裴變金

高壓共軌燃油噴射試驗(yàn)臺(tái)開發(fā)與研制

裴變金

（太原重工股份有限公司 軋鋼設(shè)備分公司，山西 太原030024）

針對(duì)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)已廣泛配備于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)而技術(shù)又被國(guó)外壟斷的現(xiàn)狀，立足于自主開發(fā)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，研發(fā)了高壓共軌燃油噴射試驗(yàn)臺(tái)并開展了相關(guān)試驗(yàn)。結(jié)果表明，此試驗(yàn)臺(tái)具有工作穩(wěn)定、可拓展空間大等優(yōu)點(diǎn)。

高壓共軌；燃油噴射；試驗(yàn)臺(tái)

柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)被內(nèi)燃機(jī)行業(yè)譽(yù)為是20世紀(jì)三大突破之一。國(guó)內(nèi)外都對(duì)高壓共軌燃油噴射技術(shù)投入了大量精力進(jìn)行研發(fā)，并已取得了一定的技術(shù)進(jìn)步。然而，在高壓共軌燃油噴射試驗(yàn)臺(tái)的研發(fā)方面卻略顯不足，目前較成熟的產(chǎn)品僅為德國(guó)博世公司的EPS815系列和意大利拉寶地公司的TEC100系列。國(guó)內(nèi)也有幾家單位進(jìn)行研發(fā)，但都僅限于高壓油泵維修和精校方面，功能較單一，不足以用于研發(fā)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)。文章立足于開發(fā)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，自主開發(fā)了高壓共軌燃油噴射試驗(yàn)臺(tái)，并完成了相關(guān)測(cè)試試驗(yàn)。

1　試驗(yàn)臺(tái)總體布置

柴油從油箱中被低壓油泵吸出，經(jīng)濾清器過濾后供給高壓油泵，經(jīng)高壓油管、共軌管后由噴油器噴出，回油經(jīng)油管返回油箱。油溫控制在40±2℃，由溫度傳感器測(cè)定，高于此值就啟動(dòng)強(qiáng)制制冷對(duì)柴油進(jìn)行循環(huán)冷卻，低于此值則啟動(dòng)電加熱棒。

驅(qū)動(dòng)部分采用變頻調(diào)速電機(jī) Y160M-4（主軸轉(zhuǎn)速0～4000r/min，功率7.5kW），經(jīng)萬向節(jié)和過渡接頭驅(qū)動(dòng)高壓油泵。高壓油泵采用博世CP1H泵，用支架固定在工作臺(tái)上，保持與電機(jī)同心。共軌管通過支架固定，并在管上安裝250MPa的超高壓壓力表，用來控制共軌壓力的范圍。噴油器采用博世CR12.2電控噴油器，總體布置如圖1所示。

圖1　噴油試驗(yàn)臺(tái)總體布置示意圖

2　控制部分

系統(tǒng)的控制部分主體為電控單元。試驗(yàn)臺(tái)所采用的電控單元為多功能控制單元。該多功能控制單元硬件部分主要由微控制器、升壓電路、輸入處理電路等組成；軟件部分則由嵌入式軟件和監(jiān)控控制軟件組成。該單元可用于柴油機(jī)、汽油機(jī)和轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)等各種類型發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行控制和試驗(yàn)標(biāo)定中，在本試驗(yàn)臺(tái)中完成共軌壓力控制、噴油器控制等功能，圖2為控制單元實(shí)物圖。

圖2　控制單元實(shí)物圖

微控制器是控制單元的核心，負(fù)責(zé)接收傳感器輸入信號(hào)，根據(jù)存儲(chǔ)器中的程序和算法，輸出合理的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。本控制單元的微控制器為飛利浦公司所生產(chǎn)的LPC2292芯片。該芯片內(nèi)核為32位ARM7，主頻為60MHz，具有8個(gè)10位模數(shù)通道、2路PWM通道和2個(gè)CAN接口。適用于汽車控制和工業(yè)控制。

升壓電路將蓄電池電壓（12V）升至噴油器或火花塞所需的電壓，可同時(shí)輸出高中低三種電壓。最高電壓可達(dá)45V。

輸入處理電路將輸入的信號(hào)經(jīng)濾波和放大后轉(zhuǎn)換成微控制器易于接收的電信號(hào)。濾波部分主要為光電耦合過濾。輸入的信號(hào)在光電耦合器內(nèi)被轉(zhuǎn)換為光，又以光電感應(yīng)原理轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)入微控制器，起到阻止信號(hào)干擾的作用。輸入處理電路可以接受各種位置傳感器的輸入，包括電磁型傳感器，霍爾型傳感器和光電型傳感器。

嵌入式軟件是運(yùn)行于微控制器中的程序。發(fā)動(dòng)機(jī)的所有控制功能都由嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有：共軌壓力控制，速度控制及噴油控制。

監(jiān)控軟件運(yùn)行于上位機(jī)中，通過串口數(shù)據(jù)線對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各種控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并監(jiān)視各種關(guān)鍵變量如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油脈寬、共軌壓力等的變化情況，其運(yùn)行界面如圖3所示。

圖3　軟件界面圖

基本的共軌燃油控制系統(tǒng)由安裝在共軌管上的共軌壓力傳感器、位于高壓油泵出口的共軌壓力控制閥、噴油器和控制單元組成。電控單元讀入壓力傳感器的電壓，將其轉(zhuǎn)換為共軌管內(nèi)的燃油壓力值并與目標(biāo)壓力值比較后進(jìn)行輸出量計(jì)算，對(duì)共軌壓力控制閥實(shí)施閉環(huán)控制，使其改變閥門開度最終改變實(shí)際油壓。與此同時(shí)，電控單元將所需的噴油量轉(zhuǎn)換為噴油器開啟持續(xù)時(shí)間后驅(qū)動(dòng)噴油器噴油。

3　試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用效果

將博世高壓油泵CP1H泵、高壓油軌、噴油器和自行設(shè)計(jì)制作的消霧器安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，同時(shí)將控制單元與噴油器和高壓油泵連接起來，控制單元的電源由12V恒壓源提供。試驗(yàn)臺(tái)連接如圖4、圖5所示。

圖4　高壓共軌燃油噴射實(shí)驗(yàn)臺(tái)

圖5　高壓共軌燃油噴射實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制部分

經(jīng)過大量密封性試驗(yàn)和噴油試驗(yàn)表明，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有工作穩(wěn)定，可拓展空間大，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其相關(guān)性能有待于下一步試驗(yàn)的進(jìn)一步檢驗(yàn)和提高。

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Research and Development of High Pressure Common Rail Fuel Injection Test Bench

PEI Bian-jin
（Steel rolling equipment branch company，Taiyuan Heavy Industry Co.ltd，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

This paper aimsat the fact that the high pressure common rai1 fue1 injection system has been wide1y used in the automotive engine，whereas the techno1ogy is sti11 monopo1ized by foreign companies，bases on independent deve1opment of highpressure common rai1 fue1 injection system，researches and deve1ops high pressure common rai1 fue1 injection test bench and re-1ated tests.The resu1ts show that the test bench has the advantages of stab1e operation and 1arge space expansion.

High pressure common rai1；Fue1 injection；test-bed

TK422

A

2095-980X（2016）03-0050-02

2016-03-07

裴變金（1977-），男，山西太原人，工程師，主要從事機(jī)械裝備工藝與開發(fā)研究。