摘要：在集成统一的环境下，应用虚拟现实技术、人工智能技术和工程数据库技术等，运用虚拟制造的理论，建立了电控喷油系统虚拟制造的框架，提出了其主模型技术和综合可视化技术等关键技术并进行了研究，电控喷油系统虚拟制造的原型系统已部分实现。
关键词：柴油机；电控喷油；虚拟制造

1引言

在 柴油机领域中，为了降低各种排放，以满足逐年严格的有关环境保护的排放法规要求及包括油耗在内的各种用户要求，因此对喷油系统提出了更高的期望。喷油系统 应用电控技术，通过控制喷油量、喷油正时、喷射速率和喷射压力，能够有效地实现柴油机全工况范围的性能最优化，因此成为世界范围内柴油机领域的研究热点 ［1］。随着各大柴油机制造商和喷油系统制造商的不断努力，进入90年代中期，带有电控喷射的柴油机已有成品上市。虽然到目前为止在柴油机市场上装有电控 喷射系统的柴油机还不是主流产品，但在车用小型柴油机方面，尤其是在轿车领域，新型柴油机无一例外地都使用了电控喷油技术。

现代柴油机 燃油喷射系统的发展方向是提高喷射速率、缩短喷油持续期和提高喷射压力［2］，如果应用电控技术组成电控喷油系统，就可以有效地消除二次喷射等喷射不稳定 的情况。但是由于喷油系统内部参数多，耦合性强，优化匹配难度大，中间状态参数很难通过实验采集，而且电控喷油系统的控制和执行部件精度要求高，如果对柴 油机电控喷油系统的研究主要依靠实验进行，就需要大量的实验反复修正，因此实验难度大，成本高，研究设计周期长；另外，电控喷油系统实验研究的设计阶段容 易与产品化脱节，这些因素都使柴油机电控喷油技术的进一步发展受到很大的限制，因此，将虚拟制造技术应用于柴油机电控喷油系统的设计、开发与制造很有必 要。

2虚拟制造

虚拟制造是以计算机仿真、建模技术和并行工程技术为支持，利用计算机设计虚拟产品模型，在产品的实际加 工之前对产品的性能、可制造性进行评价，同时对生产的全过程进行仿真，以达到产品生产的最优目标。虚拟制造不消耗资源和能量，只是模拟产品的设计、开发与 生产过程，其目的是尽量降低产品的成本，缩短产品的研制周期，提高产品的质量和寿命［3］。

虚拟制造技术的应用研究虽然刚刚起步，却已 经有了一些成功的应用，展现了巨大的经济效益和美好的前景。在美国，采用虚拟制造技术成功地设计了波音777飞机，飞机的整体及其300万个零件，从设计 到加工完全实现了无图纸化，利用建立逼真的虚拟三维实体模型对飞机的各种性能进行分析、模拟，因而缩短了数千小时的工作量并节省了大量经费［4］。福特、 通用等汽车公司都成功地运用了部分虚拟制造技术，设计发动机、车体、电气线路等，建立了三维实体模型并进行了碰撞分析和运动特性分析等，还进行了模拟数控加工和质量检查等，大大缩短了设计周期，降低了设计成本［5］。在国内，北京科学研究院把虚拟制造技术应用于立体车库设计，初步实现直观地布局、参数化设计分析和运动模拟［6］。

3柴油机电控喷油系统

柴 油机电控喷油系统主要有两种形式［7］：共轨式和泵喷嘴式。共轨式喷油系统具有高度的灵活性，能够在各种工况下自由选定喷射压力，并且可以在很大程度上自 由确定预喷射、主喷射和后喷射参数，是小型车用发动机的理想选择。其代表是德国的卡特匹勒(Caterpillar)公司、日本的电装 (Nippondenso)公司、德国的罗伯特.波许(Robert Bosch)公司等开发的小型车用柴油机电控喷油系统。高压泵喷嘴式喷油系统可以自由调节喷射定时，喷射压力高，但是对于转速有较大的依赖，适合与较大型 的柴油机匹配。其代表是英国的卢卡斯(Lucas)公司载重车用柴油机喷油系统，美国GE公司开发的机车柴油机电控喷油系统等。各公司的电控喷油系统的形 式虽然不同，但其基本构成大致相同。卡特匹勒公司的HEUI系统原理图如图1所示。柴油机电控喷油系统的结构主要包括：油泵(含燃油泵和机油泵)、喷油器 (含增压装置)、油管及附属装置(含滤清器、油轨等必备部件)、高速开关阀和电控组件等。
 

图1卡特匹勒公司的HEUI系统原理图

4电控喷油系统虚拟制造的研究

虚 拟制造是多种学科的交叉和多种高新技术的融合，其理论基础和体系还没有完全成熟［8］。根据电控喷油系统的特点，在集成的环境下，应用国内外虚拟制造的研 究成果，以工程数据库技术、人工智能技术、虚拟现实技术等为手段，建立了柴油机电控喷油系统的虚拟制造框架结构，提出并研究了其中的关键技术。

4.1电控喷油系统虚拟制造框架的研究

虚拟制造是实际制造在虚拟环境下的映射。按照权限实际制造大致可以分为三层，即目标决策层、产品决策层和生产决策层。相应地，虚拟制造也分为同样的三层。