依維柯柴油機(jī)

南京依維柯索菲姆電控共軌柴油機(jī)及整車匹配技術(shù)資料一、 引言共軌柴油噴射系統(tǒng)（CommonRailSystem）是隨著世界范圍內(nèi)對柴油機(jī)排放要求的提高以及電子控制技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的新一代燃油系統(tǒng)，它相對于其他燃油系統(tǒng)，在排放、噪聲、振動和經(jīng)濟(jì)性等要求方面，具有極大的優(yōu)越性。歐美汽車發(fā)達(dá)國家已研制出成熟的共軌柴油機(jī)，并在汽車上獲得應(yīng)用。相比而言，我國對于共軌柴油噴射系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，還差距甚遠(yuǎn)。南京依維柯公司為了滿足中國實(shí)施的柴油車歐III排放標(biāo)準(zhǔn)要求，從依維柯公司引進(jìn)了索菲姆8140.43S發(fā)動機(jī)，它是國內(nèi)首例達(dá)到歐m排放標(biāo)準(zhǔn)的小型柴油機(jī)。引進(jìn)之初，依維柯公司和博世公司都持謹(jǐn)慎態(tài)度，因?yàn)樗鞣颇?140.43S共軌發(fā)動機(jī)比之前以凸輪軸驅(qū)動的索菲姆2.8L柴油噴射系統(tǒng)，在共軌、電控技術(shù)以及對中國燃油品質(zhì)和環(huán)境適應(yīng)性要求方面，難度大很多。南京依維柯公司經(jīng)過嚴(yán)格的二次開發(fā)，國產(chǎn)化索菲姆8140.43S發(fā)動機(jī)已經(jīng)正式下線，裝配該發(fā)動機(jī)的都靈V汽車也已投產(chǎn)并取得了很好的市場表現(xiàn)。二、 柴油發(fā)動機(jī)的電控共軌技術(shù)（一）概述為了降低排放中的微粒，要求特別高的噴射壓力。如圖1，索菲姆8140.43S柴油發(fā)動機(jī)采用博世EDCMS6.3電控共軌系統(tǒng)（注:EDC是ElectronicDieselControl的縮寫，6.3代表控制單元的版本），它能適應(yīng)柴油機(jī)高度復(fù)雜的控制需要，最高噴射壓力可達(dá)135MPa，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min。其中，“燃油軌（共軌）”是儲存燃油的公共油軌，它使噴射時間能夠自由地組織，完全與系統(tǒng)壓力獨(dú)立?！案邏罕谩庇脕砩蓢娚鋲毫?，它和燃油的噴射過程是獨(dú)立的，生成的高壓燃油被儲存在共軌中等待著噴射?！半姶艊娪推鳌本哂蓄A(yù)噴功能，在主噴之前1%秒內(nèi)，少量的燃油被噴進(jìn)了氣缸壓燃，預(yù)加熱燃燒室。預(yù)熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過程中進(jìn)行后噴射，產(chǎn)生二次燃燒，將缸內(nèi)溫度增加200°C?250°C，降低了排氣中的碳?xì)浠衔??！半娮涌刂茊卧狤CU”是共軌系統(tǒng)的控制中心，它計(jì)算需要的燃油噴射量、噴射始點(diǎn)和噴射壓力，控制噴油器中的電磁閥的動作，使得每一氣缸的燃油噴射始點(diǎn)是完全獨(dú)立控制的。IE[-!i?iMS6.3t'r.riir二、發(fā)動機(jī)的基本參數(shù)索菲姆8140.43S共軌發(fā)動機(jī)的基本參數(shù)見表1及圖2、圖3。

i1逑rVr3140.43^HHL%十SV也蚌札1!哆81404394沖rraMjt丁印歌■4零i?tm板|耳I：H?L的fl'flw1丁那原淄：9S5i火■序L-3-4-2M■蛙學(xué)大網(wǎng)癥kW和州舟特瞎rmJ600用明的檔井用；E率2fiO尊大怕每而190日1幔明也IUUlaw用腐眄攜鼎弟隹零eI^b加5■丈寶薪?jīng)_電rz：E4200M 5r.'m螂IIM知詢盧d&Ai：tuLrpmn3三、電控共軌系統(tǒng)的架構(gòu)

如圖4,是索菲姆8140.43S發(fā)動機(jī)共軌燃油系統(tǒng)的架構(gòu)，分為燃油供應(yīng)系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)兩部分，系統(tǒng)零部件的組成及在汽車上的布置見圖5。IE4 迎疏機(jī)日薪裝靠域鼻曲幟喜事，方為岑君小蓑北呻牛院乜■耳，例獨(dú)58*4 審小例11宥閂嘲〕亭中■HUI置K,■展出期iUKAAtBIlL?. ?；％炒乳兒卻輸，■UL『QHklfflLLE皿醫(yī)?種?密■助由13-^至尊14*W扯■tTttRV]^版.為?用Bl$- 】LMH/38-*■■■帖專!9】保電喝皿W;H■■策-■■翌-嘩電Jtn-史F神氏唇次F甘力柯—細(xì)L Arirt* it "5H棉Tifl][rNMhiT-IE5An?itVJEft-?n：ri；mi?（四）電子控制策略索菲姆8140.43S發(fā)動機(jī)油門的控制方式為電子控制（線控），取消了傳統(tǒng)的拉絲控制，信號傳遞快?？刂茊卧哂锌刂坪驮\斷功能，能對系統(tǒng)中其他零部件實(shí)行閉環(huán)控制，并對系統(tǒng)執(zhí)行許多精密的診斷。它根據(jù)從各個傳感器監(jiān)測到的各種參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析、判斷并下達(dá)控制指令給各個執(zhí)行器（如噴油器等）。由于采用電子控制，因此，可控制的范圍較廣。系統(tǒng)主要的控制策略包括以下方面：自診斷 閃爍代碼控制單元自診斷系統(tǒng)檢測來自各個傳感器的發(fā)信號，并將它們與限定值進(jìn)行比較，如果超出，則記錄相應(yīng)的故障代碼，該代碼以不同的閃爍頻率被儀表指示燈顯示。燃油溫度當(dāng)在柴油濾清器上探測到燃油溫度超過75r時，控制單元控制壓力調(diào)節(jié)器降低管道壓力（不修正噴射）。假如溫度超過90°C時，則功率將低60%。燃油噴射量控制單元根據(jù)來自傳感器的信號和map值，控制壓力調(diào)節(jié)器、在2200rpm改變預(yù)噴時間及改變主噴時間。怠速調(diào)整控制單元處理來自各種傳感器的信號并調(diào)節(jié)燃油的噴射量、控制壓力調(diào)節(jié)器的壓力、改變電磁噴油器的噴射時間并保持蓄電池電壓在一定范圍。調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速平滑過渡（防鋸齒）控制單元處理從傳感器收到的信號，通過壓力調(diào)節(jié)器和電磁噴油器打開時間來決定將要噴射的燃油量，以保證在轉(zhuǎn)速提高時調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)勻速地增加轉(zhuǎn)速。加速排放煙度在急加速時，根據(jù)從電位計(jì)（加速踏板傳感器）和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速收到的信號，控制單元控制壓力調(diào)節(jié)器、改變電磁噴油器的噴射時間，以決定最適宜的噴油量?？照{(diào)系統(tǒng)的執(zhí)行控制單元操作空調(diào)壓縮機(jī)：（1） 當(dāng)按壓相應(yīng)的空調(diào)控制開關(guān)時，控制壓縮機(jī)的接通/斷開；（2） 在急加速或滿負(fù)荷要求或發(fā)動機(jī)冷卻溫度到達(dá)接近105^時，立即切斷壓縮機(jī)（將近6秒）。燃油泵控制與速度無關(guān)，電子控制單元：（1） 當(dāng)鑰匙接通時向燃油泵供電；（2） 假如發(fā)動機(jī)在幾秒鐘內(nèi)沒有起動，則切斷燃油泵的電源。氣缸位置在發(fā)動機(jī)的每一個循環(huán)行程內(nèi)，控制單元識別哪一缸在做功行程并操作適當(dāng)氣缸的噴射次序。預(yù)噴和主噴的提前角按照來自各個傳感器的信號，包括裝在控制單元中的絕對壓力傳感器，控制單元根據(jù)內(nèi)部脈譜圖來決定最適宜的噴射點(diǎn)。噴射壓力的閉環(huán)經(jīng)過對來自各個傳感器信號的處理來決定發(fā)動機(jī)負(fù)載，并根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)載，控制單元操作調(diào)節(jié)器獲得最適宜的管道壓力。燃油供應(yīng)正確供油可以避免噪音、排煙、過載、過熱和增壓器超速，供油的計(jì)算與加速踏板位置、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣量有關(guān)，水溫影響輸出結(jié)果是否正確。在以下情況下供油可以被修正：（1） 外部裝置（ABS）、ABD、EDB的動作；（2） 嚴(yán)重故障降低了負(fù)載或發(fā)動機(jī)停機(jī)。通過測量空氣量和溫度決定了進(jìn)氣量之后，控制單元計(jì)算響應(yīng)的燃油量以噴進(jìn)相應(yīng)的氣缸（mg/每次供油），并考慮柴油溫度。以這種方式計(jì)算的燃油量首先轉(zhuǎn)換成體積（mm3/每次輸送），然后轉(zhuǎn)換為節(jié)氣門開度或噴射持續(xù)時間。根據(jù)水溫校正流速冷態(tài)發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時具有較大的阻力，摩擦力較高，機(jī)油粘性仍然很強(qiáng)，各種公差也不最優(yōu)化。另外，將要噴射到金屬表面壓縮的燃油也仍然是冷的。對于冷態(tài)發(fā)動機(jī)的供油所以比熱機(jī)的供油要多。噴射提前角從一個噴油器到下一個噴油器的提前角是不同的，從一個氣缸到另一個氣缸的提前角也是不同的，其計(jì)算與發(fā)動機(jī)負(fù)載有關(guān)。在加速階段內(nèi)，控制單元按照水溫適當(dāng)?shù)匦拚崆敖?，以獲得較低的排放、噪音和超負(fù)載以及更好的汽車加速。一個極端的大的提前角是基于水溫來設(shè)置起始的。從供油開始的反饋是通過改變噴油器電磁閥的電阻來提供的。15.速度管理/最高轉(zhuǎn)速限制電子速度管理對怠速和最高車速、所有速度進(jìn)行管理，在通常情況下，它是穩(wěn)定的，而機(jī)械管理器是不精確的。根據(jù)轉(zhuǎn)速，控制單元執(zhí)行兩個動作策略：在4250r/min，控制單元通過減少電磁噴油器的打開時間來降低燃油流量；當(dāng)超過5000r/min時，它使電磁噴油器不工作。發(fā)動機(jī)起動在發(fā)動機(jī)最初幾個運(yùn)行過程中，煙度和1號氣缸識別的信號（飛輪傳感器和凸輪軸傳感器）是同步的，加速踏板信號在起動時是被忽略的。起動供油的設(shè)置僅僅按照水溫，通過特殊的脈譜。當(dāng)控制單元探測到這個速度以及飛輪的加速度，就可以認(rèn)為發(fā)動機(jī)在起動了，并不再由起動機(jī)來驅(qū)動，它再次使加速踏板起作用。冷/熱起動假如任何三個溫度傳感器（水、空氣或柴油）之一記錄到溫度低于10°C，則預(yù)熱被激活。當(dāng)鑰匙接觸使預(yù)熱指示燈點(diǎn)亮并保持一段與溫度對應(yīng)的時間時（此時加熱器在進(jìn)氣歧管中加熱空氣），然后閃爍，這時才可以起動發(fā)動機(jī)。當(dāng)起動機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時，該指示器熄滅，此時加熱器繼續(xù)被通電某一段時間（變化的）進(jìn)行預(yù)熱。假如，指示器一直閃爍，發(fā)動機(jī)在20?25秒內(nèi)沒有起動，則動作被取消以便不耗費(fèi)蓄電池電量，預(yù)熱曲線也與蓄電池電壓相對應(yīng)。假如提到的溫度全部超過10C，當(dāng)鑰匙接觸使指示燈點(diǎn)亮持續(xù)將近2秒進(jìn)行短暫的檢測，然后熄滅，這時才可以起動發(fā)動機(jī)。運(yùn)轉(zhuǎn)/運(yùn)行后當(dāng)鑰匙接觸，電子控制單元傳輸信號至存儲器，當(dāng)發(fā)動機(jī)在最后停機(jī)進(jìn)入主存儲器時，并進(jìn)行系統(tǒng)診斷。一旦用鑰匙關(guān)閉發(fā)動機(jī)，則控制單元通過主繼電器保持幾秒的供電。這使微處理器能夠從主存儲器中將一些數(shù)據(jù)（變化的型號）轉(zhuǎn)換為固定的，它們可以在EEPROM上被刪除和重寫，以便可以用作下一次的起動。這些數(shù)據(jù)基本包含：（1） 不同的設(shè)置（發(fā)動機(jī)怠速調(diào)整，等等）；（2） 一些零部件的設(shè)置；（3） 故障記憶。該過程將持續(xù)幾秒鐘，通常從2?7秒（根據(jù)保存的數(shù)據(jù)量），之后，ECU會發(fā)出一個指令到主繼電器并使ECU從蓄電池上切斷。降速/斷油萬一發(fā)動機(jī)過熱，就要修正噴射，減少供油以改變節(jié)氣門的開度，使其與冷卻液溫度成比例。在釋放加速踏板的相位內(nèi)（汽車滑行），控制單元通過控制燃油壓力調(diào)節(jié)器，切斷電磁噴油器的供油；在到達(dá)怠速之前部分地恢復(fù)電磁噴油器的供油。氣缸平衡單個氣缸平衡有利于提高舒適性和操縱性。該功能允許單獨(dú)地、定制地控制燃油輸送以及每一個氣缸的開始輸油，盡管從一個氣缸到另一個氣缸是不同的，以補(bǔ)償噴油器的液壓公差。在不同噴油器之間的流量差異（輸送規(guī)格），可以被控制單元直接評估。該信息是由Modus在裝配時讀取每一個噴油器的條形碼而提供的。根據(jù)從傳感器收到的信號，控制單元通過改變進(jìn)入單個電磁噴油器中的噴油量（噴射時間）來控制怠速時的扭矩均勻。冷卻風(fēng)扇控制當(dāng)冷卻液溫度超過98°C時電控中心將使風(fēng)扇工作。跛行功能通常情況下，系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制在1500r/min，以使駕駛員能將車開到就近的維修中心進(jìn)行維修。機(jī)的使用要求，并為其他整車廠利用共軌柴油機(jī)提供了參考。三、電控共軌發(fā)動機(jī)匹配整車的技術(shù)由于索菲姆8140.43S共軌發(fā)動機(jī)是在索菲姆機(jī)械2.8升柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，通過將傳統(tǒng)機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)改為博世共軌噴射柴油噴射系統(tǒng)及發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、并對氣缸蓋等相關(guān)部件進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)而成的，它與仍在生產(chǎn)的索菲姆2.8L機(jī)械柴油機(jī)有較大的繼承性和通用性，所以將它應(yīng)用到南京依維柯都靈V汽車上時，在安裝布置方面并未遇到太多困難，汽車動力性能和環(huán)保性能也有提高，而困難之處有三個方面：一是如何使發(fā)動機(jī)共軌零件與汽車外圍共軌零件按規(guī)定的控制策略進(jìn)行連接，使整個共軌系統(tǒng)得以有效運(yùn)行；二是使汽車適應(yīng)中國柴油品質(zhì)和氣候條件;三是建立EOL(EndOfLine)工作站，以滿足電控單元的在線自動化編程。因此可以說，索菲姆8140.43S共軌發(fā)動機(jī)匹配整車是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。(一)共軌系統(tǒng)專用零件的布置及技術(shù)特征如圖6,共軌系統(tǒng)專用件分為發(fā)動機(jī)件和汽車外圍件，前者是固定的，后者的選擇和布置則因車而異。根據(jù)都靈V汽車的結(jié)構(gòu)，共軌系統(tǒng)專用件被合理布置，分成發(fā)動機(jī)部件、底盤部件、發(fā)動機(jī)艙部件和駕駛室部件四個部分。至整的丸蚊弟境LUNT發(fā)動機(jī)共軌專用件如圖7,索菲姆8140.43S發(fā)動機(jī)上，分布著8個共軌專用件，其技術(shù)特征介紹如下。IE7ftUA-Rlfl凸輪傳感器它是感應(yīng)型傳感器，安裝在凸輪蓋上。皮帶輪作為聲輪，上面

有5個齒，即4+1用于相位識別，傳感器的信號使電控單元在起動的同時識別發(fā)動機(jī)的相位，清楚哪一缸噴射。飛輪傳感器卜聲蛇E-卜聲蛇E-凸輪傳感磐它與凸輪傳感器是相同的零件，安裝在飛輪殼上。飛輪作為聲輪，上面有58個孔，傳感器感應(yīng)飛輪的行程變化信號及飛輪上每兩個孔之間的距離信號，使電控單元識別活塞上死點(diǎn)，了解發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行噴射控制和驅(qū)動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表。冷卻液溫度傳感器它是NTC型傳感器，裝在節(jié)溫器上，測量發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度，給電控單元提供發(fā)動機(jī)熱態(tài)信號。空氣流量計(jì)它集成了溫度傳感器和壓力傳感器，裝在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管上。向電控單元提供空氣壓力和溫度信號，電控單元根據(jù)每一個循環(huán)噴射燃油量，計(jì)算需要的空氣流量。

“共軌”組件：它用來輸送高壓燃油進(jìn)入噴射器，由以下部分組成：一“共軌”：它能在起動、轉(zhuǎn)速較低及流量增大時快速建立燃油壓力。抑制流量的裝置：當(dāng)發(fā)生外部泄漏時，它能保護(hù)發(fā)動機(jī)或汽車的完整性。高壓油管：一次性使用的鋼制管。燃油壓力傳感器：測量“共軌”中的壓力，電控單元根據(jù)其信號控制噴油壓力。過壓閥：在最高壓力時保護(hù)發(fā)動機(jī)零部件，如果高壓油管破裂，則發(fā)動機(jī)立即停機(jī)。高壓泵組件為博世CP1，用來提供供油系統(tǒng)最高為135MPa的壓力。高壓油泵由正時齒形帶驅(qū)動，無需調(diào)整相位。它由以下部分組成：徑向柱塞泵體：為具有三個柱塞的徑向柱塞泵，它通過正時齒形帶驅(qū)動，無需調(diào)整，總?cè)莘e為0.7cc。壓力調(diào)節(jié)器：是常開電磁閥，調(diào)節(jié)輸送的燃油壓力從25MPa到135MPa。第三柱塞關(guān)閉閥：當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過4200r/min時它被激活，關(guān)閉第三柱塞，使汽車進(jìn)入經(jīng)濟(jì)程序。鬲B聚紙件圖13海甌蔬利什電磁噴油器為博世CR12、電磁控制噴射式，關(guān)鍵部件為噴嘴和電磁閥。電控單元根據(jù)各個傳感器、信號生成器提供的信息，并根據(jù)儲存的脈譜圖（MAP），計(jì)算出最佳的噴射點(diǎn)和噴油量，通過控制噴油器高速電磁閥線圈的勵磁時間來控制噴射時間，噴油量取決于噴油持續(xù)期（即取決于ECU發(fā)來的脈沖寬度）和噴油壓力?；赜蛦卧獊碜噪妱虞斢捅?、高壓泵和溢流管的過剩燃油通過回油單元流回油箱，一路燃油被輸送到預(yù)熱電磁閥，供柴油機(jī)低溫起動之用，殘余的返回油箱。校準(zhǔn)孔保證系統(tǒng)在0.07MPa的背壓之下。IS15I文批5底盤共軌專用件如圖16,包括電動燃油泵以及與柴油清潔和柴油冷卻相關(guān)的零部件，技術(shù)特征如下。

電動燃油泵是一種帶旁通管路、旋轉(zhuǎn)式、容積可測量的電動泵，為供油系統(tǒng)提供低壓燃油（將燃油從燃油箱輸送到高壓油泵，供油壓力為2.5bar），裝在燃油箱外。油水分離器是供油管路的第一級過濾器，將燃油中存在的大的雜質(zhì)和水進(jìn)行過濾。當(dāng)儲水艙到達(dá)極限水位時，積水傳感器發(fā)出報警信號，點(diǎn)亮儀表上對應(yīng)的報警燈。加持Ml本冊高家加持Ml本冊高家柴油濾清器總成由濾桶（-8）和水分離器（-9）組成，為濾紙式，濾芯過濾能力為5^。旋下積水傳感器可以將積水全部放出，它附帶以下組件：一燃油溫度傳感器：與冷卻水溫度傳感器同件，向電控單元提供燃油溫度信號，用于精確計(jì)算噴射到各個氣缸的噴油量；一積水傳感器：積水容量大約為100Cm3，如超過限值，通過儀表報警燈指示積水。堵塞傳感器：是一個微分壓力傳感器，當(dāng)壓力N0.6bar時，點(diǎn)亮儀表指示

燈（與積水報警燈共用）。加熱電阻：當(dāng)柴油溫度低于6°C時，電子加熱元件將柴油加熱到大約15°C以后，再輸送到電動輸油泵；當(dāng)柴油溫度低于6°C時，電阻將柴油加熱到最高15C以后，再輸送到高壓泵，這樣可以輔助冷起動。過壓閥：用于回油，打開壓力為1.8bar。國巧4.我I此后就總成壯翻*/廊用驢月由■卜即島?16最》蛔?卜“1?■?-常弋?dāng)ya u；：-.isiftn發(fā)動機(jī)艙共軌專用件如圖20，包括電控單元和油門位置傳感器，技術(shù)特征如下。尚x沃.寸機(jī)呵吁性在汽+I①油門位置傳感器是一個電位計(jì)，帶內(nèi)置常開怠速開關(guān)。向電控單元提供油門控制信號。i^2L沏「1位芾隊(duì)?濤鑿②電控單元（ECU）（附帶大氣壓