共轨式电控柴油机控制特性分析

赵文珅　孙燕

摘 要：文章对共轨式电控柴油机常见的控制特性进行了详细分析，目的是使发动机爱好者和操作者能够全面地熟悉其特点，更加有效地操作和使用，希望能为检修人员在电控柴油机的研究、使用方面提供参考。

关键词：共轨式 电控发动机 控制特性 分析

中图分类号：U664.121 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（b）-0040-02

高压共轨技术的柴油机其燃油系统具有较高的喷射压力和更加灵活的喷油方式。进一步降低了燃油消耗、减少了噪音和满足了更加严格的排放法规，因此成为柴油机电控燃油喷射系统的翘楚。共轨式电控柴油机的控制特性比较多，不同厂家生产出来的柴油机其控制特性也略有不同，下面分析的是常见的控制特性。

（1）喷油量控制：电控柴油机喷油量控制功能是指在发动机启动、怠速及正常运转等各种工况下，电控单元ECM根据发动机的转速信号、负荷信号和内存控制模式来确定基本喷油量，再根据冷却液温度、进气温度传感器等对喷油量进行修正。为了获取实际喷油量，还应计算出喷油器电磁阀开启时间，并向执行器发送信号，控制喷油器电磁阀供油开始、供油结束的时间，从而控制喷油量。

（2）喷油正时控制：电控单元ECM根据发动机的凸轮轴位置信号、转速信号和ECM中内存的控制模式来确定基本喷油提前角，再根据反馈信号进行修正。

（3）喷油压力控制：在高压共轨系统中，ECM根据安装在高压共轨上的燃油压力传感器的反馈信号，计算出实际所需要的喷射压力。并将其值与目标压力值进行比较，然后发出指令控制高压油泵中的压力调节阀使高油共轨中的燃油压力实现闭环控制，完成最佳喷油压力控制。

（4）喷油速率控制：电控单元ECM根据发动机运行的需要，可以设置并控制喷油速率。喷油速率分预喷射、主喷射、后喷射等多段喷射。理想的喷油规律要求喷射初期缓慢、喷油速率不要太高，目的是减少在滞燃期内的可燃混合气量，降低初期燃烧速率，以达到降低最高燃烧温度和压力升高率，来抑制氮氧化合物的生成、降低燃烧噪声。采用预喷射是实现初期缓慢燃烧的方法。主喷射发生在喷油中期，在主喷射阶段，采用高喷射压力和高喷油速率可以加快燃烧速度，防止生成微粒和降低热效率，还可以加快可燃混合气的扩散燃烧速度。在喷油后期要求迅速结束喷射，防止在较低的喷油压力和喷油速率下燃油雾化变差，导致燃烧不完全而使HC和微粒物排放增加。后喷射可有效降低排放物。在高压共轨系统进行多次喷射，可使喷油规律得到优化。

（5）进气控制：电控柴油机进气控制主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。进气节流控制是ECM根据柴油机的转速和负荷信号，控制进气管中的节气门开度，以满足不同工况下进气量的大小。可变进气涡流控制也是ECM根据柴油机转速和负荷信号，按ECM内部储存的程序对进气涡流强度进行控制，以满足柴油机在不同工况下对进气涡流强度的要求。可变配气正时控制也是ECM根据柴油机转速和负荷信号、按ECM内部储存的程序对配气正时进行控制，以满足柴油机在不同工况下对配气正时的要求。

（6）增压控制：ECM根据柴油机转速和负荷信号、增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等，实现对废气涡轮增压器工作状况和增压压力的控制，借以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。

（7）排放控制：柴油机的排放控制主要是对废气再循环阀（EGR）、选择性催化还原装置（SCR）或微粒捕集器（DPF）进行控制。电控单元ECM根据柴油机转速和负荷信号，对安装的机外净化装置进行控制，以使柴油机排放达欧Ⅲ标准。

（8）巡航控制：安装有巡航控制系统的电控柴油机车辆，当使用巡航控制时，电控柴油机按选定的巡航控制模式运转，电控单元ECM根据车速信号等使柴油车自动维持所设定的车速保持稳定行驶。而当按下解除巡航控制开关时，可使巡航控制自动解除。

（9）故障诊断和失效保护：柴油机电控系统具有故障诊断和失效保护功能。当柴油机电控系统出现故障时，电控单元ECM能识别已出现的故障，使故障指示灯点亮，提醒驾驶员应尽快停车检修。维修人员可以调出相关故障码，进行检修。当电控柴油机出现故障时，失效保护功能起作用，可使柴油机强制切断燃油供给，以免发动机继续运转而受到损坏。

（10）调速器形式转换：通过设在驾驶室内的开关， 驾驶员可对ECM的调速器功能进行转换，即可在传统的车用两极调速器和全程调速器之间进行转换。除了通过开关控制外，也可以使用故障诊断服务软件直接对ECM进行调速器的设定。调速器形式的转换只能在零油门位置的时候进行。

（11）发动机保护：发动机保护功能是电控柴油机的标准特性。ECM通过监测下列4个运行参数（冷却液位、冷却液温度、机油压力和进气温度）来决定是否启动发动机保护功能；当ECM监测到上述的一个或几个参数超出一定的范围，会采取降低输出扭矩，降低发动机转速直至强行关闭发动机等措施，以保护发动机。

（12）排气制动：由ECM来控制，当司机打开仪表台上的排气制动开关后，ECM根据一定的条件来决定是否启动排气制动。如发动机转速是否在1 000 rpm以上，油门和离合器踏板的状态等。另外ECM控制的排气制动还可以和巡航控制配合工作，以充分发挥排气制动的功能。例如在巡航状态下，当车速高于设定的巡航车速时，可以启动排气制动，以使车速稳定在设定的巡航车速。

（13）怠速停机：发动机长时间低怠速运转会产生很多不利的影响。比如柴油燃烧不充分，容易在缸内形成积碳；未燃烧的柴油在缸内积聚，进入油底壳稀释机油；另外尾气排放污染也很严重。ECM的怠速关机功能能够监测到发动机长时间低怠速运转状态而没有任何司机指令输入时，ECM将启动怠速关机功能，首先通过黄色警告灯闪烁30 s来警告司机，如果司机在此30 s内依然没有任何的指令输入，发动机将自动停机。

（14）安全回家：因为在油门发生故障时，ECM没有得到油门信号，如果安全回家功能已经启用，此时ECM将根据怠速有效开关的状态来决定是否给油。如果此时司机踩下油门，则ECM将给出一个固定的喷油量，以使发动机可以保证车辆安全行驶回维修厂做维修。

（15）低怠速的调整：发动机低怠速的调整范围一般是600～800 rpm，低怠速可以通过故障诊断服务软件来调整，也可以通过仪表台上的开关来实时进行调整。

（16）保养提醒功能：保养提醒功能就像一个闹钟一样会定时提醒司机做车辆保养， 在保养功能提醒设置中，司机可以根据自己的运行工况和用油情况自己设定保养间隔。在保养间隔前的一定时间内，ECM将通过仪表台上的保养指示灯提醒司机及时做车辆保养。

（17）远程油门：远程油门为装在驾驶室以外的、用于控制发动机的油门，大部分电控发动机都提供了安装远程油门的选项。

（18）PTO调速控制：在PTO模式下，发动机工作在一个设定的PTO工作转速下，PTO调速功能保证发动机转速的稳定，而不管负荷如何变化。

高压共轨系统是目前世界上最先进的燃油系统，德国博世（Bosch）公司已经将高压共轨系统发展到第三代，其优点是可以实现高压喷射，最高压力达到200 MPa，并且高压燃油的产生和喷射完全独立，燃油喷射的时刻和数量控制精度高，能够有效地抑制和减少尾气排放物中的有害成分，减少了噪音，满足了更加严格的排放法规。目前，高压共轨系统已广泛应用在载货汽车、客车以及工程机械等柴油发动机上。

参考文献

[1] 康明斯发动机有限公司.ISBe系列发动机故障判断和维修手册[Z].2004.

[2] （美）Dick H.King.发动机计算机管理系统：汽车电喷技术[M].电子工业出版社，1997.