴油機(jī)的排溫還是有一定的余量。由于該電子調(diào)速器的特性，爆壓控制非常柔性化。從圖3可以看出，最高爆壓曲線控制非常平緩。如果對(duì)排溫要求適當(dāng)放寬，整個(gè)1 300～1 854 r/min轉(zhuǎn)速工作范圍內(nèi)可以完全做到保持最高工作狀態(tài)爆壓達(dá)到最大值，甚至這一范圍內(nèi)的最高工作扭矩曲線完全水平，整個(gè)柴油機(jī)的動(dòng)力性極大提供，并獲得更高的功率，使得柴油機(jī)充分展示自己的潛在工作能力。

5 結(jié)束語

采用了數(shù)字式電子調(diào)速器之后，柴油機(jī)的整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)曲線被賦予了極大的靈活性，可以根據(jù)柴油機(jī)本身的特性進(jìn)行調(diào)試，對(duì)柴油機(jī)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得令人滿意的配試結(jié)果。而數(shù)字式電子調(diào)速器的優(yōu)勢(shì)不僅僅在于僅對(duì)柴油機(jī)的性能配試，當(dāng)加上若干傳感器，比如水溫、油溫、油壓、大氣溫度等等，可以對(duì)整個(gè)柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、監(jiān)控起到極大的作用。

1趙三明.實(shí)現(xiàn)國3的路不只一條.中國工業(yè)報(bào)，2007年6月1日第B03版.

2虞展.國Ⅲ柴油機(jī)電控燃油系統(tǒng)技術(shù)路線角逐與前景[J].汽車與配件，2009（Z1).

3陳希穎，張富紅，王吉華等.滿足國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)型柴油機(jī)的開發(fā)研究[J].現(xiàn)代車用動(dòng)力，2007（4）.

4張永銘，居鈺生，王吉華等.柴油機(jī)電子調(diào)速系統(tǒng)與冷EGR的控制集成[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2008，29（5）：71-74.