柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)中的新技術(shù)

1、柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)中的新技術(shù)     柴油機(jī)電控技術(shù)是在解決能源危機(jī)和排放污染兩大難題的背景下，在飛速發(fā)展的電子控制技術(shù)平臺上發(fā)展起來的。汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展為柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗。隨著世界各國城市交通運輸車輛的急劇增加，柴油機(jī)排放的尾氣已經(jīng)成為對地球環(huán)境的主要污染源。世界各國業(yè)已開始尋找和采取有效的技術(shù)措施主動地減少和控制污染物的排放。? 如今柴油機(jī)發(fā)展越來越完善,以它的高效、功率范圍寬廣,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍用和民用等領(lǐng)域。在今后相當(dāng)長的時間內(nèi),柴油機(jī)還將占有極重要的地位。隨著柴油機(jī)數(shù)量的不斷增多,也引起了人們對柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和

2、排放性能的關(guān)注，特別是當(dāng)今排放性能已經(jīng)被提到首要位。? 近年來柴油機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展勢頭是令人矚目的。以柴油汽車用得最多的歐洲為例,由于歐洲道路車輛用多缸柴油機(jī)從2000年開始執(zhí)行歐3排放標(biāo)準(zhǔn)，電控技術(shù)已在需滿足歐3標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)上普遍使用,一些研究機(jī)構(gòu)和大的廠商則早已著手研制滿足歐4排放標(biāo)準(zhǔn)的電控柴油機(jī),現(xiàn)在電控共軌系統(tǒng)和電控單體泵系統(tǒng)在多缸柴油機(jī)上的應(yīng)用已明顯增多。柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一項較為成功的控制污染排放的新技術(shù)。? 一、車用柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展? 柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展過程與汽油機(jī)電控系統(tǒng)相似?，F(xiàn)代汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng)也是隨著控制項目的不斷增多，控制任務(wù)從簡單到復(fù)雜，直至全方

3、位控制。例如,早期的電控燃油噴射系統(tǒng)都采用了“位置控制”,保持了傳統(tǒng)的脈沖高壓供油原理,只是通過以微機(jī)為核心的控制單元對位置伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，改變油量調(diào)節(jié)齒條(直列泵)或油量調(diào)節(jié)滑套(VE型分配泵)等的位置，用以調(diào)節(jié)噴油泵的循環(huán)供(噴)油量。但由于位置伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行頻率響應(yīng)慢，控制頻率低，控制精度不穩(wěn)定，經(jīng)過了近十年的發(fā)展,到90年代初,“時間控制”式電控燃油噴射系統(tǒng)開發(fā)成功,采用了新型高速強(qiáng)力電磁閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油量調(diào)節(jié)齒條(直列泵)或油量調(diào)節(jié)滑套(VE型分配泵)等,直接對高壓燃油進(jìn)行數(shù)字式的高頻調(diào)節(jié)，由電磁閥的關(guān)閉時刻和閉合持續(xù)時間決定循環(huán)供(噴)油量和供(噴)油正時。盡管如此,這種“時間控制”

4、式電控燃油噴射系統(tǒng)仍保持了傳統(tǒng)的脈沖高壓供油原理。直到90年代中期，一種新型的電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)問世，拋棄了傳統(tǒng)的脈沖高壓供油原理，采用“時間-壓力控制”式燃油計量原理，通過對公共油軌中油壓的連續(xù)控制和各缸噴油過程的電磁閥控制相結(jié)合的方式實現(xiàn)對循環(huán)供油量的控制,才使柴油機(jī)的電控燃油噴射技術(shù)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。 ? 二、現(xiàn)代汽車柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的新技術(shù)? (一）時間控制的柴油電噴技術(shù) ? 柴油發(fā)動機(jī)的新一代電噴系統(tǒng)采用時間控制,用高速電磁閥取代傳統(tǒng)的機(jī)械噴閥,對高壓燃油實現(xiàn)數(shù)字調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在這種噴射系統(tǒng)逐漸向高壓化邁進(jìn),高壓噴射可使柴油霧化得非常細(xì),發(fā)動機(jī)的燃燒過程進(jìn)行得相當(dāng)完善,而且速度

5、快,同時又不明顯提高燃燒溫度。提高了直噴式柴油發(fā)動機(jī)壓力,全面降低HC、CO、NOx、微粒物和碳煙的排放,還能 顯著的降低油耗。? （二)共軌式電噴系統(tǒng) ? 它是柴油發(fā)動機(jī)高壓噴射系統(tǒng)的一種，最高壓力可達(dá)到220MPa。該系統(tǒng)不再采用通用的脈動原理，而是采用壓力時間計量原理。這種噴油系統(tǒng)可保證噴油壓力不隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)變化，可降低顆粒物的排放，電控共軌噴射又稱為壓力時間噴射或第三代噴射，它可分為中壓共軌和高壓共軌兩大類。ECU產(chǎn)生的電脈沖按順序觸發(fā)噴油器電磁閥，確定發(fā)動機(jī)每次噴油的起始和關(guān)閉時刻，電控共軌噴射還可采用多次噴射的方式來靈活控制噴油的速率。? (三）渦輪增壓中冷技術(shù) ? 柴油發(fā)動機(jī)采用

6、廢氣渦輪增壓技術(shù)后，燃料能夠完全燃燒，可降低CO和HC的生成量。但因進(jìn)氣溫度升高,使NOx的排放量有所增加,若采用增壓并附帶中間冷卻器可同時降低HC、CO、NOx的排放量采用渦輪增壓中冷技術(shù)還可提高柴油發(fā)動機(jī)的功率，一臺裝有渦輪增壓器的柴油發(fā)動機(jī)功率輸出比未裝增壓器可增加20%30%。而采用增壓中冷技術(shù)甚至可增加50%的功率。新型渦輪增壓器的使用，意味著可以用小排量的發(fā)動機(jī)替代大排量發(fā)動機(jī)，減輕發(fā)動機(jī)和整車質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)性和排放性。 ? (四）采用多氣門技術(shù)? 國外柴油機(jī)一般采用共軌新技術(shù)四氣門技術(shù)和渦輪增壓中冷技術(shù)相結(jié)合，是發(fā)動機(jī)在性能和排放值方面取得較好的成效。能滿足歐3排放限值法規(guī)的要求

7、。四氣門結(jié)構(gòu)（二進(jìn)氣二排氣）不僅可以提高充氣效率，由于噴油嘴可以居中布置，是多 孔油束均勻分布，可為燃油和空氣的良好混合創(chuàng)造條件；同時，可以在四氣門缸蓋上將進(jìn)氣道設(shè)計成兩個獨立的具有相同形狀的結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)可變渦流。這些因素的協(xié)調(diào)配合，可大大提高混合氣的形成質(zhì)量，有效降低煙顆粒HC和NOx排放并提高熱效率。? （五）廢氣再循環(huán)技術(shù) ? 根據(jù)發(fā)動機(jī)的溫度及負(fù)荷大小,適量地將一部分廢氣引入進(jìn)氣管，再送入汽缸,使燃燒反應(yīng)速度減慢，降低燃燒的最高溫度，從而降低NOx的排放量。尤其是中冷EGR技術(shù)，不僅降低NOx的排放，而且還能保持其污染排放物的低排放水平。? 三、柴油發(fā)動機(jī)電控供油系統(tǒng)的技術(shù)要求? 柴油

8、發(fā)動機(jī)燃油供給系統(tǒng)是柴油發(fā)動機(jī)的一個非常重要的系統(tǒng)，也是柴油發(fā)動機(jī)使用與維修的一個重點部位，其技術(shù)狀況的好壞不僅直接影響著柴油發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及使用的可靠性，而且對減少環(huán)境污染也有著極其重要的影響。? 對柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的要求：? 1、提高柴油發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和降低排放 柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)能在不同的工況及工作條件下精確地控制噴油提前角，并始終保持在最佳值，以降低燃油消耗和減少排放污染。? 2、提高發(fā)動機(jī)工作的可靠性 在柴油發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)過程中，系統(tǒng)應(yīng)能隨時檢測影響發(fā)動機(jī)工作可靠性的主要參數(shù)，一旦某一項或幾項參數(shù)異常，超出設(shè)定值，一方面系統(tǒng)應(yīng)能立即報警顯示，同時還應(yīng)控制相應(yīng)的執(zhí)行器進(jìn)行相應(yīng)的

9、調(diào)整，直至有關(guān)參數(shù)或狀態(tài)正常為止。對于一些對發(fā)動機(jī)可靠性影響很大的重要參數(shù)，系統(tǒng)還必須提供雙重或多重保護(hù)，以避免發(fā)生重大事故。? 3、對柴油發(fā)動機(jī)運行工況進(jìn)行實時高精度控制 一旦柴油發(fā)動機(jī)及其系統(tǒng)的運行參數(shù)或狀態(tài)偏離目標(biāo)值，電控系統(tǒng)就能立即進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，從而實現(xiàn)對柴油發(fā)動機(jī)運行工況的實時高精度控制。? 4、較強(qiáng)的適應(yīng)性 全能電動調(diào)速器在出廠前的軟件編程中已預(yù)設(shè)有各種不同調(diào)速率的程序，并在控制盒上設(shè)有調(diào)速率的轉(zhuǎn)換開關(guān)，用戶可根據(jù)柴油發(fā)動機(jī)的用途和要求設(shè)定不同的調(diào)速率，這提高了電動調(diào)速器的匹配適應(yīng)能力。? 四、柴油發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù)的特點? 柴油發(fā)動機(jī)電控技術(shù)有兩個明顯的特點:一個特點是其關(guān)鍵技

10、術(shù)和技術(shù)難點就在柴油噴射電控執(zhí)行器上;另一個特點是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。柴油發(fā)動機(jī)在機(jī)械控制時代，就已經(jīng)有直列泵、分配泵、泵噴油器、單缸泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)各有其特點和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。實施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，因此形成了柴油噴射系統(tǒng)的多樣化。? 五、柴油噴射系統(tǒng)的控制功能和發(fā)展? （一）柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制功能? 現(xiàn)代汽車柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制項目已經(jīng)從僅有循環(huán)供(噴)油量控制、噴油正時控制等最基本的控制項目的燃油噴射控制，擴(kuò)展到包括對噴油速率控制和噴油壓力控制在內(nèi)的多項目標(biāo)控制的燃油噴射控制;從單一的燃油噴射控制擴(kuò)展到包括怠速控制、進(jìn)氣控制、

11、增壓控制、排放控制、啟動控制、故障自診斷、失效保險、發(fā)動機(jī)與變速器的綜合控制等在內(nèi)的全方位控制。?     （二）柴油發(fā)動機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)控制方式的發(fā)展? 電控柴油噴射系統(tǒng)根據(jù)其直接控制的量而分為位置控制和時間控制。位置控制系統(tǒng)的特點是不僅保留了傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油器系統(tǒng)，而且還保留了噴油泵中齒條齒圈、滑套、柱塞上控油螺旋槽等控制油量的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，只是對齒條或滑套的運動位置由原來的機(jī)械調(diào)速器控制改為微機(jī)控制。而時間控制系統(tǒng)可以是保留原來的噴油泵-高壓油管-噴油器系統(tǒng)，也可以采用新型的產(chǎn)生高壓的燃油系統(tǒng)，而用高速電磁閥直接控制高壓燃油的噴射。一

12、般情況下，電磁閥關(guān)閉，執(zhí)行噴油，電磁閥打開，噴油結(jié)束。噴油始點取決于電磁閥關(guān)閉時刻，噴油量則取決于電磁閥關(guān)閉時間的長短。傳統(tǒng)噴油泵中的齒條齒圈、滑套、柱塞上斜槽、控制噴油正時的提前機(jī)構(gòu)等全部取消。時間控制系統(tǒng)的控制自由度更大。電控柴油噴射系統(tǒng)根據(jù)其產(chǎn)生高壓燃油的機(jī)構(gòu)，可分為直列泵電控噴射系統(tǒng)、分配泵電控噴射系統(tǒng)、泵噴油器電控噴射系統(tǒng)、單缸泵電控噴射系統(tǒng)、共軌式電控噴射系統(tǒng)。? 近20年來，柴油發(fā)動機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也經(jīng)歷了幾個重要的發(fā)展階段。按對循環(huán)供(噴)油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力等的控制方式分，經(jīng)歷了從“位置控制”到“時間控制”，再到“時間-壓力控制”或“壓力控制”的發(fā)展過程。按燃

13、油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)分，經(jīng)歷了常規(guī)壓力電控噴油系統(tǒng)的第一代電控噴油系統(tǒng)到高壓電控噴油系統(tǒng)的第二代電控噴油系統(tǒng)的發(fā)展過程。在采用“位置控制”的第一代電控噴油系統(tǒng)中，保留了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)，只是將原有的機(jī)械式噴油泵及其機(jī)械控制部件用電控噴油泵及其控制部件取代，通過設(shè)置控制系統(tǒng)，使控制精度和響應(yīng)速度得以提高。柴油發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不需改動，生產(chǎn)繼承性好，便于對現(xiàn)有柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行升級換代。缺點是“位置控制”系統(tǒng)執(zhí)行頻率響應(yīng)慢，控制頻率低，控制自由度小，控制精度還不夠高，噴油壓力無法獨立控制。在采用“時間控制”的第一代電控噴油系統(tǒng)中，基本保留了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置控

14、制系統(tǒng)，形成數(shù)字式高頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由電磁閥的關(guān)閉時刻和閉合時間決定循環(huán)供(噴)油量和噴油正時，其控制自由度和控制精度都是“位置控制”所無法比擬的，其技術(shù)上的難點在于如何加快需要通過大油量的高速電磁閥的響應(yīng)速度，同時噴油壓力還是無法獨立控制。第一代電控噴油系統(tǒng)包括電控直列泵系統(tǒng)和電控分配泵系統(tǒng)，以及一部分電控單體泵噴油系統(tǒng)或電控泵噴嘴噴油系統(tǒng)。? 以高壓、中壓或低壓供油泵、電磁、液力控制式噴油器和公共油軌組成的各種電控共軌式噴油系統(tǒng)的最大特征是:噴油系統(tǒng)的兩個基本任務(wù)-燃油壓力的形成和燃油量的計量，在時間上、在系統(tǒng)中的部位和功能方面都是分開的。燃油壓力的形成和燃油的輸送基本上與噴油過程無關(guān)。根據(jù)E

15、CU的指令，帶有電液控制件的噴油器可按所要求的噴油正時精確地從共軌中“調(diào)出”具有所要求的精確壓力和精確循環(huán)量的燃油。因無二次噴射的約束，噴油壓力可按需控制以實現(xiàn)高壓噴射，其平均噴油壓力與最大噴油壓力非常接近，從而明顯改善燃油霧化品質(zhì)，改善燃燒過程，提高燃燒效率，降低燃燒噪聲，降低排放。由于系統(tǒng)可直接控制噴油器針閥的運動，可以實現(xiàn)預(yù)噴射和后噴射，因而可獲得理想的噴油速率。這樣，柴油發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速就不對循環(huán)供(噴)油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力產(chǎn)生影響，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的獨立控制，使實現(xiàn)循環(huán)供(噴)油量、噴油正時、噴油速率和噴油壓力的優(yōu)化控制成為可能，從而大大提高了柴油發(fā)動機(jī)的在裝車率，特別是在轎車發(fā)動機(jī)中的競爭能力;同時，在采用傳統(tǒng)的泵-管-