柴油机电子控制系统的发展

柴油机电子控制系统的发展摘要：柴油机是迄今为止热效率最高的热动力机械，柴油机的发展水平一直是车辆发展水平的重要标志，大力发展柴油机对于节约能源和解决温室效应的问题具有重要意义。

由于世界石油危机和严重的环境污染，柴油机面临着日趋严格的排放法规和降低油耗等要求，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。

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。

本文介绍了柴油机电子控制系统中各种技术的控制原理、应用特点以及柴油机电子控制系统的发展趋势和未来的研究方向。

关键词：柴油机电子控制发展Development of diesel electronic control systemAbstract：Diesel engine is by far the highest thermal efficiency thermodynamic ma chinery, the development level of diesel engine has been the important symbol of the levels of vehicle development, vigorously develop diesel engine to save energy and solve the problem of the greenhouse effect is of great significance. Due to world oil crisis and serious environmental pollution, diesel engine is faced with in creasingly stringent emission regulations and reduce fuel consumption and other re quirements, using electronic control technology is to make the diesel engine at the same time meet the requirements of various effective means. The structure of the diesel engine is more complex, especially the emerging of electronic control tech nology, for the broad masses of vehicle driving and maintenance personnel has ve ry important significance. Diesel engine electronic control system were introduced in this paper the control principle, the application characteristics of the various tec hnologies and the development trend of diesel engine electronic control system an d the future research direction.Keywords: diesel engine; electronic control ;development目录1 绪论 (1)1.1引言 (1)1.2何谓柴油机电子控制系统 (1)1.3柴油机电子控制系统的特点 (2)1.4柴油机电子控制系统的发展历程 (2)2 柴油机电子控制技术介绍 (5)2.1电控泵喷嘴技术 (5)2.1.1商用车电控泵喷嘴 (6)2.1.2轿车用电控泵喷嘴 (6)2.2电控单体泵技术 (6)2.2.1电控单体泵的优点 (7)2.2.2电控单体泵的不足 (7)2.3高压共轨技术 (7)2.3.1高压共轨系统的优点 (9)3 电控柴油机新技术应用 (10)3.1柴油机电子控制新技术分析 (10)3.2新型喷油系统的研发应用 (10)3.2.1 电控单体泵和高压共轨喷油器组成的混合式喷油系统 (11)3.2.2电控单体泵和高压共轨喷油器加共轨管组成的混合式喷油系统.. 114 柴油机电子控制系统的发展趋势 (12)4.1柴油机电子控制系统的发展趋势 (12)结论 (13)参考文献 (14)谢辞 (15)1 绪论1.1引言自1897年Rudolf Diesel发明的第一台柴油机至今，柴油机已经历了一个多世纪的发展。

早期的控制系统是以机械为主，随后又开发了液压、气压的自动控制系统。

在机械控制系统中的调速器，通过飞锤支持力与弹簧恢复力的平衡过程，改变柱塞有效行程位置，或利用分配泵上的滑套位置，对燃油进行定量控制。

机械式供油自动提前器利用与调速器相似的原理，改变凸轮轴的相对转角位置，对燃油进行定时控制。

传统的机、液、气控制系统的控制精度低、无法实现多参量的实时检测与控制，实难满足人们对柴油机性能不断提高的要求。

到20世纪70年代，随着电子技术飞速发展、计算机技术的广泛应用，柴油机电子控制系统应运而生。

1.2何谓柴油机电子控制系统柴油机电子控制系统是将电子技术引入机械控制中，主要是利用传感器检测机械运动，将检测的信息输入控制器（ECU)，经计算得到能够实现预期运动的控制信号，驱动执行器，实现对柴油机的优化控制。

柴油机电子控制系统主要由传感器、控制器（ECU)和执行器三部分组成，如图1-1所示。

图1-1柴油机电子控制系统的组成它的主要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变化而进行实时控制。

采用转速、加速踏板位置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却液温度等传感器，将实时检测的参数同时输入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。

1.3柴油机电子控制系统的特点（1）改善柴油机性能和排放，提高工作可靠性。

（2）响应快、控制精度高，控制策略灵活。

（3）柴油机电子控制系统具有高压、高频、脉动等特点，其喷射压力高达180Mpa，甚至250Mpa，为汽油喷射压力的几百倍，甚至上千倍。

对高压燃油喷射系统实施喷油量的电子控制很困难，而且对喷射正时的精度要求很高，因此柴油机电子控制技术的关键和难点是电控执行器。

（4）柴油机在机械控制时代就已经有了直列泵、分配泵、泵喷嘴、单体泵等结构完全不同的系统，每个系统各有特点和适用范围，每个系统都有多种不同结构。

形成了柴油机电子控制系统的多样化。

1.4柴油机电子控制系统的发展历程柴油机电子控制系统的开发研究从20世纪70年代开始，至今已经历了三代。

第一代电子控制系统是位置控制式。

它的特点是不仅保留了传统的喷油泵-高压油管-喷油嘴系统，而且还保留了喷油泵中齿条、齿圈、滑套、柱塞上控油螺旋槽等控制油量的传统机械，只是对齿条或滑套的运动位置，由原来的机械调速器控制改为电子控制，使控制精度和响应速度得以提高。

其优点是柴油机的机构几乎无需改动，故生产继承性好，便于对现有机器进行升级改造。

缺点是控制自由度小、精度差，喷油率和喷射压力难于控制，也不能改变传统喷油系统固有的喷射特性。

第二代电子控制系统是时间控制式。

所谓时间控制，就是用高速电磁阀直接控制高压燃油的适时喷射。

一般情况下，电磁阀关闭，执行喷油；电磁阀打开，喷油结束。

这种系统可以是保留原来的喷油泵-高压油管-喷油嘴系统，也可采用新型的产生高压的喷油系统。

其优点是使传统的喷油泵结构得以简化，强度得以提高，设计自由度提高，高压喷油能力大大加强。

可以实现喷油量控制又可实现喷油定时的控制。

缺点是这种喷油系统喷油压力依旧利用脉动柱塞供油，因此其对转速依赖性很大。

在低速低负荷时，其喷油压力不高，而且难以实现多次喷射，极不利于降低柴油机的噪声和振动。

第三代电子控制系统是时间-压力控制式，是以基本改变了传统喷油系统基本组成和结构为特征的。

通过设置传感器、控制器和高速电磁阀或电/液控制执行器等组成的电子控制系统，对循环喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油规律、喷油压力等进行“时间-压力控制”或“压力控制”。

在电子控制共轨式喷油系统中，对循环喷油量采用最多的是“时间-压力控制”。

如图1-2所示。

在该系统中用高压泵代替传统使用的泵-管-嘴脉动供油形式 ，在柴油机的驱动下，以一定速比将连续高压燃油输送到共轨内，再由共轨送入各缸喷油器。

在这里，高压油泵并不直接控制喷油，而是向共轨供油以维持所需的共轨压力，通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，采用压力-时间式计量原理，用高速电磁阀控制喷射过程。

喷油压力喷油量及喷油定时由ECU 灵活控制。

如图1-3所示。

1特许经销商高级技术培训系列教程柴油发动机技术培训Serv ice ●Training2003 Version图1-2（高压电子控制喷油系统）共轨（Common-rail）喷油器燃油压力传感器高压供油泵高速电磁阀图1-3 电/液控制柴油机电子控制系统2 柴油机电子控制技术介绍随着柴油机技术不断发展，人们越来越发现柴油机的独特优势：能量利用率高，耗油量低，废气排量小，工作可靠性好。

由于社会不断进步，人们对柴油发动机的安全性、动力性、经济性、排放性和舒适性提出了更高的要求，而满足上述要求最有效手段是对柴油机进行电子控制。

柴油机电子控制技术，是一种用计算机来实现对柴油机工作过程优化控制的技术。

它使用计算机控制技术代替了传统柴油机中通过机械、液力和电气手段对喷油定时、喷油量、转速、起动特性、限速特性、超速保护等参数和工况的控制，为的是获得更好的控制效果。

柴油机电子控制技术主要包括：电控泵喷嘴技术，电控单体泵技术，高压共轨技术。

2.1电控泵喷嘴技术柴油机作为热效率最高的热动力机械，对于节能减排有着重要意义，可是也存在振动噪声大，氮氧化物颗粒物质排放高的问题，而电控泵喷嘴系统就能解决上述问题，其结构图如图2-1所示。

图2-1泵喷嘴结构图及示意图电控泵喷嘴系统是将泵油柱塞和喷油器组合安装在一个壳体内的柴油机燃料喷射系统。

由于无高压油管，所以可消除长的高压油管中压力波和燃油压缩的影响，高压容积大大减少，因此喷射压力可达220MPa，成为目前各类喷油系统之首，对改善柴油机各项性能都有重大意义。