國內(nèi)柴油機(jī)電控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向_池建軍

1、作者簡介:池建軍,男,1976年生,中北大學(xué)在讀碩士研究生,研究方向:柴油機(jī)電控技術(shù)開發(fā)與標(biāo)定研究。引言自柴油機(jī)問世以來,經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,其技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)了三次飛躍。20世紀(jì)20年代中期以德國Bosch 公司為代表的機(jī)械式噴油系統(tǒng)代替了蓄壓式供油系統(tǒng),使柴油機(jī)在車輛上的應(yīng)用成為可能。50年代初出現(xiàn)的廢氣渦輪增壓技術(shù),使柴油機(jī)的升功率有了大幅度的提高,奠定了它作為中、重型車輛上幾乎不可替代的動力裝置的基礎(chǔ)。80年代以來,以微機(jī)為電控單元的電控技術(shù)在柴油機(jī)上的應(yīng)用并逐步形成現(xiàn)代汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng),使柴油機(jī)在動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放及噪聲指標(biāo)等各個(gè)方面具有了更強(qiáng)的競爭能力,柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展因而進(jìn)入

2、了一個(gè)新的歷史階段。到目前為止,各國已研制并生產(chǎn)各種柴油機(jī)電子控制系統(tǒng),其中汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家的柴油機(jī)電控已發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段。但我國汽車工業(yè)與國際水平還存在相當(dāng)大的差距,對電控柴油機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還是不很成熟。1柴油機(jī)電控發(fā)展背景及發(fā)展現(xiàn)狀1.1柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的背景隨著發(fā)動機(jī)的應(yīng)用日益增多,世界石油資源日漸枯竭,要求不斷地提高發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。與此同時(shí),在20世紀(jì)80年代中期采用電控技術(shù)、增壓技術(shù)和三元催化器使汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和升功率有了進(jìn)一步提高,HC 、CO 、和NO x 的排放量均可滿足日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。但由于柴油機(jī)不同于汽油機(jī),其顆粒(包括炭黑排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽油機(jī),從而使降

3、低顆粒排放成為柴油機(jī)研究面臨的重大課題。在文獻(xiàn)中對此作了詳細(xì)的闡述。因此柴油機(jī)電控技術(shù)是以降低NO x 和顆粒排放、提高升功率、降低噪聲和降低油耗為主攻目標(biāo)的。1.2柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀自20世紀(jì)80年代開始進(jìn)入以電控單元為核心的柴油機(jī)電控系統(tǒng)隨著控制項(xiàng)目的不斷增多,控制任務(wù)從簡單到復(fù)雜逐步發(fā)展起來。即從僅具有循環(huán)供(噴油量控制、供(噴油正時(shí)控制等最基本的控制項(xiàng)目的燃油噴射到包括供(噴油速率控制和噴油壓力控制在內(nèi)的多項(xiàng)目標(biāo)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、增壓控制、排放控制、啟動控制、故障自診斷、失效保險(xiǎn)、發(fā)動機(jī)與變速器的綜合控制等在內(nèi)的全方位控制。但目前國內(nèi)

4、外對柴油機(jī)電控的研究仍然集中在燃油噴射方面。德國Benz 公司于1994年與德國Bosch 公司聯(lián)合開發(fā)了柴油機(jī)共軌電控燃油噴射系統(tǒng),美國Caterpillar 公司、日本Nippon 公司、德國Denso 公司都進(jìn)行了共軌電控燃油噴射系統(tǒng)研究,并相繼投入到生產(chǎn)中。我國對柴油機(jī)電控技術(shù)的研究開展相對較晚,目前主要集中在對柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)。清華大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中理工大學(xué)、長春汽車研究所、無錫油泵油嘴研究所、70研究所分別在循環(huán)供(噴油量和供(噴正時(shí)的“位置控制”、“時(shí)間控制”和“共軌式系統(tǒng)"等各個(gè)方面進(jìn)行了開發(fā)和試驗(yàn)研究工作,并

5、取得了一些成果。具體表現(xiàn)為:長春汽車研究所和吉林工業(yè)大學(xué)、北京天緯油泵油嘴股份有限公司合作,采用電控可變預(yù)行程泵實(shí)現(xiàn)對CA6110系列柴油機(jī)的噴油控制和怠速、巡航的調(diào)速控制;北京理工大學(xué)在直列泵上用電磁閥通過液壓伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動齒條,以實(shí)現(xiàn)噴油量的控制;一汽集團(tuán)公司無錫油泵油嘴研究所在電控分配泵系統(tǒng)方面進(jìn)行了研究開發(fā),在VE 分配泵上用線性電磁鐵控制滑套,用電磁閥控制提前器活塞;清華大學(xué)研制的PPVI (Pump-Pipe-Valve-Injector型電控直列泵一管一閥一嘴噴油系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)噴油泵中復(fù)雜的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu),在油路上設(shè)置了高速電磁閥,由電磁閥控制噴油正時(shí)和油量;1999年一汽集團(tuán)公司無

6、錫油泵油嘴研究所購買了美國BKM 公司的Servojet 系統(tǒng)的專利技術(shù),開國內(nèi)柴油機(jī)電控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向池建軍1侯妮娜2(1.中北大學(xué)山西太原030051;2.沈陽理工大學(xué)裝備工程院遼寧沈陽110168【摘要】從柴油機(jī)的發(fā)展闡述了柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的背景和現(xiàn)狀,介紹了柴油機(jī)電控系統(tǒng)的基本組成及分類。針對柴油機(jī)電控系統(tǒng)的組成和控制原理,詳細(xì)分析了我國柴油機(jī)電控技術(shù)需待解決的幾個(gè)問題,給出了今后柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展方向?！娟P(guān)鍵詞】柴油機(jī)電控技術(shù)電控噴油系統(tǒng)【中圖分類號】TK42【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1003-773X (200701-0015-03第1期(總第94期機(jī)械管理開發(fā)2007

7、年2月No.1(SUM No.94MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Feb.200715發(fā)了電控增壓共軌式噴油系統(tǒng),并在CA6110型增壓中冷柴油機(jī)成功地進(jìn)行了試驗(yàn);貴州柴油機(jī)廠在6135型車用柴油機(jī)、濰坊柴油機(jī)廠在Steyr WD615.67型柴油機(jī)進(jìn)行了電控共軌式噴油系統(tǒng)的試驗(yàn)。但對進(jìn)氣控制、增壓控制、排放控制等研究還處于不完善階段,因而這些有待于進(jìn)一步研究。在文獻(xiàn)中特別提到進(jìn)、排氣系統(tǒng)在國內(nèi)尚未見關(guān)于此方面的論文發(fā)表。研究柴油機(jī)進(jìn)、排氣電控系統(tǒng)和增壓控制系統(tǒng)是今后的一個(gè)重要方向。2柴油機(jī)電控系統(tǒng)組成柴油機(jī)電控系統(tǒng)組成如圖1:(1信號的采集和輸入部

8、分。通常有若干個(gè)具有相同功能或不同功能的傳感器和信號調(diào)理電路組成。(2電控單元。它負(fù)責(zé)對各種傳感器信號進(jìn)行分析處理,通過其內(nèi)算法,向被控單元輸出控制信號。(3執(zhí)行器。它是ECU與柴油機(jī)的接口,接受ECU的控制信號以改變柴油機(jī)的狀態(tài)。在柴油機(jī)電控系統(tǒng)組成方面,提高電控發(fā)動機(jī)的控制精度將會被更多的科研機(jī)構(gòu)放到重要的位置,主要從兩方面入手,即采集信號的精確度和處理信號的精確度。因而研究柴油機(jī)電控控制精度的提高也是今后一個(gè)重要方向。柴油發(fā)動機(jī)電控技術(shù)有兩個(gè)明顯的特點(diǎn):(1特點(diǎn)是其關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)難點(diǎn)就在柴油噴射電控執(zhí)行器上;(2特點(diǎn)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(shí)代,就已經(jīng)有了直列泵、

9、分配泵、泵噴油器、單缸(體泵等結(jié)構(gòu)完全不同的系統(tǒng),每個(gè)系統(tǒng)各有其特點(diǎn)和適用范圍,每種系統(tǒng)中又有多種不同結(jié)構(gòu)。實(shí)施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜,因而在此方面也可進(jìn)行新的探索研究。3柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)研究柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)經(jīng)歷了三代:第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng),它用電子伺服機(jī)構(gòu)代替調(diào)速器控制供油滑套(齒桿位置以實(shí)現(xiàn)供油量的調(diào)整,這類技術(shù)已發(fā)展到了可以同時(shí)控制定時(shí)和預(yù)噴射的TICS系統(tǒng)。第二代系統(tǒng)也稱時(shí)間控制系統(tǒng),其特點(diǎn)是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動式柱塞泵油方式,但油量和定時(shí)的調(diào)節(jié)則由電腦控制的強(qiáng)力快速響應(yīng)電磁閥的開閉時(shí)刻所決定。第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng),它完全脫開了傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應(yīng)

10、方式,通過共軌壓力和噴油壓力/時(shí)間的綜合控制,實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的供油回路和特性。強(qiáng)力快速線形響應(yīng)電磁閥是各種系統(tǒng)共同的技術(shù)難點(diǎn)。目前最先進(jìn)的燃油噴射系統(tǒng)是泵噴嘴系統(tǒng)和共軌式噴油系統(tǒng)泵噴嘴系統(tǒng)。泵噴嘴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,噴油嘴孔徑非常小,所以燃油噴射壓力比傳統(tǒng)機(jī)械式噴油系統(tǒng)有較大提高。柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一種全新的技術(shù),它集成了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感檢測技術(shù)以及先進(jìn)的噴油結(jié)構(gòu)于一身。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是:(1采用先進(jìn)的電子控制裝置及配有高速電磁開關(guān)閥;(2采用共軌方式供油;(3高速電磁開關(guān)閥頻響高,控制靈活;(4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移植方便,適應(yīng)范圍寬。這一技術(shù)的研究與開發(fā)熱點(diǎn)在于:1如何解決高壓共軌系統(tǒng)的

11、恒高壓密封問題;2如何解決高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動所造成的噴油量不均勻問題;3如何解決高壓共軌系統(tǒng)的多MAP(三維控制數(shù)據(jù)表優(yōu)化問題;4如何解決微結(jié)構(gòu)、高頻響電磁開關(guān)閥設(shè)計(jì)與制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。4柴油機(jī)電控技術(shù)需進(jìn)一步研究的方向4.1電控柴油機(jī)標(biāo)定技術(shù)(1發(fā)動機(jī)電控單元標(biāo)定系統(tǒng)的研制。發(fā)動機(jī)電控單元標(biāo)定系統(tǒng)的作用是在不影響發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行的情況下修改發(fā)動機(jī)電控單元的控制參數(shù),使發(fā)動機(jī)按照不同的控制數(shù)據(jù)運(yùn)行,同時(shí)監(jiān)控發(fā)動機(jī)性能,實(shí)現(xiàn)對控制參數(shù)的優(yōu)化。1對電控單元(ECU的研究。2電控標(biāo)定系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。3標(biāo)定系統(tǒng)與電控單元之間的通信設(shè)計(jì)。(2柴油機(jī)的優(yōu)化控制。發(fā)動機(jī)的優(yōu)化包括控制參數(shù)

12、的優(yōu)化和MAP數(shù)據(jù)的生成。目前汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)有各種優(yōu)化標(biāo)定方法,包括離線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法、在線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法、自動優(yōu)化標(biāo)定方法、最新的瞬態(tài)優(yōu)化標(biāo)定方法等。目前在國外,發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)化標(biāo)定方法越來越多地采用自動優(yōu)化標(biāo)定方法,這樣可以縮短標(biāo)定周期,降低標(biāo)定費(fèi)用,同時(shí)能得到更好的標(biāo)定結(jié)果。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的瞬態(tài)優(yōu)化標(biāo)定也日益受到重視,是目前發(fā)動機(jī)優(yōu)化標(biāo)定的最新研究發(fā)展方向。本課題在滿足發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能和排放指標(biāo)同時(shí),對柴油機(jī)進(jìn)行優(yōu)化?？刂茀?shù)的優(yōu)化包括:基本控制參數(shù)、穩(wěn)態(tài)修正參數(shù)、怠速工況參數(shù)、起動工況參數(shù)的標(biāo)圖1柴油機(jī)電控系統(tǒng)組成框圖16定、瞬態(tài)工況修正參數(shù)等的標(biāo)定。(3標(biāo)定系統(tǒng)與電控單元、噴油泵

13、、柴油機(jī)的配試。為了檢驗(yàn)所研究開發(fā)的電控標(biāo)定系統(tǒng)的各項(xiàng)功能,檢驗(yàn)其可靠性及穩(wěn)定性,需使用該系統(tǒng)進(jìn)行柴油機(jī)電控系統(tǒng)配裝某柴油機(jī)機(jī)型的實(shí)驗(yàn)。4.2柴油機(jī)電控單元的開發(fā)與其控制策略研究(1基本噴油量控制、起動時(shí)噴油量控制、怠速時(shí)噴油量控制、以及加速、超速斷油控制和修正控制。(2基本噴油正時(shí)、起動噴油正時(shí)、低溫噴油正時(shí)等方面的噴油正時(shí)控制。(3噴油壓力控制。(4對各種控制項(xiàng)目進(jìn)行控制策略研究。4.3柴油機(jī)排放控制及測試技術(shù)研究(1根據(jù)目前歐III 和歐排放要求,確定排放控制技術(shù)方案并進(jìn)行可行性分析。(2對顆粒排放機(jī)理及控制進(jìn)行研究。(3對柴油機(jī)的廢氣再循環(huán)及可變進(jìn)氣渦流的控制進(jìn)行研究分析。5結(jié)束語柴油

14、機(jī)電控技術(shù)直接影響電控發(fā)動機(jī)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。“九五”期間,由清華大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)等高校以及中國一汽、二汽、威孚集團(tuán)等企業(yè)合作進(jìn)行的“汽車電子控制技術(shù)”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目,在電控單元軟硬件的開發(fā)、控制參數(shù)標(biāo)定開發(fā)設(shè)備和電控系統(tǒng)診斷設(shè)備的研制等方面都取得了重要的成果,為發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)推廣應(yīng)用打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。由于國內(nèi)汽油機(jī)在轎車中的廣泛應(yīng)用,所以汽油機(jī)的電控系統(tǒng)先于柴油機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展,但對于電控柴油機(jī)技術(shù)的研究國內(nèi)還處于不成熟階段,然而我國各主要汽車和發(fā)動機(jī)生產(chǎn)廠家對電控柴油機(jī)技術(shù)的應(yīng)用表現(xiàn)出極大的興趣。因而無論從技術(shù)上還是從市場上來看,柴油機(jī)電控系統(tǒng)在我國推廣應(yīng)用的條

15、件都在不斷成熟。參考文獻(xiàn)1楊杰民,鄭霞君.現(xiàn)代汽車柴油機(jī)電控系統(tǒng)M.上海:上海交通大學(xué)出版社,2002.2王尚勇,楊青.柴油機(jī)電子控制技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.3王家雄.共軌式燃油噴射系統(tǒng)匹配研究D.北京理工大學(xué)碩士論文,2002.7.4詹郁梅.電控噴射柴油機(jī)數(shù)值仿真D.浙江大學(xué)碩士論文,2001.1.5宋軍,喬信起,等.柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀J.車用發(fā)動機(jī),2003(3.6Minggao Yang 、Qilong Lu etc.Study of the Injection ControlValve in a NewElectronic Diesel Fuel System.

16、Tsinghua Univ.SAE 980813,(收稿日期:2006-04-27(修回日期:2006-09-11The Development Status and Direction ofElectronically Controlled System for Diesel EnginesChi Jianjun1Hou Nina2Abstract This paper expounds the development status and direction of electronically controlled system for diesel engines from the de

17、velopment of diesel engines.The basic composing and category of electronically controlled system for diesel engines are introduced.Contraposing the composition and theory of electronically controlled system for diesel engines,several issues which will be settled for electronically controlled system

18、of diesel engines are analyzed in detail,development directions of electronically controlled system for diesel engines are shown.Key words Diesel engineElectronically controlled techniqueElectronically controlled fuel injection systemStudy on Weak Signal Receiving Cir cuit of SAW Gyr oscopeWang XuedeJ iang Cheng Zhou MinGao J ingAbstr act The output signal of SAW gyroscope is a voltage signal,concluded from the principle of SAW gyroscope and the principle formula educed.Generally,because the output voltage signal is very weak,the signal voltage and the noi