依维柯柴油机(索菲姆发动机)

南京依维柯索菲姆电控共轨柴油机及整车匹配技术资料

一、引言

共轨柴油喷射系统（Common Rail System）是随着世界范围内对柴油机排放要求的提高以及电子控制技术的发展而产生的新一代燃油系统，它相对于其他燃油系统，在排放、噪声、振动和经济性等要求方面，具有极大的优越性。

欧美汽车发达国家已研制出成熟的共轨柴油机，并在汽车上获得应用。相比而言，我国对于共轨柴油喷射系统的研发和应用，还差距甚远。南京依维柯公司为了满足中国实施的柴油车欧Ⅲ排放标准要求，从依维柯公司引进了索菲姆8140.43S发动机，它是国内首例达到欧Ⅲ排放标准的小型柴油机。

引进之初，依维柯公司和博世公司都持谨慎态度，因为索菲姆8140.43S共轨发动机比之前以凸轮轴驱动的索菲姆2.8L柴油喷射系统，在共轨、电控技术以及对中国燃油品质和环境适应性要求方面，难度大很多。南京依维柯公司经过严格的二次开发，国产化索菲姆8140.43S发动机已经正式下线，装配该发动机的都灵V汽车也已投产并取得了很好的市场表现。

二、柴油发动机的电控共轨技术

（一）概述

为了降低排放中的微粒，要求特别高的喷射压力。如图1，索菲姆8140.43S柴油发动机采用博世EDCMS6.3电控共轨系统（注:EDC是ElectronicDieselControl的缩写，6.3代表控制单元的版本），它能适应柴油机高度复杂的控制需要，最高喷射压力可达135MPa，最高转速可达6000r/min。其中，“燃油轨（共轨）”是储存燃油的公共油轨，它使喷射时间能够自由地组织，完全与系统压力独立。“高压泵”用来生成喷射压力，它和燃油的喷射过程是独立的，生成的高压燃油被储存在共轨中等待着喷射。“电磁喷油器”具有预喷功

能，在主喷之前1%秒内，少量的燃油被喷进了气缸压燃，预加热燃烧室。预热后的气缸使主喷射后的压燃更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中进行后喷射，产生二次燃烧，将缸内温度增加200℃～250℃，降低了排气中的碳氢化合物。“电子控制单元ECU”是共轨系统的控制中心，它计算需要的燃油喷射量、喷射始点和喷射压力，控制喷油器中的电磁阀的动作，使得每一气缸的燃油喷射始点是完全独立控制的。

二、发动机的基本参数

索菲姆8140.43S共轨发动机的基本参数见表1及图2、图3。

三、电控共轨系统的架构

如图4，是索菲姆8140.43S发动机共轨燃油系统的架构，分为燃油供应系统和电子控制系统两部分，系统零部件的组成及在汽车上的布置见图5。

（四）电子控制策略

索菲姆8140.43S发动机油门的控制方式为电子控制（线控），取消了传统的拉丝控制，信号传递快。控制单元具有控制和诊断功能，能对系统中其他零部件实行闭环控制，并对系统执行许多精密的诊断。它根据从各个传感器监测到的各种参数进行计算分析、判断并下达控制指令给各个执行器（如喷油器等）。由于采用电子控制，因此，可控制的范围较广。系统主要的控制策略包括以下方面：

1．自诊断——闪烁代码

控制单元自诊断系统检测来自各个传感器的发信号，并将它们与限定值进行比较，如果超出，

则记录相应的故障代码，该代码以不同的闪烁频率被仪表指示灯显示。

2．燃油温度

当在柴油滤清器上探测到燃油温度超过75℃时，控制单元控制压力调节器降低管道压力（不修正喷射）。假如温度超过90℃时，则功率将低60%。

3．燃油喷射量

控制单元根据来自传感器的信号和map值，控制压力调节器、在2200rpm改变预喷时间及改变主喷时间。

4．怠速调整控制

单元处理来自各种传感器的信号并调节燃油的喷射量、控制压力调节器的压力、改变电磁喷油器的喷射时间并保持蓄电池电压在一定范围。

5．调节发动机转速平滑过渡（防锯齿）

控制单元处理从传感器收到的信号，通过压力调节器和电磁喷油器打开时间来决定将要喷射的燃油量，以保证在转速提高时调节发动机匀速地增加转速。

6．加速排放烟度

在急加速时，根据从电位计（加速踏板传感器）和发动机转速收到的信号，控制单元控制压力调节器、改变电磁喷油器的喷射时间，以决定最适宜的喷油量。

7．空调系统的执行

控制单元操作空调压缩机：

（1）当按压相应的空调控制开关时，控制压缩机的接通/断开；

（2）在急加速或满负荷要求或发动机冷却温度到达接近105℃时，立即切断压缩机（将近6秒）。

8．燃油泵控制

与速度无关，电子控制单元：

（1）当钥匙接通时向燃油泵供电；

（2）假如发动机在几秒钟内没有起动，则切断燃油泵的电源。

9．气缸位置

在发动机的每一个循环行程内，控制单元识别哪一缸在做功行程并操作适当气缸的喷射次序。

10．预喷和主喷的提前角

按照来自各个传感器的信号，包括装在控制单元中的绝对压力传感器，控制单元根据内部脉谱图来决定最适宜的喷射点。

11．喷射压力的闭环

经过对来自各个传感器信号的处理来决定发动机负载，并根据发动机负载，控制单元操作调节器获得最适宜的管道压力。

12．燃油供应

正确供油可以避免噪音、排烟、过载、过热和增压器超速，供油的计算与加速踏板位置、发动机转速和进气量有关，水温影响输出结果是否正确。

在以下情况下供油可以被修正：

（1）外部装置（ABS）、ABD、EDB的动作；

（2）严重故障降低了负载或发动机停机。

通过测量空气量和温度决定了进气量之后，控制单元计算响应的燃油量以喷进相应的气缸（mg/每次供油），并考虑柴油温度。以这种方式计算的燃油量首先转换成体积（mm3/每次输送），然后转换为节气门开度或喷射持续时间。

13．根据水温校正流速

冷态发动机在运转时具有较大的阻力，摩擦力较高，机油粘性仍然很强，各种公差也不最优化。另外，将要喷射到金属表面压缩的燃油也仍然是冷的。对于冷态发动机的供油所以比热机的供油要多。

14．喷射提前角

从一个喷油器到下一个喷油器的提前角是不同的，从一个气缸到另一个气缸的提前角也是不同的，其计算与发动机负载有关。在加速阶段内，控制单元按照水温适当地修正提前角，以获得较低的排放、噪音和超负载以及更好的汽车加速。

一个极端的大的提前角是基于水温来设置起始的。从供油开始的反馈是通过改变喷油器电磁阀的电阻来提供的。

15．速度管理/最高转速限制

电子速度管理对怠速和最高车速、所有速度进行管理，在通常情况下，它是稳定的，而机械管理器是不精确的。根据转速，控制单元执行两个动作策略：在4250r/min，控制单元通过减少电磁喷油器的打开时间来降低燃油流量；当超过5000r/min时，它使电磁喷油器不工作。

16．发动机起动

在发动机最初几个运行过程中，烟度和1号气缸识别的信号（飞轮传感器和凸轮轴传感器）是同步的，加速踏板信号在起动时是被忽略的。起动供油的设置仅仅按照水温，通过特殊的脉谱。当控制单元探测到这个速度以及飞轮的加速度，就可以认为发动机在起动了，并不再由起动机来驱动，它再次使加速踏板起作用。

17．冷/热起动

假如任何三个温度传感器（水、空气或柴油）之一记录到温度低于10℃，则预热被激活。当钥匙接触使预热指示灯点亮并保持一段与温度对应的时间时（此时加热器在进气歧管中加