高压共轨柴油机高压油泵控制策略研究

池兴文

摘 要：由于高压共轨柴油机不同工况下对轨压有不同的要求，因此研究不同工况下高压油泵的控制原理并制定相应的控制策略，对准确的建立共轨压力有着关键作用。本文将结合前人研究成果，通过方法研究，简单的系统的分析和优化各种工况下柴油机高压油泵的控制策略，提出各种工况下发动机性能优化的方法。

关键词：柴油机；高压共轨；高压油泵；控制策略

当今社会，能源短缺成为困扰人类的全球性问题，在日趋严重的能源危机的前提下，人们的环保意识逐渐提高，内燃机行业领域，柴油机越来越受到青睐。相比汽油机能减少四分之一左右的二氧化碳排放，在车速较低时，平均燃油消耗也是相对较低的，但柴油机的排放控制又是一个难点。目前车用柴油机节能减排的关键技术之一就是高压共轨燃油喷射系统，因其使用独特的电控方式，具有柔性控制特点。高压油泵是燃油喷射系统的关键，所以高压油泵的控制策略直接影响轨压的稳定性，从而进一步影响发动机各种状况下的经济性能，

高压共轨系统是由高压油泵，压力传感器和ECU三部分组成的，将喷射压力的产生和喷射过程完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使油管的压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此改善了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。通过控制燃油喷射压力，改善燃油物化质量和颗粒物的排放，从而使柴油机经济性能得到提高。

一、高压油泵的结构分析

一般而言对于柴油机高压油泵进行研究之前首先需要了解高压油泵的结构和不同结构对于高压油泵的性能影响，在对高压油泵的结构进行分析是我们着重需要先分析高压油泵内部的结构参数，对于结构参数的分析常常采用Simulink、GT-fuel、AVL-hydsim、 LMS-amesim等技术，通过仿真模拟来了解各个结构对于高压油泵性能产生的影响，并做出相对应的优化设计，通过对于结构参数的分析来选择相对应的优化控制方案，但是时常会忽略连续变工况轨压的控制和研究，缺乏对变量的参考和分析，所研究的控制策略也就缺乏实践效用，为了进一步加强对于高压油泵的控制分析，不断的优化控制手段，国内外也展开了大量的研究，如德国的PID 控制算法、INCA 在线监测等方式，其中PID 控制算法应用最为广泛，应用范围相对较广，经过大量的推广和完善也逐渐的成熟，但是仍旧存在着一些缺陷，为此本篇文章在研究和测算的过程当中还应用到了Simulink 和 AMESim模拟模型，以此来推动控制策略的完善和升级。通过设计控制策略（MATLAB/simulink）和一维流体仿真（AMESim）联合仿真（Freescale CodeWarrior）联合仿真生成代码（GW2.8TC HT）的方式分析在不同情况下应当如何采取对应的控制手段。

在建模过程当中首先需要明确的是高压油泵内部的重点结构，首当其冲的就是高压共轨系统中共轨管子模型的建立，高压共轨系统顾名思义共轨管在其中扮演着不可替代的角色，而在对于共轨管进行分析的时候，共轨管的分析需要尤为重视，其链接着喷油器，同时链接着出油阀，起着承上启下的作用，而共轨管的确立也可以保证高压共轨柴油机内部的燃油压力，控制燃油波动，其重要性不言而喻，通过对于轨压的分析利用特定的公式实现控制。

其次我们需要对于高压油泵进行分析和研究，高压油泵的工作决定着共轨管内部的压力，当高压油泵内部喷射的压力得以控制时也可以较好的控制柴油机的工作性能，而在对于高压油泵进行分析时可以从冷启动和急加速两种状态分析，保证在不同状态下高压油泵可以在第一时间作出反应，达到柴油机工作性能有效实现的需求，通过控制进油安全阀和出油阀的方法对高压泵进行有效控制，利用电磁感应的方式控制进油阀的工作，以此来平衡高压油泵内部的压力值，利用连续方程分析供给压力、压入油量、流油量、流出压力、偶件流油量等数值，对于高压共轨系统柴油机的燃油量计算可以从弹簧的常开和常闭两种状态分析，进行针对性的讨论和研究。

再次需要对喷油器进行分析和研究，一般而言是分析二位二通式喷油器，研究的也是喷油器的喷射过程，首先需要明确喷油器的工作原理，即弹簧预紧力的作用以及弹簧预紧力对于电枢、球阀的影响，通过控制锨铁实现对于油泻量的控制，利用喷油器针閥实现喷油控制。

二、各种工况下如何实现对于高压油泵的控制

（一）起动工况

在运行过程中，常常会频繁起停，因此良好的起动性对于发动机来说是非常基本和重要的。合适的喷射压力可以保证良好雾化和精确控制喷油，柴油机轨压的快速建立有利于柴油机快速起动，达到可靠起动和低排放的要求。

（二）怠速工况

怠速工况的分析主要是类似于汽车行驶过程中的迅速前行，即通过发动机的运转让汽车柴油发动机的功率维持在一定的转速上，在这个过程中想要对柴油机高压泵进行研究和控制重点需要考虑的也是内部摩擦问题，同时还需要考虑内部摩擦与对应的零件产生的负荷，有效控制，维持稳定性能，在这个过程当中需要着重考虑的是所需要驱动的附件以及附件的数量和附件承受的负荷，明确各缸的区别，调节燃油喷射量，以此实现有效控制，维持平稳运行。

（三）常规工况

常规工况主要是指通过发动机的常规运作实现常规功率，这里与怠速工况的一个主要区分在于常规工况更加强调发动机做功迅速，而怠速工况则更加强调发动机所做的功率可以保证汽车的常速运转，一般而言，常规工况的分析和控制只需要通过PID 反馈技术就可以实现较好的控制效果，而经过长期的研究和改革，在上文中也有所提及，现阶段的PID 反馈技术发展相对较高，已经取得了较高的成就，在本篇文章中也不必过多赘述。

（四）过渡工况

一般而言汽车运转和汽车行驶过程中较为常见的工况，因为汽车在不同时间段不同区域需要做出不同的效果，甚至在不同路况下还会出现急加速和急减速以及急刹车的情况，再这样情况下就需要考虑加速踏板的开度问题，通过对于加速踏板的开度分析来明确加速阈值，然后实现控制，达成目标，同时还需要考虑的事在加速过程中的动力冲击，通过多方面考量来实现控制。

结束语

想要实现对于柴油机高压油泵的有效控制首先就需要明确高压油泵内部的有效结构以及相对应的数据分析技术，以此来推动控制技术的有效分析，在对高压油泵结构分析时需要着重分析高压共轨的共轨管、高压油泵、喷油器等重要结构进行分析，并选择对应的方法，了解常量和变量，有效控制，然后根据不同工况做出不同的控制策略选择，一般而言柴油机的工况主要可以分为启动工况、怠速工况、常规工况和过渡工况，从这四方面来进行分析，找出有效的控制手段。

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池兴文：1990 ，男，满族，籍贯：黑龙省绥滨县，主管工程师/无，大学本科，北油电控燃油喷射系统（天津）有限公司（天津市，300000），提高柴油机高压共轨系统高压泵油能力的研究