电喷柴油发电机喷油量、速率和正时控制原理

当喷油嘴的构造和喷油压差一定时，喷油量的多少就取决于喷油时间。在柴油发电机电控燃油喷射系统中，喷油量的控制是通过对喷油器喷油时间(喷油触发脉冲宽度)的控制来实现的。由于发电机工况不同，对混合气浓度的要求也不相同。为使发电机在各种运行工况下，都能获得较佳的混合气浓度，以提高柴油发电机的经济性和减少排放污染，因此需要对喷油量、喷油正时进行控制。

      康明斯燃油共轨电喷柴油发电机的基本喷油正时是通过计算发电机转速来确定的，再根据冷却液温度和进气压力来进行修正，得出较佳的喷油正时（见图1）。由于喷油始点和喷油延续时间由指令脉冲决定，与速度及负荷无关，因此，ECM可以自由地控制喷油时间。ECU零件组成如图2所示。

      燃油共轨柴油发电机采用多次喷射，它将每个工作循环中的喷油流程分成几个阶段进行，每个阶段喷油都是相应独立的，其目的就是控制燃烧速率。喷射阶段分为先导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射等。在多次喷射过程中，电磁阀执行开启和关闭喷油器的作业，可以实现喷油规律优化。在主喷射之前的预喷射可以减小燃烧噪声，而预喷射靠近主喷射可有效减小PM（可吸入颗粒物）排放量。而后喷射程序中少量燃油随废气排放再燃烧，会使各有害颗粒进一步燃烧掉，更高效地减小PM的排放量。

      在燃油共轨柴油发电机中，为了实现较佳燃烧，ECM根据发电机的各运行工况和外部环境因素经常调整喷油时间，即进行较佳喷油时间控制。其主要程序是，由发电机决定基础喷油时间，同时根据发电机的负荷、防锈水温度、进气温度和压力、燃油压力和温度等对基本喷油时间进行修正，决定目标喷油时间。

      喷油规律是危害柴油发电机排放的具体因素。理想的喷油规律要求喷射初期要缓慢，喷油速率不能偏高，目的是降低在滞燃期内的可燃混合气量，降低初期燃烧速率，以降低较高燃烧温度和压力上升率，抑制氮氧化合物的生成和减小燃烧噪声。预喷射式实现初期缓慢燃烧，喷射中期采用高喷射压力和高喷油速率，目的是加快燃烧转速弗列加滤清器型号查询柴油机故障灯一览表，预防生成微粒和提高热效率。主喷射发生在中期，可以加快可燃混合气的扩散燃烧转速。喷油后期要求迅速结束喷油，防范在偏低的喷油压力和喷油速率下燃油雾化变差，引起燃烧不完全，而使HC（碳氢化合物）和PM排放增加。后喷射可高效减少排放物，使未燃烧物进一步燃烧掉。在共轨柴油发电机中进行多次喷射可使喷油规律得到优化。

      喷油正时就是发电机各种探头信号输入ECM后，ECU根据数学计算和逻辑判断结果，发出脉冲信号指令控制喷油嘴喷油，其电路如图3所示。

对于多点间歇喷射发电机，喷油正时分为同步喷油和异步喷油；同步喷射是指发电机各缸工作循环，在既定的曲轴转角进行喷油，同步喷油有规律性；异步喷油与发电机的工作不一样步，无规律性，是在同步喷油的基础上，为改良发电机的性能额外增加的喷油。同步喷射发电机可以分为同时喷射分、分组喷射和顺序喷射。

      如图4所示。各缸喷油器都由ECM控制，同时喷油和停油。喷油正时控制是以发电机较先进入作功行程的缸为基准，在该缸排烟行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油嘴电磁线圈电路开始喷油。

      如图5所示。分组喷射是把所有喷油器分成2～4组，由ECM分组控制喷油嘴。以各组较先进入作功的缸为基准，在该缸排气行程上止点前某一位置，ECU输出指令信号，接通该组喷油器电磁线圈电路，开始喷油。

      如图6所示。顺序喷射的喷油嘴驱动回路数与汽缸数目相等。ECU根据凸轮轴位置感应器（G信号）、曲轴位置感应器（Ne信号）和发电机的作功顺序，确定各缸作业位置。当确定各缸活塞运行至排气行程上止点某一位置时，ECU输出喷油控制信号，接通喷油嘴电磁线圈电路，该缸开始喷油。顺序喷射的特征是能够设立较佳喷油时间，对混合气形成有利；喷油正时在排气上止点前60-70°；但是其控制软件复杂。

      ECM根据各传感器与开关输入的电信号，计算出喷油量，并与储存在ECU中的目标值和MAP图进行比较，最后确定喷油量。ECM发出驱动信号，确定喷油电磁阀开启或者关闭，控制喷油嘴供油开始和供油结束时刻，从而控制喷油量。喷油量控制的基础内容有基本喷油量、启动喷油量、怠速喷油量喷油量、不均匀油量补偿控制。

      起动时，发电机由启动马达带动运行。因为速度很低， 速度的波动也很大，因此这时空气流量感应器所测得的进气量信号有很大的误差。基于这个因由，在发电机启动时，电脑不以空气流量感应器的信号作为喷油量的计算依据，而是按预先给定的起动流程来进行喷油控制。电脑根据启动开关及速度传感器的信号，预判发电机是否处于启动状态，以决定是否按起动步骤控制喷油（如图8（a））。当起动开关接通，且发电机速度低于 300转/分时，电脑预判发电机处于启动状态，从而按起动步骤控制喷油。

      在启动喷油控制过程中，电脑按发电机水温、进气温度、起动转速计算出一个固定的喷油量。这一喷油量能使发电机获得顺利起动所需的浓混合气。冷车起动时，发电机温度很低，喷入进气道的燃油不易蒸发。为了能产生足够的燃油蒸气，形成足够浓度的可燃混合气，保证发电机在低温下也能正常启动，必须进一步增大喷油量。由电脑控制，通过增加各缸喷油嘴的喷油连续时间或喷油次数来增加喷油量。所增加的喷油量及加浓持续时间完全由电脑根据进气温度感应器和发电机水温传感器测得的温度高低来决定。发电机水温或进气温度愈低，喷油量就愈大，加浓的持续时间也就取长。这种冷起动控制方法不设冷起动喷油器和冷起动温度开关。 

     如图8（b）所示。 在发电机运行中，电脑主要根据进气量和发电机转速来计算喷油量。此外，电脑还要参考节气门开度、发电机水温、进气温度、海拔高度及怠速工况、加载工况、全负荷工况等运行数据来修正喷油量，以提升控制精度。因为电脑要考虑的运行参数很多，为了简化电脑的计算流程，通常将喷油量分成基础喷油量、修正量、增量三个部分，并分别计算出结果。然后再将三个部分迭加在一起，作为总喷油量来控制喷油嘴喷油。

      基础喷油量是根据发电机每个作业循环的进气量，按理论混合比(空燃比  ：1) 计算出的喷油量。

      修正量是根据进气温度、大气压力等实际运行情形，对基础喷油量进行适当修正，使发电机在不同运转因素下都能获得较佳浓度的混合气。

      增量是在一些特殊工况下，为加浓混合气而增加的喷油量。加浓的目的是为了使发电机获得良好的操作性能(如动力性、加载性、平顺性等)。

      当发电机作业时，各缸喷油量不均匀会致使燃烧压力不均匀，各缸混合气燃烧差别导致各缸转速不均匀，主轴旋转速度变化致使振动等。为降低速度波动，使运转平稳，需要调整各缸的喷油量，使每个汽缸所需的燃油量精确，必须进行不均匀油量补偿。ECU负责检测各缸每次做功行程时转速的波动，再与其他所有气缸的平均速度相比较，分别向各缸补偿相应的喷油量。

      喷油正时控制是指ECM对喷油开始时刻的控制，在间歇柴油喷射装置中，喷油正时控制有同步喷射和异步喷射两种控制方式。同步喷射程序，喷射的开始时刻与曲轴的转角位置有关，ECU根据曲轴的转角位置信号输出喷油脉冲信号，在固定的曲轴转角开始喷油，异步喷射程序，喷射的开始时刻与主轴的转角位置无关，ECM根据需要进行异步喷射的信号或程序，输出喷油脉冲信号。因此。异步喷射步骤是一种临时的补偿性喷射，是同步喷射的补充，发电机处于冷起动、加载等非怠速工况时，电喷柴油喷射控制系统除了同时喷射外，还增加异步喷射，对同步喷射的喷油量进行增量修正。