車用柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展

近年來柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展勢頭是令人矚目的。與現(xiàn)代汽車汽油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展背景一樣，面對無法回避的局部和全球性的環(huán)境和能源問題，現(xiàn)代汽車柴油發(fā)動機(jī)不得不采用和發(fā)展電子控制系統(tǒng)，以便保持汽車柴油發(fā)動機(jī)的可持續(xù)發(fā)展，更充分發(fā)揮柴油發(fā)動機(jī)固有的優(yōu)點(低油耗和低CO2排放)。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發(fā)動機(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)的柴油發(fā)動機(jī)上普遍使用，一些大的廠商則早已著手研制滿足歐4排放標(biāo)準(zhǔn)的電控柴油發(fā)動機(jī)，現(xiàn)在，電控共軌系統(tǒng)在多缸柴油發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用已明顯增多。

現(xiàn)代轎車柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的新技術(shù)

1、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)。現(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。

2、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。

3、渦輪增壓中冷技術(shù) 柴油發(fā)動機(jī)采用廢氣渦輪增壓技術(shù)后，燃料能夠完全燃燒，可降低CO和HC的生成量。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%。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。

4、采用多氣門技術(shù) 多氣門可增大柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，使柴油的燃燒更徹底，排氣更快、更徹底，從而提高了柴油發(fā)動機(jī)的輸出功率。

5、廢氣再循環(huán)技術(shù) 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。

柴油發(fā)動機(jī)電控供油系統(tǒng)的技術(shù)要求

柴油發(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。

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。

柴油噴射系統(tǒng)的控制功能和發(fā)展

1、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、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。

2、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)ECU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-嘴噴油系統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)上使用時，不需要對原有結(jié)構(gòu)作很大的改動，所以發(fā)展前景很好。

我國對現(xiàn)代柴油發(fā)動機(jī)電控技術(shù)的研究和開發(fā)尚處于起步階段，目前還主要集中在對柴油發(fā)動機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)上。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對環(huán)保的要求越來越高，柴油發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的研究和相應(yīng)產(chǎn)品的開發(fā)必將成為我國汽車柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域中的一個熱點，這將大大促進(jìn)我國汽車柴油發(fā)動機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，為在未來不長的時期里參與國際競爭奠定堅實的基礎(chǔ)。

（轉(zhuǎn)載）