柴油机技师高级论文

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柴油机技师高级论文:柴油机电子控制技术初探

[摘 要]：工程用大功率柴油机发展至今已经不能适应现代生产节能及环保的要求而电子控制喷射燃油技术的应用可以满足使用要求。但是现场使用的大功率柴油机尤其是国产大功率柴油机应用电控技术还很不成熟随着环保及节能要求的日益提高工程用大功率柴油机燃油电控喷射应用势必成为发展方向。

[关键词]：柴油机、电控技术

一直以来由于工程用柴油机只注重满足生产需要环保及节能方面的要求相对较少随着世界环境的日益恶化能源的日益紧缺对工程用柴油机的环保及节能要求也越来越高而现存的柴油机无论其经济指标、动力指标、排放指标等各方面都已经不能适应社会现状及发展的需要而计算机技术、冶金工艺、信息传输技术应用于柴油机使燃油喷射时间、喷射数量及喷射正时都可以得到控制能够满足柴油机各方面需求。尤其是该技术在车用柴油机上已经开始应用因此发展工程用大功率柴油机电控技术势在必行。 第 2 页 共 8 页 1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年代以来德国奔驰公司、美国卡特彼勒公司、通用公司、康明斯公司、日本五十铃公司及小松制作所等车用柴油机公司都相继开发该产品并投放市场率先满足了公路用车排放及节能要求。

由于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对喷油量、喷油压力和喷射正时运行的控制。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都能满足柴油机进行电子控制的要求因而电子控制燃油喷射很容易实现。

2何谓电喷柴油机 采用电子控制喷射燃油的柴油机即为电喷柴油机。电喷柴油机喷射系统由传感器、计算机和执行机构等部分组成。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工况的实时控制。采用负荷、转速、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等电子传感器将实时检测的各项参数同时输入计算机经过计算机处理计算得出最佳参数值然后把指令送到执行器。执行器根据指令控制喷油量(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)同时对废气二次燃烧阀、预热塞等执行机构进行控制使柴油机达到最佳运行状态。 第 3 页 共 8 页 3柴油机电子控制系统类型及结构 各种柴油电控系统的主要根据控制功能、传感器的数量和类型、执行元件的类型、ＥＣ Ｕ控制软件、主要电控元件的结构原理和安装位置通常将其分为电子控制式喷油泵、泵喷嘴、喷油泵—喷油器式（单体泵）和高压共轨。

3.1电子控制式喷油泵 这类泵主体普通喷油泵、电子控制调速器和喷油提前角调节器又分为直列式和分配式两种。

3.1.1电子控制直列式喷油泵 装用直流电动机式电子调速器的直列柱塞泵电控系统用电子调速器取代原有的机械调速器以实现对喷油量的控制；用正时控制器取代原有的机构离心式供油提前角自动调节器来对喷油正时进行控制；并设有油量调节拉杆（或齿条）位置传感器和正时传感器对喷油量和喷油正时的控制均采用闭环控制方式。

3.1.2分配泵电控喷射系统。

可分为轴向和径向两种分配泵。轴向泵是早期带电子控制的分配泵的进一步完善增加了高压电磁阀、电子控制单元和转角位置传感器。电磁阀关闭就是供油过程的开始连续供油直至电磁阀打开为止。供油量取决于电磁阀关闭的时间的长短喷嘴端的压力约为150Mpa。 第 4 页 共 8 页 3.2泵喷嘴电控系统 从前BOSCH称之为PDE系统现在被称为UIS系统DELPHI称之为EUI。如图3所示电子控制的泵喷嘴是一个单缸喷油泵集成有喷嘴和直接装在柴油机气缸盖上的电磁阀每个气缸都配有单独的泵喷嘴由摇臂操作该摇臂由发动机凸轮轴上的喷射凸轮驱动。高速电磁阀控制喷射始点和喷射油量。在不通电的状态下电磁阀是打开的。这意味着从低压系统进油口到油泵及返回到发动机缸盖中的低压通路的油流不受限制因此柱塞的吸入行程允许燃油被充入油泵腔室而只有在油泵供油行程中电磁阀通电后关闭旁通油路在高压油路产生高压当超过喷嘴开启压力燃油才能喷入发动机燃烧室。这种紧凑设计使得高压容积非常小而液压强度非常高。因此喷射压力可高达180－200 Mpa。

4柴油机电子控制技术的特点 4.1喷射压力高 柴油喷射压力从10MPa提高到300MPa以上。如此高的喷射压力可明显改善燃气的混合质量缩短着火延迟期使燃烧更迅速、更充分从而降低废气排放。提高柴油机工作效率。

4.2喷射参数独立控制 传统柴油机的供油系统燃油喷射正时及喷射量与柴油机的转速、负荷及车况有极__系。这种特性对于低转速、小负荷情况下的经济性和排放极为不利。如果供油系统能够有独立的喷射压力、喷射正时控制能力就可选择第 5 页 共 8 页 最合适的燃油喷射数量、喷射压力及喷射正时燃烧性能达到最佳状态使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。

4.3可变的预喷射控制能力 预喷射既可以降低颗粒物排放又因燃气温度较低而不增加氮氧化物排放还可改善柴油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放降低噪声。但是预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔在不同工况下的要求是不一样的。因此可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放起到了关键性的改良作用。

4.4快速断油能力 喷射结束时必须快速断油如果不能快速断油在低压力下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟增加碳氢化合物的排放。电喷柴油机喷油器上采用的高速电磁阀很容易实现快速断油。节约了能源改善了排放状况。

5柴油机电子控制技术的应用优点 采用电控技术的柴油机由于能够拥有更好的燃烧能简单实现各种灵活的控制（比如停缸、排气制动、 ABS、电子仪表指示等）因此主要有以下优点： 5.1提高发动机的动力性和经济性 柴油机电控系统中ECU根据传感器信号精确计算喷油量和喷油正时从而提高发动机的动力性和经济性。大众公司曾经用一台功率为102hp的电控汽油机与一台功率为100hp的电控柴油机装备在同一款车上进行油耗实验结果显示柴油机比汽油机在城市功况下的油耗比第 6 页 共 8 页 汽油机低42%__区功况下的油耗比汽油机低32%,综合功况下的油耗比汽油机低37%。

5.2降低氮氧化物和烟度的排放 采用柴油机电控技术可精确地将喷油量控制在不超过冒烟界限的适当范围内同时根据发动机工况调节喷油时刻从而有效地抑制排烟。在欧洲氮氧化物和烟度排放的处理已经得到解决可实现“零”排放。

5.3减小了噪声 传统发动机噪声大但采用电子控制柴油技术和预喷射技术相结合后柴油机的工作噪声被有效的减小。

5.4改善低温起动性 电子控制系统能够以最佳的程序替代驾驶员进行这种麻烦的起动操作使柴油机低温起动更容易。

5.5提高发动机运转稳定性 采用柴油机电控系统无论负荷怎样增减都能保证发动机怠速工况下以最低的转速稳定运转同时为防止齿条卡死“飞车”在减油复位同时迅速切断高压泵油关闭进气__。

5.6具有良好的自学习和自适应功能 由于喷油量、喷油规律、喷油提前角、怠速等都由ECU自动控制。可以通过电子油门、附件功率、水温等自动控制上述各喷油参数从而具有自学习和自适应功能。

5.7适应性广 只要改变ECU的控制程序和数据可以有几十种喷油量控制模式（稳态和瞬态）。一种柴油喷射系统因此就能广泛用在各种柴油机上而且柴油机燃油喷射控制可与变速第 7 页 共 8 页 器控制、怠速控制等各种控制系统进行组合实现集中控制有利于缩短柴油机电控系统开发周期并降低成本从而扩大柴油机电控系统的应用范围。譬如全能电动调速器在出厂前的软件编程中已预设有各种不同调速率的程序并在控制盒上设有调速率的转换开关用户可根据柴油发动机的用途和要求设定不同的调速率这提高了电动调速器的匹配适应能力。

5.8控制涡轮增压 采用电子控制技术可以对增压装置进行精确的控制以改善柴油机的各种性能。

5.9故障检测简易 大多数故障可以通过厂家提供的专用诊断和设置软件进行检测和判断。

5.10具有自动保护功能、失效安全策略 电控柴油机控制系统可以根据监测到的传感器和开关数据判断发动机工况例如发动机温度、机油压力、冷却液位置、排放值等（欧4）自动控制发动机的输出功率达到保护发动机的目的。

6实现工程用大功率柴油机电子控制的方法设想 由于现有的计算机技术、冶金技术、电子传输技术、柴油机燃烧理论及计算机模拟技术等已经很成熟只要将一些关键部件加以强化及改型即可满足升级需要。

6.1由于电控柴油机比功率大故机体、曲轴、连杆、活塞都必须加以强化。 第 8 页 共 8 页 6.2选用高效增压器合理改善喷嘴环截面积以满足燃烧需要。

6.3利用工程用机对外形要求较小的特点在机体合理部位铸造高压共轨__。

6.4选用稳定处理器、传输、存储元件建立完善的电子控制系统。

6.5优化泵喷嘴通过计算选用合理燃烧室形状、喷油压力。

结论 综上所述柴油机电子控制技术具有传统柴油机不可比拟的优点其经济性、动力性、可操作性、环保性等各方面与传统柴油机相比都极具优势作为现有的机械控制工程用大功率柴油机的替代产品必将成为发展方向。