電控柴油機控制策略

電控柴油機控制策略主要是指柴油機的噴射技術，現在主流的技術是：電控泵噴嘴技術和高壓共軌技術。

基本介紹

• 中文名：電控柴油機控制策略
• 主要：是指柴油機的噴射技術
• 主流的技術：電控泵噴嘴技術和高壓共軌技術
• 高壓共軌：高壓油泵的供油方式

基本信息

高壓共軌(Common Rail)電噴技術是指在高壓油泵、壓力感測器和電子控制單元(ECU)組成的閉環系統中，將噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管(Rail)，通過公共供油管內的油壓實現精確控制，使高壓油管壓力(Pressure)大小與發動機的轉速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發動機轉速變化的程度.

共軌技術是指高壓油泵、壓力感測器和ECU組成的閉環系統中，將噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式，由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內的油壓實現精確控制，使高壓油管壓力大小與發動機的轉速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發動機轉速的變化，因此也就減少了傳統柴油機的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量大小取決於燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時間的長短。

高壓共軌技術

共軌系統將燃油壓力產生和燃油噴射分離開來，如果把單體泵柴油噴射技術比做柴油技術的革命的話，那共軌就可以稱作反叛了，因為它背離了傳統的柴油系統而近似於順序汽油噴射系統。共軌系統開闢了降低柴油發動機排放和噪音的新途徑

歐洲可以說是柴油車的天堂，在德國柴油轎車占了39%。柴油轎車已有了近70年的歷史，而最近10年可以說柴油發動機有了突飛猛進的發展。在1997年，博世與賓士公司聯合開發了共軌柴油噴射系統 (Common Rail System)。今天在歐洲，眾多品牌的轎車都配有共軌柴油發動機，如標緻公司就有HDI共軌柴油發動機，菲亞特公司的JTD發動機，而德爾福則開發了Multec DCR柴油共軌系統。

共軌系統與之前以凸輪軸驅動的柴油噴射系統不同，共軌式柴油噴射系統將噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開。電磁閥控制的噴油器替代了傳統的機械式噴油器，燃油軌中的燃油壓力由一個徑向柱塞式高壓泵產生，壓力大小與發動機的轉速無關，可在一定範圍內自由設定。共軌中的燃油壓力由一個電磁壓力調節閥控制，根據發動機的工作需要進行連續壓力調節。電控單元作用於噴油器電磁閥上的脈衝信號控制燃油的噴射過程。噴油量的大小取決於燃油軌中的油壓和電磁閥開啟時間的長短，及噴油嘴液體流動特性。

燃油噴射壓力是柴油發動機的重要指標，因為它聯繫著發動機的動力、油耗、排放等。共軌柴油噴射系統已將燃油噴射壓力提高到1800巴

最近2年，匹配直噴柴油發動機的轎車在歐洲得到了顯著發展，有著高效和出色的燃油經濟性，並降低了發動機噪音。直噴柴油發動機使用的是泵噴嘴系統，國內生產的1.9TDI寶來就套用這一系統，最高噴射壓力可達到1800巴。泵噴嘴直噴系統好雖好，但燃油壓力不能保持恆定，隨著排放控制的更加苛刻，就需要更高及恆定的柴油噴射壓力和更完善的電子控制，於是眾多製造商們就把優點更多的柴油共軌系統作為柴油發動機的發展方向。這一系統有很高的燃油壓力，並能提供彈性燃油分配控制，通過ECU靈活地控制燃油分配、燃油噴射時間、噴射壓力和噴射速率。通過對以上特性的控制，共軌已經使柴油機的回響性和駕駛舒適性達到了汽油發動機水平，同時它具有著顯著的燃油經濟性和低排放特性。

在發動機所有轉速範圍內保證高燃油壓力，高的噴射壓力可以在低轉速工況下獲得良好的燃燒特性

由凸輪軸驅動控制的軸向柱塞式分配泵的發動機，燃油系統壓力與發動機轉速呈線性關係，在發動機低轉速時形成燃油壓力不足，而共軌系統能夠在發動機的所有轉速範圍內獲得非常高的燃油壓力。靈活的電子控制系統對正時和噴射壓力的控制在發動機各種工況下都能夠獲得低排放和高效率。由於壓力的形成與噴射過程分離，使發動機設計人員在研究燃燒和噴油過程時獲得了更大的自由。可根據發動機工況的要求調節噴射壓力和噴射正時，使發動機在低速工況下也能實現完全燃燒，所以即使是在很低的轉速也能獲得大扭矩。預噴射技術的套用在降低排放和噪音方面取得了更大的進步。

供油系統精確控制

低壓油泵將柴油從油箱中吸出，經過過濾提供給高壓油泵，在低壓泵內有一電磁閥控制燃油到達高壓泵室，燃油進入管形蓄壓器—燃油軌道。在共軌上有壓力感測器時時監測燃油壓力，並將這一信號傳遞給ECU，通過對流量的調節控制共軌內的燃油壓力達到希望值。噴射壓力根據發動機運轉條件的不同從200～1800巴，再通過電腦控制分別噴射到氣缸中，共軌不但保持了燃油壓力，還消除了壓力波動。

燃油噴射是很複雜的機械、液壓、電子系統聯合做業，要適應發動機各種工況下的工作環境，在燃燒之前燃油必須經過過濾和增壓，在準確的時間以一定的噴射速率噴射到每一個氣缸內。發動機電腦控制廢氣再循環、增壓、排氣後處理系統，以得到最佳的發動機特性和廢氣排放。

最新代共軌發動機

噴油器的緊湊結構使得共軌系統即使對小排量4氣門發動機也是一個實用方案。在1999年年底誕生了裝配著3缸共軌柴油發動機的Smart，它的排量只有799mL，最大功率30kW，在1800～2800rpm時輸出最大扭矩100Nm。

在今年賓士公司推出的E320上安裝了第二代共軌發動機，最大功率150kW，1000rpm時輸出扭矩250Nm，在1400rpm時即可得到峰值扭矩的85%，在1800～2600rpm的廣闊區域內實現500Nm的峰值扭矩。0～100km/h的加速時間只有7.7秒，最高車速243km/h。綜合油耗是6.9L/100km，80L的油箱使續航能力達到了1000km。而配有汽油機的E320的綜合油耗是9.9L/100km。

柴油共軌系統已開發了3代，它有著強大的技術潛力

第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導致能量的浪費和很高的燃油溫度。第二代可根據發動機需求而改變輸出壓力，並具有預噴射和後噴射功能。預噴射降低了發動機噪音：在主噴射之前百萬分之一秒內少量的燃油被噴進了氣缸壓燃，預加熱燃燒室。預熱後的氣缸使主噴射後的壓燃更加容易，缸內的壓力和溫度不再是突然地增加，有利於降低燃燒噪音。在膨脹過程中進行後噴射，產生二次燃燒，將缸內溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳氫化合物。

由於其強大的技術潛力，今天各製造商已經把目光定在了共軌系統第3代——壓電式(piezo)共軌系統，壓電執行器代替了電磁閥，於是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結構上更簡單。壓力從200～2000巴彈性調節。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOX的排放。

“電控”是指噴油系統由電腦控制， ECU（俗稱電腦）對每個噴油嘴的噴油量、噴油時刻進行精確控制，能使柴油機的燃油經濟性和動力性達到最佳的平衡，而傳統的柴油機則是由機械控制，控制精度無法得以保障。

“高壓”是指噴油系統壓力比傳統柴油機要高出3倍，最高能達到200MPa（而傳統柴油機噴油壓力在60—70 MPa），壓力大霧化好燃燒充分，從而提高了動力性，最終達到省油的目的。

“共軌”是通過公共供油管同時供給各個噴油嘴，噴油量經過ECU精確的計算，同時向各個噴油嘴提供同樣質量、同樣壓力的燃油，使發動機運轉更加平順，從而最佳化柴油機綜合性能。而傳統柴油發動機由各缸各自噴油，噴油量和壓力不一致，運轉不均勻，造成燃燒不平穩，噪音大，油耗高。

現在，國內製造的具備國際先進的電控高壓共軌技術的柴油發動機採用了歐美柴油機的最新核心技術，明顯優於傳統增壓柴油機。它比傳統增壓柴油機燃燒效率提高8%、二氧化碳排放低10%、噪音下降15%，徹底改變了柴油機在人們心目中“噪音大、冒黑煙”的形象。

結構原理及特點

高壓共軌系統利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來，並消除燃油中的壓力波動，然後再輸送給每個噴油器，通過控制噴油器上的電磁閥實現噴射的開始和終止。

其主要特點可以概括如下：

共軌腔內的高壓直接用於噴射，可以省去噴油器內的增壓機構；而且共軌腔內是持續高壓，高壓油泵所需的驅動力矩比傳統油泵小得多。

通過高壓油泵上的壓力調節電磁閥，可以根據發動機負荷狀況以及經濟性和排放性的要求對共軌 腔內的油壓進行靈活調節，尤其最佳化了發動機的低速性能。

通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調節不同工況下預噴射和後噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。

高壓共軌系統由五個部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類感測器和執行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進油口，由發動機驅動的高壓油泵將燃油增壓後送入共軌腔內，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應時刻噴油。

預噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內發生預混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內壓力升高率和峰值壓力都會下降，發動機工作比較緩和，同時缸內溫度降低使得NOx排放減小。預噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統的冷起動性能。

主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內噴入氣缸內的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時間從而縮短緩燃期，使燃燒在發動機更有效的曲軸轉角範圍內完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳氫排放。