柯陽輝　何偉勤

【摘要】為了使靜止的發(fā)動機進入怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須先用外力拖動發(fā)動機曲軸，使活塞開始上下移動，使氣缸內(nèi)吸入可燃的混合氣，并將它壓縮、點燃，體積迅速膨脹產(chǎn)生強大的能量，從而使活塞運動并帶動曲軸運轉(zhuǎn)，發(fā)動機才能自動地進入工作循環(huán)本文正是通過理論和試驗相結(jié)合的方法，在閱讀有關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，深入研究了高壓共軌柴油機匹配的BOSCH共軌系統(tǒng)的起動控制策略，分別對同步信號、軌壓信號和噴油時刻等進行控制策略的研究。

【關(guān)鍵詞】高壓共軌系統(tǒng) 軌壓信號 噴油時刻

1、前言

為了滿足苛刻的排放法規(guī)，同時人們對動力機械的需求越來越大，車輛和發(fā)動機降低排放、提高動力性、經(jīng)濟性和安全可靠性、減小振動和噪音、提高舒適性能等等也日益為人們所重視。雖然柴油機PM、NOx排放高于汽油機，但HC、CO比汽油機要少了很多，兩者都是你消我長的關(guān)系。柴油機高壓共軌噴射系統(tǒng)是在1995年，日本電裝公司在世界上第一次批量生產(chǎn)柴油載貨汽車上用電控共軌噴油系統(tǒng)，在1997年，德國博世公司實現(xiàn)了歐洲批量生產(chǎn)柴油乘用車電控共軌噴油系統(tǒng)。

2、柴油機電控技術(shù)的發(fā)展歷程

目前世界上主要的大公司在研發(fā)和生產(chǎn)柴油機高壓共軌系統(tǒng)，日本電裝、德國博世（Bosch），意大利菲亞特集團，美國德爾福公司和美國福特。高壓共軌系統(tǒng)是把產(chǎn)生壓力的共軌管和噴射器分開，如果認為單體泵是柴油機噴射系統(tǒng)的一次革命的話，那么共軌系統(tǒng)可以說是逆襲了，因為它違背了柴油機原有的按順序噴射的系統(tǒng)。所以高壓共軌系統(tǒng)有降低發(fā)動機排放和降低噪音等優(yōu)點。

隨著我國的機動車輛日益增加，排放污染等問題也日益嚴重了。為了降低汽車尾氣排放對自然環(huán)境的污染許多國外已在2005年實行了歐5的排放標準。而我國在2008年為慶祝奧運會，在北京已實行了相當于國外的歐5的排放水平。而目前國內(nèi)生產(chǎn)的柴油發(fā)動機一般都是國三和國四的排放水平，國五的水平還在研究開發(fā)中。

3、柴油機起動過程的研究和發(fā)展現(xiàn)狀

為了使靜止的發(fā)動機進入怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須先用外力拖動發(fā)動機曲軸，使活塞開始上下移動，使氣缸內(nèi)吸入可燃的混合氣，并將它壓縮、點燃，體積迅速膨脹產(chǎn)生強大的能量，從而使活塞運動并帶動曲軸運轉(zhuǎn)，發(fā)動機才能自動地進入工作循環(huán)。發(fā)動機的曲軸在外力作用下開始轉(zhuǎn)動到發(fā)動機自動怠速運轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動機的起動過程。發(fā)動機起動時必須克服氣缸內(nèi)被壓縮氣體的阻力和發(fā)動機本身的及其附件內(nèi)相對運動的摩擦阻力，克服這些阻力所需的力矩稱為起動轉(zhuǎn)矩。

柴油機起動為了避免氣缸漏氣和熱量浪費的多，必須保證氣缸壓縮終了時氣缸內(nèi)有一定的壓力和一定的溫度還要使共軌管中有足夠的軌壓建立足夠的噴油壓力，一般柴油機起動轉(zhuǎn)速要求較高，要求起動轉(zhuǎn)速達150～300r/min;不然的話會使燃油霧化不良，導致混合氣混合質(zhì)量不好，使發(fā)動機起動困難。柴油機起動過程一般可分為這幾個階段：①預(yù)動作階段②起動階段③穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段④暖機階段。

4、起動控制策略之曲軸與凸輪軸同步關(guān)系分析

高壓共軌發(fā)動機采用電磁式的曲軸位置傳感器，其信號波形類似于正弦波，如圖中的上面紅色波形，而下面綠色波形是霍爾式凸輪軸位置傳感器的信號方波。試驗發(fā)動機中曲軸位置信號是利用60-2個凸齒信號采集取樣的，它是上升沿觸發(fā)，缺齒位置表現(xiàn)為波形由負過零點再向正。飛輪的轉(zhuǎn)動將在傳感器中產(chǎn)生磁變動，這樣就產(chǎn)生了交流電壓，它的頻率是由轉(zhuǎn)速決定的，但轉(zhuǎn)速與空隙間隙決定著它的電壓幅值。空氣間隙和齒的尺寸是決定信號幅值的重要因素。當電控單元某兩個下降沿之間的距離大于兩個齒間距，曲軸上止點缺齒信號即被發(fā)現(xiàn)。曲軸每轉(zhuǎn)一圈，系統(tǒng)就會收到一個曲軸上止點缺齒信號，并根據(jù)這個信號與曲軸位置保持“同步”，進而確保系統(tǒng)能夠正確地控制噴油和正時。

如失去曲軸位置傳感器信號或凸輪軸位置信號起動發(fā)動機，高壓共軌發(fā)動機將無法識別氣缸，ECU內(nèi)部計數(shù)器發(fā)生“溢出”現(xiàn)象，噴油器得不到觸發(fā)信號，此時起動失敗。在測試系統(tǒng)臺架上搭建①曲軸位置信號和②凸輪軸位置信號的波形采集，試驗結(jié)果如圖1所示

5、總結(jié)

高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)是柴油機電控的未來發(fā)展方向之一，它在各個方面都比常規(guī)柴油機具有優(yōu)勢。在柴油機起動方面，常規(guī)柴油機存在著起動困難，排放惡劣等問題，高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)噴射過程和柴油機起動過程的控制策略，分析和研究了噴射量、噴射壓力和燃油噴射。

高壓共軌發(fā)動機起動過程中，噴油器能夠開始噴油必須同時滿足的必要條件有：a.發(fā)動機轉(zhuǎn)速不低于200r/min; b.共軌壓力要超過250bar;c.曲軸與凸輪軸信號要同步;d.曲軸信號應(yīng)大于2.5v的電壓。

參考文獻：

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