陈兆俊

（大连职业技术学院，辽宁 大连 116037）

农用机械柴油机的共轨系统，能够增加燃油喷射压力，有助于提升燃油雾化质量，进而提高经济性，净化尾气排放[1]。农用机械柴油机共轨系统中，轨压控制信号是利用共轨管道上安装的轨压传感器来搜集的；传感器再将信号反馈到电控单元ECU；ECU 会结合发动机实际运行工况，并根据事先设置的轨压值将信号传递到燃油计量阀；共轨系统借助燃油计量阀调节供油量，改变轨压值，进而使实际轨压值与目标轨压值相同。在农用机械柴油机共轨系统中，主要通过压力与时间计量燃油[2]。共轨压力可以决定燃油喷射压力的数值，能够检测出喷油量的多少。高压农用机械柴油机共轨电控系统的一个重要开发参数指标是共轨压力的过渡响应及稳定性。共轨压力的过渡响应及稳定性可以调节农用机械柴油发动机的性能，如加速、减速、启动和停止。轨压的有效控制可以划分为闭环PID 控制、开环控制、前馈控制+PID 闭环控制等多种方式。本文主要分析介绍闭环PID 控制模式、开环控制模式、前馈控制+PID 闭环控制模式的工作原理，并提出农用机械柴油机共轨系统中轨压有效控制的几种方法。

1 轨压有效控制模式简介

1.1 闭环PID 控制模式

闭环控制系统是指农用机械柴油机共轨系统的输出量经过反馈环节，再次传递到控制部分并发挥信号作用，组成一套闭合环路。闭环控制系统带有反馈步骤，所以具有更高的系统精确度和更强的抗干扰能力，更能够满足具有高稳定性要求的系统。闭环控制系统中的控制器由3 部分构成，分别是微分、积分与比例。在农用机械柴油机共轨系统的轨压实际有效控制中，闭环PID 控制的关键点是标定参数。因农用机械柴油机具有易变形突出和非线性的特点，无法通过PID 控制模式快速且准确地完全控制轨压值。因此，在实际操作过程中，农用机械柴油机共轨系统会组合多种闭环PID 控制，精准控制轨压。

1.2 开环控制模式

开环控制是指从控制装置到被控制对象，整个系统的工作顺序一直为向下递延，没有返回联系之前环节的过程，以这种控制方式构成的系统就是开环控制系统。开环控制系统的特点是输出量不影响整体系统控制作用，不具备自动补偿或修正的能力，不能完成高精度的控制工作，只能对目标值进行快速响应。在农用机械柴油机共轨系统轨压有效控制模式中，开环控制模式主要运用于发动机起动控制环节，快速达到目标燃油压力。在轨压值符合目标值时，轨压有效控制模式会由开环控制模式转变为闭环PID 控制模式，达到快速精准调节轨压的作用。

1.3 前馈控制+PID 闭环控制模式

在闭环PID 控制模式基础上添加前馈控制模块，构成前馈控制+PID 闭环控制模式。这种模式可以确保轨压可以快速配合农用机械柴油机做急加速与急减速工作，维持实际轨压值与目标轨压值相一致。利用农用机械柴油机在差异运行工况中提前设置好的目标轨压值，修改燃油计量阀的开度，使燃油供给量与目标轨压值契合，这一过程就是前馈控制模式。农用机械柴油机在不同工况运行中切换时，均可以利用前馈控制模式改变轨压值，快速达到目标轨压。在距离目标轨压值较小时，由PID 闭环控制模块进行调整，快速消除微小偏差。所以前馈控制+PID 闭环控制模式不仅可以完成轨压的快速响应，而且还可以完成轨压的高精度控制。在标定轨压控制参数时，为降低农用机械柴油机在突变工况中发生大轨压波动，需要试验标定目标轨压值的变化斜率，确保农用机械柴油发动机轨压的实际值与目标值相一致，保障轨压与喷油量均不会发生较大波动，使农用机械柴油发动机的运行具有更高水平的稳定性。

2 农用机械柴油机共轨系统中轨压的有效控制策略

2.1 启动过程中的轨压有效控制

农用机械柴油机共轨系统在启动时，因油泵凸轮轴不具有较高的速度，所以需要快速搭建共轨油压，通过早期PCV 阀切断起始点。在这一过程中，轨压有效控制软件利用PCV 阀的开环控制模式，通过固定的频率执行打开或关闭的命令。共轨油压可获得1 s 以上大于25 MPa 的水平。

2.2 燃油喷射压力下的轨压有效控制

电控单元ECU 获取气缸密封信号之后，会在气压值达到目标值期间驱动2 个PCV 阀，进而匹配速度的工作需求。在闭环PID 控制模式之下，高压油泵凸轮在整体上升段的供油选择开环控制模式进行工作，快速达到目标轨压。在轨道压力比最小喷射压力高的情况下，主喷射标准是1，ECU 会结合冷却水温度信号及速度信号取得低速浓缩油。燃油喷射压力下的轨压有效控制会将低速浓缩油转变为喷射脉冲宽度，再展开喷射工作。

2.3 农用机械柴油机降到最低怠速前的轨压有效控制

在燃油喷射轨压力与目标值契合之后，农用机械柴油机降到最低怠速之前，预喷射的标准值设置成1。同时ECU 根据总柴油量及农用机械柴油发动机的转数分配油量。轨压有效控制主要是利用预喷射过程中的冷焰反应，提高主喷射前的燃烧室温度，优化农用机械柴油发动机的启动环节，使燃料达到雾化状态。

2.4 启动后的轨压有效控制

燃油喷射压力的预喷射轨压控制表现为：农用机械柴油发动机在快速加速时，会因提供给加速器的燃料量增加而使得目标燃油喷射压力快速增加，从而降低微粒物及烟灰的排放量。系统为快速提高共轨油压达到目标燃油喷射压力，会通过预控制模式使PCV 阀增加供油量。预供给泵通过低压入口孔连通控制室与控制室阀体。在压力调节阀缺少电力支持时，低压油通道不连接控制室。由于弹簧力及液压的共同作用，控制室的滑阀被打开，阀门中间的突出部分在通往泵柱塞室的柴油通道上边。在这时，低压燃料与柱塞室直接相连。假如在这一环节中，供油装置的三运动凸轮下沉，那么柴油会流到柱塞室。在启动油压之后，三运动凸轮会处于下止点位置。因进油口通过单向阀连接柱塞室，不论阀门芯在什么位置，在油压过程中不会有任何柴油回流到入口。与流动管线连接的共轨燃料压力相比，当压缩燃料压力更大时，油阀处于打开共轨的位置。若电动阀与电磁阀连接，则联通了控制室与低压油管。此时低压油管内的柴油将快速回流到油箱。因节流孔的限制，燃料控制室得不到及时的补充，导致压力降低。

2.5 柴油燃料的轨压有效控制

经过计算轨道压力控制启动后的情况，多余柴油燃料压将回归低压罐中，剩余柴油燃料量会被压缩成高压。柴油经过高压油管泵入共轨，形成高压燃料，随后经过高压油管抵达电子喷油器，降低泵油消耗量。在达到目标柴油量后，电子控制单元会传递出相关信号，使电磁阀关闭，这一环节会使低压入口回路被切断。柱塞持续下降，导致柱塞室中的压力随之不断降低。柱塞达到下止点之后，开始反转并运行油压。电子控制单元会通过检测最终燃料喷射量以及转速，明确目标轨道压力的准确基本值，即最终的目标轨道压力值。比较当前轨道压力传递出的反馈值和目标值，借助实时控制算法计算实际轨道压力控制量。利用查找映射结果得到对应的驱动占空比值，并将信息传递到电磁阀，结合高压油泵输入柴油的比例油量，共同完成对共轨压力的有效控制。当高压泵柱塞向下控制压力时，改变电磁阀的通电时间，可以控制油泵中含有的低压柴油燃料量，进而使其变为共轨高压柴油燃料量。因此，农用机械柴油机共轨系统中的柴油燃料压力维持稳定，有助于提升燃料的利用率。

3 结语

本文详细分析了农用机械柴油机共轨系统中轨压的有效控制模式和控制方法。由于农用机械柴油机的运行工况非常复杂，目标轨压会根据农用机械柴油机的工况变化而进行频繁变化。农用机械柴油发动机的转速情况及循环供油量均会直接影响到轨压有效控制的稳定性。农用机械柴油机共轨系统中轨压有效控制的具体柴油电子控制技术主要是利用共轨构成恒压燃料，再将恒压燃料根据实际工况分配到喷射器中。利用喷射器中的高速电磁开关阀控制农用机械柴油发动机的最佳雾化程度，提高柴油燃料利用率。