姚本容 王偉峰 陳守濤 劉威 孟宵

摘? 要：本文針對(duì)V型8缸車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，在滿足軌壓控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)該發(fā)動(dòng)機(jī)高壓共軌燃油系統(tǒng)的布置形式，建立了一種基于雙軌壓傳感器的軌壓控制優(yōu)化策略，并開展基于此控制方法的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示：在中低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、較低軌壓條件下，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓在階躍過(guò)程中的軌壓超調(diào)越??；但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，此種影響越來(lái)越小，且在特定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之后，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓在階躍過(guò)程中的軌壓超調(diào)越大。隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓誤差隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增大而增大。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；軌壓傳感器；軌壓控制

中圖分類號(hào)：U464? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2024）02-0085-07

Test Research of Rail Pressure Control of Diesel Engine for Vehicle

YAO Ben-rong， WANG Wei-feng， CHEN Shou-tao， LIU Wei， MENG Xiao

（Dong Feng Off-Road Vehicle Co.，Ltd.， Wuhan 430058， China）

Abstract： This article focuses on V-type 8-cylinder diesel engine used in vehicles. A rail pressure control optimization strategy based on dual rail pressure sensors is established according to the layout of the high-pressure common rail fuel system of the engine， on the base of rail pressure control. And test research based on the optimization strategy is carried out. The test results show that the rail pressure overshoot during the step process of rail pressure becomes smaller， as the weighting coefficient of rail pressure sensor 2 increases， when the engine run at low to medium engine speeds and low rail pressure. But this effect becomes smaller and smaller as the engine speed increases， and after a specific engine speed， the rail pressure overshoot during the step process of rail pressure becomes larger. As the weighting coefficient of rail pressure sensor 2 increases. The rail pressure error increases as the weighting coefficient of rail pressure sensor 2 increases.

Key Words： Diesel Engine; Rail Pressure Sensor; Rail Pressure Control

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被廣泛應(yīng)用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)主要以直列型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為主，V型8缸柴油機(jī)應(yīng)用較少，相應(yīng)研究較少。針對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，高壓共軌系統(tǒng)是其關(guān)鍵的系統(tǒng)之一，直接關(guān)系到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、噪聲等關(guān)鍵性能指標(biāo)[1]。其中，軌壓控制又是高壓共軌系統(tǒng)中的關(guān)鍵系統(tǒng)，因此對(duì)于軌壓控制尤為重要，許多研究者對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的軌壓控制進(jìn)行廣泛的研究，其中許文燕等[2]對(duì)單泵雙軌高壓共軌系統(tǒng)的匹配應(yīng)用進(jìn)行了研究；聶濤等[3]針對(duì)共軌管結(jié)構(gòu)參數(shù)及噴油對(duì)軌壓波動(dòng)進(jìn)行了研究；李冠霖等[4]針對(duì)軌壓控制中軌壓超調(diào)進(jìn)行了優(yōu)化研究；熊建等[5]對(duì)一種基于積分分離PID的高壓共軌軌壓控制算法進(jìn)行了研究。區(qū)別于直列型發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的高壓共軌系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，V型8缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)常采用單高壓油泵、雙高壓油軌。 鑒于此種區(qū)別，常需要考慮高壓油軌中的壓力波動(dòng)對(duì)于軌壓控制品質(zhì)的影響，進(jìn)而考慮對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)關(guān)鍵性能指標(biāo)的影響，以期驗(yàn)證軌壓的控制方法。本文主要針對(duì)車用V8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)軌壓控制進(jìn)行試驗(yàn)研究，并進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，研究基于雙軌壓傳感器的軌壓控制優(yōu)化策略對(duì)軌壓控制品質(zhì)的影響。

1? ? 基于雙軌壓傳感器的軌壓控制原理

高油軌壓力是決定柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油加電時(shí)長(zhǎng)的關(guān)鍵參數(shù)之一，影響柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因此高壓油軌壓力控制是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)控制中的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文中研究的V型8缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的軌壓控制，總體上是根據(jù)軌壓傳感器檢測(cè)的軌壓實(shí)際值、目標(biāo)軌壓MAP中的查詢值等進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，并通過(guò)燃油計(jì)量閥實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)泵入高壓油軌中的燃油，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軌壓的閉環(huán)控制。而本文所述基于雙軌壓傳感器的軌壓控制系統(tǒng)，關(guān)鍵在于對(duì)2個(gè)軌壓傳感器采集的實(shí)際油軌壓力值進(jìn)行處理。鑒于其高壓燃油系統(tǒng)的布置，進(jìn)行基于雙軌壓傳感器軌壓控制的試驗(yàn)研究，以期明確文中所述對(duì)于雙軌壓傳感器采集值的處理方法對(duì)所述V型8缸發(fā)動(dòng)機(jī)軌壓控制的影響。其布置及總體控制原理如圖1所示：

2? ? 詳細(xì)方案設(shè)計(jì)

2.1? ?被控對(duì)象信息

本文中所述的V型8缸機(jī)，即為被控對(duì)象，如圖2所示。高壓共軌系統(tǒng)主要包括電控單元、1個(gè)高壓油泵、2個(gè)高壓油軌、1個(gè)IMV閥（計(jì)量閥）、1個(gè)MDV閥（泄壓閥）、8只噴油器、2個(gè)軌壓傳感器（軌壓傳感器1、軌壓傳感器2）及其它各種傳感器組成。其中軌壓傳感器1布置在靠近高壓油泵的高壓油軌的端部，軌壓傳感器2布置在遠(yuǎn)離高壓油泵的高壓油軌的端部（安裝MDV閥相對(duì)的一端）。高壓共軌系統(tǒng)工作時(shí)，將油箱中的柴油通過(guò)低壓油路泵入到高壓油泵，然后通過(guò)高壓油泵壓入高壓油軌中，之后高壓油軌將高壓燃油分配到各噴油器中，最后在電控單元的控制下噴入汽缸中燃燒。

2.2? ?基于雙軌壓傳感器軌壓控制模塊

本文中所述的基于雙軌壓傳感器的軌壓控制，關(guān)鍵之處在于對(duì)2個(gè)軌壓傳感器對(duì)軌壓實(shí)際采集值的處理。由于的V8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所述的V8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)2個(gè)高壓油軌的布置形式，2個(gè)軌壓傳感器分別采集實(shí)際軌壓值，之后對(duì)2個(gè)實(shí)際軌壓值進(jìn)行加權(quán)處理，即設(shè)置軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)，最后將加權(quán)處理后的實(shí)際軌壓值作為軌壓控制的實(shí)際軌壓。其中雙軌壓傳感器軌壓控制模塊示意圖如圖3所示。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)已標(biāo)定好的軌壓MAP查詢軌壓命令值，并進(jìn)行限值處理；同時(shí)根據(jù)軌壓實(shí)際值（軌壓傳感器采集電壓值，控制模塊通過(guò)采集的電壓值計(jì)算軌壓實(shí)際值）和軌壓命令值進(jìn)行PID閉環(huán)計(jì)算；之后根據(jù)噴油量、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速確定燃油流量；最后通過(guò)燃油流量確定IMV閥的周期和占空比，從而實(shí)現(xiàn)軌壓的閉環(huán)控制。

2.3? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

本文針對(duì)V8柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行的基于雙軌壓傳感器的軌壓控制試驗(yàn)研究，主要研究軌壓傳感器1、軌壓傳感器2的加權(quán)系數(shù)對(duì)軌壓控制性能的影響。鑒于以上目的，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表2所示。

3? ? 試驗(yàn)分析

3.1? ?評(píng)價(jià)分析指標(biāo)

本文研究軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)對(duì)油軌壓力控制的影響，主要從軌壓超調(diào)、軌壓誤差（命令軌壓與實(shí)際軌壓之間的誤差）兩個(gè)方面進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，本文不研究軌壓控制的響應(yīng)時(shí)間，如圖4所示。主要分析：軌壓階躍時(shí)，軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)下對(duì)軌壓超調(diào)的影響；以及到達(dá)目標(biāo)軌壓后，軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)下對(duì)軌壓誤差的影響。

3.2? ?穩(wěn)定工況下軌壓傳感器電壓值分析

本文中選取在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1400rpm，油門分別為14%、40%、100%的穩(wěn)定工況下，采集軌壓傳感器1、軌壓傳感器2檢測(cè)軌壓的單次采樣電壓值，直接反映軌壓傳感器監(jiān)測(cè)的瞬時(shí)實(shí)際軌壓。但實(shí)際軌壓控制中，常常采用多次平均值，不采用瞬時(shí)值，消除因隨機(jī)誤差引起的軌壓波動(dòng)，從而較好的控制軌壓。

通過(guò)圖5、圖6、圖7可知，從趨勢(shì)上分析，軌壓傳感器1檢測(cè)的軌壓電壓值較軌壓傳感器2檢測(cè)的軌壓電壓值高；但隨著油軌壓力控制命令值的增加，軌壓傳感器1檢測(cè)的軌壓電壓值整體高出軌壓傳感器2檢測(cè)的軌壓電壓值的程度逐漸減小。

究其原因，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，高壓油泵供油速率?。磺以诿钴墘旱蜁r(shí)，通過(guò)IMV閥控制計(jì)量閥進(jìn)入到高壓油軌中的供油速率較小，同時(shí)隨著高壓燃油的流動(dòng)以及燃油噴射，高壓油軌中的能量降低。兼顧考慮到2個(gè)高壓油軌之間連接的節(jié)流損失、2個(gè)軌壓傳感器的布置形式，從而使軌壓傳感器1檢測(cè)的軌壓電壓值較軌壓傳感器2檢測(cè)的軌壓電壓值高。但隨著命令軌壓升高，IMV閥控制計(jì)量閥進(jìn)入到高壓油軌中的供油速率增大，在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到對(duì)應(yīng)工況下的最大值。從而軌壓傳感器1檢測(cè)的軌壓電壓值整體高出軌壓傳感器2檢測(cè)的軌壓電壓值的程度逐漸減小，并趨向一致；但隨著命令軌壓的升高，軌壓波動(dòng)增大。

3.3? ?軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)對(duì)軌壓超調(diào)的影響

試驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1400rpm、油門100%，分別在不同穩(wěn)定軌壓下進(jìn)行軌壓超越，測(cè)試軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)對(duì)軌壓超調(diào)的影響。

通過(guò)圖8、圖9、圖10中可知，在轉(zhuǎn)速為1400rpm、 油門為100%的工況下：軌壓分別從800bar階躍到900bar、1100bar階躍到1200bar，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓在階躍過(guò)程中的軌壓超調(diào)越?。坏?dāng)軌壓從1400bar階躍到1500bar過(guò)程，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓在階躍過(guò)程中軌壓超調(diào)越大。

軌壓分別從800bar階躍到900bar、1100bar階躍到1200bar過(guò)程中，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增大，實(shí)際軌壓減小，實(shí)際軌壓與命令軌壓之間的誤差增大，之后通過(guò)PID調(diào)節(jié)，增大軌壓控制的PID補(bǔ)償量。但發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)高壓油泵供油速率小，且命令軌壓低時(shí)，通過(guò)IMV閥控制計(jì)量閥進(jìn)入到高壓油軌中的供油速率較小，因此燃油不能很快的進(jìn)入到高壓油軌，從而使軌壓超調(diào)隨軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)增大而減小。但隨命令軌壓升高，軌壓從1400bar階躍到1500bar過(guò)程，IMV閥基本全開，燃油很快的進(jìn)入到高壓油軌。隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增大，軌壓超調(diào)反而增加。

3.4? ?軌壓傳感器不同加權(quán)系數(shù)不同工況下對(duì)軌壓超調(diào)的影響

試驗(yàn)中，在不同工況下進(jìn)行軌壓超調(diào)測(cè)試，工況1：轉(zhuǎn)速為1400rpm、油門100%；工況2：轉(zhuǎn)速為2000rpm、油門100%；工況3：轉(zhuǎn)速3200rpm、油門100%。分別在不同穩(wěn)定軌壓下進(jìn)行軌壓超越，測(cè)試軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)對(duì)軌壓超調(diào)的影響。工況1軌壓超調(diào)如本文3.3所述。

從圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16中可知，在工況2、工況3下：軌壓分別從800bar階躍到900bar、1100bar階躍到1200bar、1400bar階躍到1500bar，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓在階躍過(guò)程中軌壓超調(diào)越大。究其原因是，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增大，實(shí)際軌壓減小，實(shí)際軌壓與命令軌壓之間的誤差增大，之后通過(guò)PID調(diào)節(jié)，增大軌壓控制的PID補(bǔ)償量。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，高壓油泵供油速率增大，通過(guò)IMV閥控制計(jì)量閥進(jìn)入到高壓油軌中的供油速率增大，燃油能很快的進(jìn)入到高壓油軌，從而使軌壓超調(diào)隨軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)增大而增大。且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大對(duì)軌壓超調(diào)帶來(lái)的影響大于因IMV開度減小對(duì)軌壓超調(diào)帶來(lái)的影響。

3.5? ?不同工況下軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)對(duì)軌壓誤差的影響

試驗(yàn)中，在不同工況下進(jìn)行軌壓誤差測(cè)試，工況1：轉(zhuǎn)速為1400rpm、油門100%；工況2：轉(zhuǎn)速為2000rpm、油門100%；工況3：轉(zhuǎn)速為3200rpm、油門100%。分別在不同穩(wěn)定軌壓下進(jìn)行軌壓超越，測(cè)試軌壓傳感器2不同加權(quán)系數(shù)對(duì)軌壓誤差的影響。

工況1：轉(zhuǎn)速為1400rpm、油門100%，在轉(zhuǎn)速為1400rpm、油門100%工況下，采集軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)分別為0、0.25、0.5、0.75、1時(shí)的軌壓誤差。

從圖17、圖18、圖19、圖20、圖21、圖22、圖23、圖24、圖25中可知，在工況1、工況2、工況3下：軌壓分別為900bar、1200br、1500bar的條件下，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓誤差隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增大而增大。究其原因是，在穩(wěn)定工況、穩(wěn)定軌壓命令值的條件下，綜合燃油噴射、高壓燃油的流動(dòng)、高壓油軌之間連接的節(jié)流損失以及軌壓傳感器的布置位置的影響。燃油傳感器2監(jiān)測(cè)的軌壓一定程度上低于軌壓傳感器1監(jiān)測(cè)的軌壓值。軌壓控制過(guò)程中，將軌壓傳感器1、2監(jiān)測(cè)的軌壓值進(jìn)行加權(quán)處理后作為實(shí)際軌壓值，即設(shè)置軌壓傳感器的加權(quán)系數(shù)，之后計(jì)算出命令軌壓值與實(shí)際軌壓值的差值，并通過(guò)PID調(diào)節(jié)軌壓值。因此隨著軌壓軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增大，實(shí)際軌壓減小，PID調(diào)節(jié)的軌壓的補(bǔ)償量增大，從而使軌壓誤差一定程度上隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)增大而而增大。

另從上圖所示可知，針對(duì)本文所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)分別為0、0.25時(shí)，軌壓誤差基本相當(dāng)；軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)為0.25時(shí)的軌壓誤差稍大于軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)為0時(shí)的軌壓誤差。

4? ? 試驗(yàn)結(jié)論

1）綜上所述分析可知，在中低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、較低軌壓條件下，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓在階躍過(guò)程中的軌壓超調(diào)越?。坏S著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，此種影響越來(lái)越小，且在特定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之后，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓在階躍過(guò)程中的軌壓超調(diào)越大。

2）綜上所述分析可知，隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增加，軌壓誤差隨著軌壓傳感器2加權(quán)系數(shù)的增大而增大。

3）鑒于本文所述的試驗(yàn)結(jié)果分析，針對(duì)本文所述的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，軌壓傳感器2的加權(quán)系數(shù)取0.25時(shí)，兼顧軌壓超調(diào)和軌壓誤差，軌壓控制可取得較好的效果。

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