高 紅 厚 琳 楊 毅 查曉菲

（唐山軌道客車有限責任公司，河北 唐山 063035）

在孟加拉內(nèi)燃動車組項目中采用的柴油機是德國MAN公司的D2876LUE622高壓共軌系統(tǒng)電控柴油機。MAN柴油機一般應(yīng)用于國內(nèi)汽車行業(yè)或是船舶行業(yè)，應(yīng)用于鐵路機車還是首次。機車發(fā)電用的柴油機比船舶應(yīng)用柴油機對調(diào)速的要求更高，必須保證負荷變化時柴油機的轉(zhuǎn)速保持不變，因此機車發(fā)電用的柴油機的調(diào)速性能是否良好非常重要，直接影響柴油機運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和可靠性以及車輛整車性能。

本文詳細分析了改型號柴油機的電氣結(jié)構(gòu)及特性，在充分了解柴油機特性的基礎(chǔ)上，針對實際項目中出現(xiàn)的調(diào)速問題進行分析原因，針對調(diào)速不穩(wěn)情況，采集實際柴油機運轉(zhuǎn)情況數(shù)據(jù)，重新更換控制器，驗證在低速區(qū)域轉(zhuǎn)速控制良好。

1 柴油機高壓共軌電控系統(tǒng)的發(fā)展

柴油機電控噴油系統(tǒng)的開發(fā)研究從20世紀70年代開始，已經(jīng)經(jīng)歷了三代。

第一代是位置控制式噴油系統(tǒng)，它的優(yōu)點是無須對柴油機的結(jié)構(gòu)進行改動，生產(chǎn)繼承性好，便于對現(xiàn)有機型進行技術(shù)改造；缺點是控制自由度小，精度差，噴油率和噴油壓力難于控制，而且不能改變傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)固有的噴射特性，因此很難大幅度地提高噴射壓力。

第二代是時間控制式噴油系統(tǒng)，其優(yōu)點是可以更加靈活而準確的控制噴油量和噴油定時，而且可以實現(xiàn)分缸獨立控制，高壓噴油能力增加。其缺點是依賴于傳統(tǒng)的脈動高壓系統(tǒng)，受到轉(zhuǎn)速的限制，無法實現(xiàn)大范圍的噴油定時控制和靈活的噴油壓力調(diào)節(jié)。

圖1 油路簡圖

圖2 柴油機電氣接口圖

第三代是時間-壓力控制式噴油系統(tǒng)，即電控共軌式噴油系統(tǒng)。它克服上兩代的缺點，具有下述優(yōu)點：可實現(xiàn)高壓噴射，噴射壓力高；噴射壓力獨立于柴油機轉(zhuǎn)速，可改善柴油機低速、低負荷性能；可以實現(xiàn)預(yù)噴射，調(diào)節(jié)噴油速率；噴油定時和噴油量可自由選定；具有良好的噴射特性，優(yōu)化燃燒過程；結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，適應(yīng)性強。

從以上可以看出，電控高壓共軌系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢，是柴油機燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2 高壓共軌電控系統(tǒng)

本文針對孟加拉內(nèi)燃動車組項目中采用的德國MAN公司的D2876LUE622高壓共軌電控系統(tǒng)柴油機為例來分析該柴油機的調(diào)速性能及控制原理。該型號柴油機采用的是高壓共軌電控系統(tǒng)，簡單分析一下高壓共軌系統(tǒng)的控制原理，具體說明如下：結(jié)合圖1油路簡圖，燃油箱內(nèi)的燃油經(jīng)過初次濾清器過濾后，進入低壓油泵，由低壓油泵輸送到濾清器，濾清器再次過濾后由高壓供油泵加壓并輸送到共軌管內(nèi)，共軌內(nèi)的高壓燃油經(jīng)高壓油管送入到各缸的噴油器中。EDC根據(jù)傳感器（共軌壓力、曲軸速度、凸輪軸速度、燃油低壓、進氣溫度、機油壓力、冷卻水溫度、增進壓力溫度）采集的信號判斷柴油機工況，根據(jù)運行工況從歷史數(shù)據(jù)中確定基本的噴油量、噴油壓力及噴油定時等控制信息，并根據(jù)外界大氣溫度及其他傳感器信號進行修正，確定最佳控制參數(shù)后，EDC發(fā)出指令控制燃油噴射，完成整個噴油過程。

高壓共軌控制原理系統(tǒng)主要由電控單元（軟件、硬件）、傳感器及執(zhí)行器組成。下面對主要部件進行說明。

2.1 電控單元

EDC是電控系統(tǒng)的核心，硬件包括微控制模塊、輸入信號處理模塊、輸出驅(qū)動模塊、電源模塊、通訊模塊等。噴油壓力控制策略，EDC根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速和確定的噴油量查詢歷史存儲數(shù)據(jù)，確定噴油壓力的目標值，然后根據(jù)傳感器信號進行修正，采用控制策略來控制噴油壓力，實現(xiàn)恒壓噴油。

實現(xiàn)柴油機的最佳工作性能，良好的控制算法和策略是電控系統(tǒng)穩(wěn)定工作的保證。影響控制的關(guān)鍵參數(shù)：從手柄級位得知司機轉(zhuǎn)速的要求；曲軸速度傳感器用于測定柴油機實際轉(zhuǎn)速值；最終控制保證兩者之間偏差為零。凸輪軸傳感器用于確定在哪一缸點火，確定噴油始點；預(yù)噴射油量受到噴射時間的長短、噴射器口的大小及數(shù)量、共軌壓力的影響，最終確定合適的噴油始點、預(yù)噴射油量。

2.2 傳感器

傳感器的作用是實時檢測柴油機的運行工況，所測信號經(jīng)過處理后發(fā)送到EDC，用于控制策略中修正參數(shù)。本項目中的傳感器部分采用+5V電源，均來自EDC內(nèi)部電路提供。

本項目中實際使用的傳感器如下：（1）共軌壓力傳感器。安裝于共軌管上，用于測量管內(nèi)高壓，是影響噴油量的關(guān)鍵參數(shù)。（2）曲軸傳感器。安裝于曲軸輪盤邊緣，用于測量柴油機實際轉(zhuǎn)速。（3）凸輪軸速度傳感器。安裝于凸輪軸輪盤邊緣，用于確定噴油位置。（4）冷卻水溫度傳感器。監(jiān)控柴油機機組是否正常工作，冷卻水溫度高于98度，報警提示；高于102度，準備實施停機。（5）進氣溫度傳感器。監(jiān)控柴油機機組是否正常工作，當溫度高于75度時，報警提示。（6）燃油低壓傳感器。安裝于低壓泵與高壓泵之間的管路上，觀察傳感器壓力值判斷低壓油路是否正常。（7）機油壓力傳感器。監(jiān)控柴油機機組是否正常工作，當機油壓力低于某轉(zhuǎn)速值對應(yīng)的限定值時，停機。

2.3 執(zhí)行器

2.3.1 高壓供油泵。高壓供油泵的作用是將低壓燃油加壓后輸送到共軌管內(nèi)，并通過壓力控制閥調(diào)節(jié)供入共軌內(nèi)的燃油量來控制油壓的大小。壓力控制閥可根據(jù)EDC的指令打開或關(guān)閉，控制高壓燃油的進入與停止。壓力控制閥是以PWM信號來控制的，控制電壓24V,波形控制因素100%時,零供油；0%時，最大供油。

圖3 柴油機實際運行各參數(shù)曲線

2.3.2 電控噴油器。噴油器是高壓共軌電控噴油系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件，它根據(jù)EDC傳來的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，將共軌內(nèi)的高壓燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室中。

2.3.3 開關(guān)量信號。本項目中的柴油機電控系統(tǒng)采用24V蓄電池供電。通訊模塊采用CAN總線。電控系統(tǒng)需要采集的開關(guān)信號包括啟機信號、怠速信號、停機信號。這些開關(guān)信號的觸發(fā)可以由硬件引起，也可以由軟件引起。本項目中啟機信號、怠速信號、停機信號均采用硬線，不采用網(wǎng)絡(luò)方式；調(diào)速信號采用硬線和軟件兩種方式，正常情況下采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)速，網(wǎng)絡(luò)調(diào)速故障時，自動切換到硬線調(diào)速。

3 實際應(yīng)用中的問題

針對實際運行中出現(xiàn)的低速區(qū)域（900-1100rpm）轉(zhuǎn)速不穩(wěn)情況，在實際柴油機運行情況下時采集相關(guān)數(shù)據(jù)，MAN針對低速區(qū)域調(diào)速情況更改控制策略，重新更換EDC控制器后 ，最終驗證在低速轉(zhuǎn)速區(qū)域，轉(zhuǎn)速控制良好。

3.1 轉(zhuǎn)速不穩(wěn)問題

在孟加拉項目柴油機轉(zhuǎn)速調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)柴油機轉(zhuǎn)速從1100rpm降到900rpm時，轉(zhuǎn)速一直降不到900rpm，始終在1000rpm左右浮動；或在運行過程中，在某一轉(zhuǎn)速值時有波動，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定。

3.2 轉(zhuǎn)速不穩(wěn)問題

針對低速區(qū)域調(diào)速情況更改控制策略，重新更換EDC控制器后，最終驗證在低速轉(zhuǎn)速區(qū)域，轉(zhuǎn)速控制良好。

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