柴油机电子控制系统发展

柴油发动机电子控制技术目录一、引言 (1)二.柴油机的诞生 (2)三. 柴油机的基本概述 (3)（一）柴油机的分类 (3)（二）柴油机的燃烧过程 (4)（三）柴油机电控系统的组成 (4)（四）柴油机电控技术的特点 (6)四. 柴油机电子控制技术的发展状况 (7)（一）发展与环保政策 (7)（二）我国柴油机应用技术现状 (11)（三）国外柴油机应用的先进技术 (12)五. 柴油机电子控制技术的发展趋势 (12)（一）电子控制技术的发展趋势 (12)（二）柴油机电控系统发展趋势 (14)（三）柴油机的推广和应用发展 (16)六.总结 (18)参考文献 (19)柴油机电子控制系统发展摘要：柴油机是目前产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型，它已经成为汽车、农业机械、工程机械、船舶、内燃机车、地质和石油钻机、军用、通用设备、移动和备用电站等装备的主要配套动力。

本论文分析的主要方向是汽车柴油发动机电子控制技术的发展。

关键词：柴油机、电子控制系统、发展趋势、环保政策Key words:diesel engine、electronic control system、Development trend 、environmental protection policy一、引言汽车是人类物质文明重要的一个组成部分，随着电子技术在汽车行业的广泛渗透和应用，使得现代汽车产品已不再是单纯的机械结构，而是机械、电子、信息、计算机与自动控制等集成机电一体化产品。

国外汽车运用电子技术从20世纪60年代开始，而大规模的运用在90年代后。

从汽车电子化发展进程看，可分为三个阶段，从20世纪60年代中期到70年代末期，汽车上运用电子技术主要是对汽车电器产品进行电子技术改造，以改善部分性能。

进入70年代，随着汽车工业的快速发展，汽车需求数量呈直线增长，汽车排放公害日益严重，能源危机问题日益突出，以及汽车的安全问题迫使各国政府出台相应的法规，使各国汽车生产厂无不感到巨大压力。

所幸的是从70年代末期到90年代中期，由于电子工业的长足发展，别特是集成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路技术的飞速发展，为人们在汽车上广泛采用电子技术提供了可能，形成汽车电子技术发展的第二阶段。

这一阶段的主要特征是，广泛采用机电一体化装置，解决机械系统无法解决的复杂的自动控制问题，强调解决汽车的安全、环保及节能三大问题，从而引发世界的汽车技术革命。

第三阶段，从20世纪90念叨中期至今，其特征是强调以人—车—环境为主线的系统工程整体优化，主要体现在智能化上。

可以相信，随着电子技术、信息技术、能源技术、新材料技术、人类科学及其他新科学技术的近一步发展，汽车将更好地为人类服务。

二、柴油机的诞生柴油机的名称，至今在很多地方仍然被称为“狄塞尔发动机”。

那是因为世界第一台柴油机的发明者是德国工程师鲁道夫·狄塞尔(Rudofl Diesel)，1892年他首创了压缩点火式内燃机，为内燃机的发展开拓了新途径。

第二年，MAN公司根据这一专利，制造出了世界上第一台柴油发动机的原型机，并取名叫“狄塞尔”发动机。

然而，狄塞尔并不满足于这一发明，经过5年的试验，1897年制成了第一台具有实用价值的高压缩型自动点火内燃机，即压燃式柴油机。

气缸直径为15厘米，活塞冲程为40厘米。

它加长了燃烧过程前的压缩过程，这是内燃机技术的第二次突破。

历史上第一台柴油机就此诞生了。

这款发动机能将26％的燃料潜能转变成动力。

1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量。

1936年，奔驰公司制造出第一台装有狄塞尔发动机的轿车。

一直到1950年左右，柴油机才得以广泛应用。

三、柴油机的基本概述（一）柴油机的分类柴油机可按不同特征分类：按转速分为高速、中速和低速柴油机；按燃烧室的型式分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机等；按气缸进气方式分为增压和非增压柴油机；按气体压力作用方式分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等；按用途分为船用柴油机、机车柴油机等。

低速柴油机和部分中、高速柴油机主要用无涡流的开式燃烧室。

小型高速柴油机大多采用有涡流的半开式燃烧室。

（二）柴油机的燃烧过程柴油发动机的燃烧过程一般分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。

着火延迟期是指从燃料开始喷射到着火，其间经过喷散、加热蒸发、扩散、混合和初期氧化等一系列物理的和化学的准备过程。

它是燃烧过程的一个重要参数，对燃烧放热过程的特性有直接影响。

在着火延迟期内喷入燃烧室的燃料，在速燃期内几乎是同时燃烧，所以放热速度很高，压力升高也特别快。

缓燃期阶段中燃料的燃烧取决于混合的速度。

因此，加强燃烧室内的空气扰动和加速空气与燃料的混合，对保证燃料在上止点附近迅速而完全地燃烧有重要作用。

柴油机的混合和燃烧时间很短，以致有些燃料不能在上止点附近及时烧完，而拖到膨胀行程的后期放出的热量不能得到充分利用，因此应尽量避免燃料在后燃期燃烧。

燃烧室的优劣对柴油机的性能有决定性的作用，因此是柴油机设计的关键。

燃烧室按组织燃烧过程的特点和结构不同分为开式、半开式、预燃室式和涡流室式四类。

前两类属于直接喷射式燃烧室；后两类属于分隔式燃烧室。

（三）柴油机电控系统的组成柴油机电控系统通常由传感器及信号输入装置、电子控制单元（ECU）和执行器三部分组成。

下面是柴油机电控系统组成的电路图。

1.传感器及信号输入装置它是检测柴油机与汽车的运行状态，并将其输入到ECU中去。

在柴油机上使用的传感器主要有：加速踏板位置传感器、转速传感器、泵角传感器、溢流环位置传感器、正时活塞位置传感器、控制拉杆位置传感器、控制套筒位置传感器、着火正时传感器、水温传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、E/G开关、A/C开关、动力转向油压开关、空挡启动开关等。

2.电子控制单元（ECU）它负责信号的采集和处理，计算决策和执行程序，并将结果为控制指令输出到执行器。

此外，它还有通讯功能，和其他的控制系统进行数据传输和交换，再根据汽车运行实情对执行器输出指令作适当的修正。

图2 柴油机电控系统组成框架图3.执行器执行器由执行电器和机械执行机构组成，主要有：电动调速器、溢流控制电磁铁、电子控制正时控制阀、电子控制正时器、电磁溢流阀、高速电磁阀和电子液力控制喷油阀器等。

这些执行器实质上是电磁铁、螺旋管、直流电动机、步进电动机和力矩电动机等电器。

图3 系统控制系统（四）柴油机电控技术的特点柴油机的电控喷射系统是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小，且柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定的。

柴油机电控技术有两个明显的特点：一是柴油喷射电控执行器复杂，二是柴油电控喷射系统的多样化。

1.柴油机是一种热效率比较高的动力机械柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。

其喷射压力高达200MPa，为汽油机喷射压力的百倍以上。

对燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制，困难大得多。

而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。

2.由于柴油机的喷射系统形式多样传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。

实施电控技术的执行机构比较复杂，形成了柴油喷射系统的多样化；同时柴油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制，其软件的四、柴油机电子控制技术的发展状况（一）发展与环保政策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。

但在20世纪90年代后半期，柴油机发生了一次重大的技术变化，即有柴油发动机心脏之称的燃油喷射系统从机械式转向电子控制式。

这个变化极大地改善了柴油发动机的技术性能。

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、。

近年来，随着计算机技术、传感喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求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。

面对市场需求的压力和重要的技术突破，国际上有关的大公司都对开发新一代燃油喷射系统进行了大量投入。

上世纪80年代末到90年代，德国博世、日本杰克赛尔、美国Stanadyne等公司分别推出了基于不同设计理念的电控柴油喷射系统。

1987年前后，由菲亚特首先提出的电控高压共轨系统后来逐步成为一个主流的方向。

从1993年前后，博世从菲亚特手中买断专利，开始了共轨系统的研发。

电控共轨系统是解决柴油机排放问题和进一步改善性能的关键。

电控喷射系统的革命大大扩展了柴油发动机的应用范围。

由于电控高压共轨等一系列燃油喷射技术的出现，柴油机的噪音大大降低、舒适性大大提高，加上柴油机在能源效率上的固有优势，原来为汽油机所统治的轿车行业呈现出明显的“柴油机化”趋势，尤其是在欧洲。

随着国际各大汽车厂商不断推出柴油机配置的轿车产品，这一趋势大有被不断加速的可能。

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的颁布与实施，无论是柴油机还是汽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，柴油电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。

最近10年间，一次重大技术变化大幅度改变了柴油发动机的性能。

技术变化的第一个动力来自政府管制下的市场需求变化。

随着环保意识高涨，1982年至1998年间，美国政府对汽车柴油机氮氧化物和颗粒的允许排放值降低了三次；欧洲的排放法规也从1993年开始执行的欧洲I号标准迅速提高到欧洲II号和欧洲III号标准，目前乘用车已经开始执行欧洲IV号标准，而商用车在2006年1月也开始执行欧洲IV号标准。