高压共轨燃油系统喷油量不均的研究

陈华其， 孟利清

(西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明650224)

研究与设计

高压共轨燃油系统喷油量不均的研究

陈华其， 孟利清

(西南林业大学机械与交通学院，云南 昆明650224)

介绍了高压共轨电喷技术的工作原理，分析了致使喷油量产生差异的几个主要因素，并提出了解决各缸喷油量不均匀问题应采取的措施。

高压共轨；喷油量；研究方法；不均匀性

高压共轨电喷技术是指以高压油泵、压力传感器和电子控制单元组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。系统工作时由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小不受发动机的转速影响，该技术可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。

柴油机高压共轨系统具有控制自由度高和处理信息能力强、喷射系统参数可柔性控制、改善柴油机的排放及提高柴油机动力性和经济性等特点[1-2]。

1 高压共轨燃油系统工作原理

系统工作时燃油首先经过油箱粗滤器，然后经低压油泵输出，此时燃油已具有了一定压力，再经过精滤器过滤到达高压油泵，经高压油泵加压后输出高压燃油，此时的燃油压力不低于130 MPa[3]。进入共轨管的燃油经滤波、稳压形成高压燃油的喷油压力，当相应的喷油器需要喷油时，电控单元发出指令，喷油器的电磁阀开启即可开始喷油。高压共轨喷油系统结构如图1所示。

2 喷油量不均匀的主要判定方法

2.1 示功图法

判别各缸喷油不均匀性的最直接方法是通过示功图判断发动机各缸负荷的差异，但测量缸内压力比较麻烦，一般需破坏发动机机体结构(如在缸盖上打孔等)来安装传感器。气缸内部一直处于高压高温状态，传感器的工作环境相对恶劣，此外还需对其进行冷却，而且安装也不方便。测量缸内压力时通常使用压电式传感器，这种传感器的测量系统比较复杂，因其信号输出为电荷量，在使用过程中需要用电荷放大器把输出的电荷量转化为电压量。

图1 高压共轨喷油系统结构

2.2 曲轴瞬时转速法

曲轴瞬时转速法是间接测量各缸喷油不均匀的方法，这种方法是利用内燃机往复运动和各缸间歇作功的原理，通过各缸的曲轴相位与其相对应曲轴瞬时转速的波动来判断各缸喷油的不一致性。曲轴瞬时转速法的检测原理是根据各缸输出的扭矩来进行判别，若输出的扭矩不同，则引起曲轴角速度不同，通过检测各缸的转速与其始点波动的大小，以及与各缸的瞬态转速加速度进行对比，从而确定出差异。该方法的计算量较大，计算精度要求也比较高。

2.3 单缸断缸法

单缸断缸法是在发动机实验台架上测定多缸柴油发动机各缸工作不均匀性时最常用的一种方法，其基本原理是利用各缸的功率进行判断，通过对各缸轮流停止供油，使各缸分别停止工作，从而得到各缸的指示功率，再以各缸的功率差来反映各缸工作的均匀性。判断方式有多种，有的是以各缸的转速差作为评价依据，有的是以各缸的扭矩差作为评价依据，但都是以各缸指示功率的不同作为评价依据。这种方法主要在发动机实验台架上进行。

3 喷油量产生差异的主要原因

①柴油发动机各缸受结构设计、制造加工技术等多方面的影响，使各缸的几何参数之间存在一定的差异，导致喷油量不同；②各喷油器控制电路的线路布置、通道结构以及各元器件之间存在的微小差异也会引起各缸的电气特性不同，导致喷油量不同；③发动机共轨管内的燃油压力即使在稳态工况下也存在波动，引起喷油器间的喷油量、喷油规律、喷油时刻和喷油循环间的不同[4-6]；④发动机各缸进气管、排气管的位置和结构、发火顺序也会引起各缸进气量不同，导致喷油量不同[7-11]；⑤发动机使用过程中各气缸的磨损情况不同，使各缸漏气量存在差异，导致喷油量不同。这些都是造成发动机各缸喷油量不一致的影响因素。

3.1 喷油器加工精度的影响

喷油器的控制活塞直径、进出油节流孔孔径和孔径比都对喷油量有明显的影响[12-13]。对于喷嘴偶件来说，理论设计参数和要求的流量可以达到一致，但在实际制造过程中由于受技术条件和设备加工精度的影响，实际的流量值与理论流量值不完全相同。当实际流量值的偏差超过一定范围时，柴油机的性能就受到影响。①喷孔直径存在差异时会造成喷孔面积不一致，从而使喷出的流量不同；②喷孔的加工精度达不到要求时会造成流量系数的不一致，从而使实际流量不同；③各喷油器的流量系数存在偏差，在静态流量达到要求时动态流量仍存在较大的差异。

3.2 轨道压力波动的影响

高压共轨喷油系统采用压力-时间式燃油计量原理，喷油器电磁阀通电时间和轨道压力决定着每次燃油的喷射量，要保证每次喷油量均匀则必须精确控制喷油压力和共轨压力，二者中控制共轨压力的精确性更为关键[14]。为实现共轨压力的动态调节，压力反馈采用了闭环控制和模糊PID算法。

3.3 电路的影响

在高压共轨喷油系统中，电控喷油器的喷油时刻由电控单元控制电磁阀来完成，电磁阀响应时间则由系统反力和电磁吸力共同决定。保持电流、峰值电流等电路参数将直接影响电磁吸力的大小，针阀升程的大小则取决于电磁吸力和系统反力的合力。电磁阀开启和喷油量主要由峰值电流、保持电流和开启时间等参数保证。喷油器的喷油开始时刻和喷油结束时刻不同是由针阀开启和关闭的响应时间不同造成的，在相同控制脉宽范围内，峰值电流的上升时间要控制在0.05～ 0.5 ms范围内，因此只有保持电流与峰值电流满足要求才能确保喷油量的均匀。

4 结束语

(1)由于加工精度的不同使各喷油器之间存在差异，可以通过对喷油器之间的流量差进行补偿，对同一组的喷油器进行精度差修正实验时，可以在不同的轨道压力下给不同的修正脉宽，以使各缸的喷油量一致。

(2)在不同的工况下，尤其是怠速和加速工况，可采用模糊PID参数调节压力，根据各喷油器的流量特性曲线修正喷油脉宽。

(3)电源电压波动使电磁阀开启和关闭时间产生波动，从而引起喷油量波动，这一问题可通过检测喷油器电流来进行修正。

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(责任编辑 张雅芳)

Study on the Uneven Fuel Injection Amount of A High-pressureCommon Rail Fuel Injection System

CHEN Hua-qi， MENG Li-qing

(School of Transportation and Machinery Engineering，Southwest Forestry University，Kunming Yunnan 650224，China)

The working principle of the high-pressure common rail electronic injection technique is introduced，several major factors resulting in the difference in the injected fuel amount are analyzed and measures that should be taken to solve the uneven fuel injection amount problem of each cylinder are presented.

high-pressure common rail；fuel injection amount；research method；nonuniformity

2016-10-09

陈华其(1990-)，男，海南海口人，硕士研究生，主要从事内燃机的研究，E-mail：chenhuaqi108@126.com。

TK421

A

2095-2953(2017)03-0044-03