柴油机电子控制系统的发展

目录

1前言 (3)

2电子控制柴油机概述 (4)

2.1何谓电喷柴油机 (4)

2.2柴油机电子控制技术的发展状况 (5)

2.3柴油机电子控制技术的目的及优点 (6)

2.3.1柴油机电子控制技术的目的 (6)

2.3.2柴油机电子控制技术的优点 (6)

2.4柴油机电控技术的特点 (7)

2.4.1柴油机是一种热效率比较高的动力机械 (7)

2.4.2柴油机的喷射系统形式多样 (7)

2.5电控柴油喷射系统分类 (7)

2.5.1位置控制系统 (8)

2.5.2时间控制方式 (9)

2.5.3时间－压力控制方式 (9)

2.5.4压力控制方式 (10)

3电子控制柴油机技术介绍 (10)

3.1单体泵技术 (11)

3.1.1单体泵控制油路 (12)

3.1.2单体泵系统的另一个优势 (12)

3.2泵喷嘴技术 (13)

3.3高压共轨技术 (15)

4柴油机电子控制技术的发展趋势 (17)

4.1高的喷射压力 (17)

4.2独立的喷射压力控制 (17)

4.3改善柴油机燃油经济性 (17)

4.4独立的燃油喷射正时控制 (17)

4.5可变的预喷射控制能力 (18)

4.6最小油量的控制能力 (18)

4.7快速断油能力 (18)

4.8降低驱动扭矩冲击载荷 (18)

5结论 (19)

6参考文献 (20)

摘要

柴油机的发展水平一直是车辆发展水平的重要标志，随着国家对环保的重视和国际石油价格高涨，我国应对柴油机的发展引起足够重视。车用柴油机面临着日趋严格的排放法规和降低燃油消耗率等要求，采用电子控制技术是使柴油机同时满足各种要求的有效手段,而电控单元是整个控制系统的核心，其中的硬件和控制软件设计是否合理将对整个控制系统产生决定性的影响。车用柴油机的结构比较复杂，尤其是新兴的电子控制技术，对于广大汽车驾驶与维修人员来说有着十分重要的意义。文章介绍了柴油机电子控制技术的发展状况、控制原理和应用特点及高压共轨技术的工作原理、研究方向、应用前景。

关键词：柴油机电子控制发展

1前言

随着汽车电子技术日趋完善，时至今日，汽车电子化已达到相当高的程度。柴油机发展越来越完善，以它的高效、功率范围宽广，已广泛应用于工业、农业、军用和民用等领域。随着柴油机数量的不断增多，也引起了人们对柴油机燃油经济性和排放性能的关注，特别是当今排放性能已经被提到首要位置。因此人们也一直在不断地致力于完善柴油机的性能，以期得到好的排放性、经济性、动力性及低噪声，保持一个人类赖于生存的良好环境。

影响柴油机排放性、经济性的因素很多，而且相当复杂。改善柴油机的排放性能、经济性能最主要的手段是改善燃烧性能，这在实践中叶得到了证实。控制燃烧性能的最主要的方法有两种：一是合理组织燃烧室内的涡流；二是采取燃烧室内燃油高压喷射。

另外，还可以通过控制燃油喷射率以改善燃烧性能。因为燃油喷射率对NOx、黑烟、噪声的影响也很大。在低负荷时，降低平均喷射率可以降低NOx的排放；而在高负荷时，相对提高平均喷射率则有助于减少黑烟。喷射初期的喷射率是决定预混合气量的重要因素之一，为了降低NOx和噪声，喷射初期希望喷射率低一些。喷射中期，为了降低黑烟，则希望喷射率高一些，而喷射后期则希望尽量短，喷油提前角对柴油机的排放性和经济性影响也较大。而且影响结果有时是相互矛盾的。比如，喷油提前角增大，HC排放量减少，但又增加了NOx的排放量。所以，现代直喷式柴油机燃油喷射系统必须具备以下要求：

a．具有高的喷射压力，且压力灵活可调；

b．能够精确控制喷油定时和喷油量；

c．能够最优控制燃油喷射率；

d．断油干脆。

而要同时达到以上要求，传统的依靠凸轮机构组成的喷油系统是无法达到的。因此必须采用电子控制式柴油机喷油系统。

2电子控制柴油机概述

2.1 何谓电喷柴油机

采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。电喷柴油喷射系统由信号输入装置（传感器）、电子控制单元（ECU）和执行元件三大部分，如图2-1所示。

图2-1 柴油机电控系统的组成

其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入计算机(ECU)，与已储存的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳[1]。

2.2 柴油机电子控制技术的发展状况

柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满足日益严格的排放法规要求。

由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近年来，随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展，使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进行电子控制的要求，并且电子控制燃油喷射很容易实现。

实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOx排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧，可燃混合气形成时间很短，而且可燃混合气形成与燃烧过程交错在一起。通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预喷射、分段喷射等可以有效的改善排放。

经过多年的研究和新技术应用，柴油机的现状已与以往大不相同。现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。随着国际上日益严格的排放控制标准(如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严峻的挑战，解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现在，柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。