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书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
柴油机电控燃油喷射系统技术解析
现在的柴油发动机大多使用了电控喷射系统，与传统的机械喷射系统相比，电控喷射系统可以有效的提高柴油机的动力性和经济性，同时大幅度的降低尾气的污染。
今天我们就来简单说说柴油机电控喷射系统的工作原理和组成结构。
柴油机可燃混合气形成有什幺特点
1．混合空间小、时间短：供油的持续时间只有汽油机的1/20～1/10，只占曲轴转角的15°～35°
2．混合气不均匀，α值变化范围很大：大负荷时喷油量多、α值小、混合气浓；怠速时喷油量少、α值大、混合气稀，α值可达4～6。
3.边喷边燃，成分不断变化。
柴油机燃烧过程
燃烧过程可以分为四个阶段：
备燃期Ⅰ：从燃油喷出（A点）到出现火焰中心（B点）为止。
备燃期特点：
1、首先着火的是浓度合适是地方，火源是位置和数量是不固定的；
2、此时喷入的油量占每循环供油量的30%----40%；
3、备燃期积油量越多，达到一定程度时，一旦燃烧，由于同时着火的油量多，压力升高率过大，冲击性的压力是燃烧噪音加大，工作粗暴，机件磨损加剧。
速燃期Ⅱ：从出现火焰中心（B点）到产生最大压力点（C点）为止。
速燃期特点：
1、活塞正靠近上止点，燃烧几乎在等容下进行；
专注下一代成长，为了孩子。
柴油机高压共轨燃油喷射系统现状与发展趋势刘斌彬,李国岫,郑亚银(北京交通大学,北京100044)摘要:介绍柴油机电控高压共轨喷射系统的原理和结构,对当今国外典型的高压共轨喷射系统进行介绍和分析,总结各种系统的最新进展,最后提出未来的研究目标和发展趋势。
关键词:柴油机;高压共轨;喷射系统中图分类号:TK 428.8 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2006)02-0001-03Existing Status and Trend of H igh -pressure Common -railI njecting System in Diesel E nginesLI U Bin -bin ,LI G uo -xiu ,ZHE NG Y a -yin (Beijing jiaotong University ,Beijing 100044,China )Abstract :This paper introduces and analyzes the principle and structure of typical foreign electric -control high -pressure com 2m on -rail injecting systems and summarizes the latest development of each mentioned systems.I t puts forward future research tar 2gets and trend in the end.K ey w ords :diesel engine ;high -pressure comm on -rail ;injection system 作者简介:刘斌彬(1982-),男,汉,研究生,主要研究方向为柴油机电控系统的研究与开发。
收稿日期:2005-09-28 为了节省能源、降低排放,柴油机电子控制燃油喷射技术已经取得了巨大的进步,而共轨喷射技术的应用,实现了柴油机发展史上的一大飞跃。
柴油机电子控制燃油喷射技术综述摘要本文介绍了电控柴油喷射系统控制原理,阐述了柴油机电子控制技术的特点,提出了柴油机电子控制技术的发展趋势。
关键词柴油机;电控;燃油喷射技术中图分类号tk42 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)23-0081-020 引言高产出低投入,柴油机因此在各领域得到广泛应用。
然而其燃油经济性与排放随着柴油机数量的增加引起人们的关注,各国政府从20世纪70年代陆续开始出台越来越严格的排放法规。
传统的依靠凸轮机构组成的机械式柴油机燃油喷射系统因其控制精度低、响应速度慢、控制自由度小等固有缺点[1],已无法满足人们对柴油机高功率、低油耗和降低排烟、噪声、排放等方面的要求。
所以运用电子控制技术控制柴油机已成必然。
1 电控柴油喷射系统控制原理传感器包括燃油温度、冷却水温度、进气温度、进气压力齿条位置、油门踏板位置、柴油机转速、车速、喷油时刻等,电子控制单元(ecu)根据各种传感器实时监测到的柴油机运行参数,与ecu中预先存储的参数值或参数图谱(map图)相比较,按其最佳值或计算后的目标值把喷令输送到执行器。
执行器根据ecu指令控制喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)和喷油量(电磁阀关闭持续时间或齿条位置)。
电控柴油喷射系统还能和制动防抱系统abs的ecu、整车传动装置的ecu及其他系统的ecu互通数据而实现整车的电子控制。
2 柴油机电子控制技术的特点柴油机电控技术和汽油机电控技术有许多相似的地方,整个系统都是由电控单元、传感器、和执行器3大部分组成。
电控单元在硬件方面很相似,在整车管理系统的软件方面也有近似处[2]。
柴油机电控技术有两个明显特点:1)柴油电控喷射系统的多样化;2)关键技术和技术难点在柴油喷射电控执行器。
电控柴油机上所用的像温度、压力、转速及油门踏板传感器等传感器,和汽油机电控系统都是一样的。
柴油机是热效率较高的机械。
为造成最佳的燃油和空气混合及燃烧的最有利条件,达到柴油机在功率、转速、怠速、扭矩、排放、噪声等要求,它在适当的时期、空间状态,将适量的燃油通过高压喷油泵和喷油器喷入柴油机的燃烧室。
柴油机燃油喷射系统的技术发展
摘要利用先进的电子技术、高频高速电磁阀技术，能够自由控制喷油量、喷油压力、喷油正时和喷油(速)率的柴油机电控喷射技术，目前正迅速推广和普及。
我国威孚公司和德国Bosch公司的技术合作，将使我国柴油机设计、制造和技术使用进入一个新的历史时期。
本文利用简短的文字和资料描述了柴油机燃油喷射技术的发展过程及其技术内涵。
关键词电子技术自由控制柴油机燃油发射 20世纪，柴油机技术发展史上经历了三次重大的飞跃:机械式燃油系统、中冷增压和电控喷射。
20世纪60年代后期，瑞士的Hiber教授研制了柴油机电控共轨系统的“原型”，其后以瑞士工业大学的Ganser教授为中心对电控共轨系统进行了一系列的研究。
从20世纪70年代开始，鉴于柴油机有害气体排放严重污染自然环境、石油资源的有限开采和利用，人们主动而有效地利用电子技术、计算机技术、传感技术和控制理论推动柴油机燃油喷射技术的发展。
1995年末，日本电装公司将ECD- U2型电控共轨系统成功的应用于载重汽车用柴油机上并批量生产，“从此开始了柴油机电控共轨燃油系统的新时代”，随后，德国的Bosch公司、美国的Cummiese公司、瑞典的Volvo公司、意大利的 Fiat 公司和日本五十铃公司等相继将自行开发的分别用于轿车、载重汽车和工程机械的电控共轨系统柴油机投放市场。
目前，柴油机电控喷射技术正迅速推广和普及，其技术水平也日趋成熟，总的发展趋势是由位置控制向时间控制过渡、由模拟控制向数字控制过渡。
1 问题的由来
1.1 柴油机的负面效应众所周知，柴油机因其压缩比大，故动力性和燃料使用经济好、且故障少、功率范围宽。
但同时带来振动噪声大和氮氧化物(Nox)、颗粒排放(主要成分是碳烟)污染环境的缺点。
1.2 能源危机 1973年和1979年两次波及全世界的石油危机，使人们意识到石油资源的有限性和可利用的时间短的问题。
另据资料表明(见图1)，
图1 全世界石油生产量预测
2013年世界石油最高产量为320亿桶/年，2050年将急剧衰减到60亿桶/年，与快速增加的柴油机年保有量形成明显的巨大的反差。
1.3 城市空气质量下降随着人们生活水平的提高，希望人居城市的生活环境有所改善。
但与此相反，城市空气质量普遍下降并有恶化的趋势。
究其原因，主要是发动机废气有害成分的大量排放(约占50%)。
由上述可见，当今柴油机技术中迫切需要解决的问题是:减少其废气中的有害成分;减少柴油消耗。
2 解决问题的技术措施
2.1 实行严格的废气排放法规在保持柴油机原有优点的基础上，降低其燃料消耗并减少柴油机废气中有害成分对自然环境的污染，可以采用行政法规及法律手段来解决。
目前工业发达国家在实行US98、欧(EUTO)III排放标准的基础上，逐步推广实施欧IV和欧V排放标准(见表 1)。
表1 ESC和ELR循环排放限值
注:表中*为单缸排量小于0.75L和额定功率转速大于3000r/min的柴油机; ESC——新稳态工况(欧洲稳态循环);ELR——欧洲负荷响应循环;ETC——欧洲瞬态循环。
2.2 改善柴油机的燃烧过程鉴于柴油机技术中的主要问题是柴油与空气组成的可燃混合气的正常燃烧，因此降低柴油机燃料消耗和减少柴油机废气中的有害气体排放，必须围绕改进柴油机可燃混合气形成与燃烧过程而进行。
图2为此作出了简要说明。
目前最先进的技术措施是在柴油机采用电控共轨式喷油系统。
除此以外，还有赖于柴油机废气排放系统中采取废气再循环装置(EGR)、N ox
催化剂(DeNox)、颗粒滤清器等技术措施予以配合。
图2 改善柴油机燃烧过程的技术措施
3 电控共轨式燃油喷射系统
3.1 柴油机电控喷油技术的发展过程柴油机由机械操纵向电子技术控制方向的发展，经历了采用模拟电路控制喷油、计算机控制喷油、喷油定时的电子控制、综合电子控制系统和电控共轨式燃油系统等6个步骤，前5项可视为过渡阶段，最终发展为现阶段的适用范围广泛的电控共轨系统。
换言之，柴油机从利用电子技术控制燃油喷射角度，技术进步经历了3个阶段:第一，凸轮压油+位置控制;第二，凸轮压油+电磁阀时间控制; 第三，凸轮压油+共轨蓄压+电磁阀时间-压力控制。
a)位置控制系统保留了传统的机械式泵、喷油及供油调节机构的结构型式(如喷油泵、高压油管、喷油器、供油拉杆或齿条、带螺旋槽的柱塞等)，只是用以单片机为核心的控制器ECU(Electrontic Con trol Unit)指令执行器——电动机(调速器)代替机械离心式调速器。
b)时间控制系统既可以保留传统的机械式泵、喷油结构型式，也可以用新型的高压(130～ 200Mpa)供油泵，但以高速电磁阀直接控制高压柴油喷射。
c)电控共轨系统是迄今为止柴油机电控喷油技术中，结构最完善、性能最先进、技术难度最大的电控喷油系统，其结构
组成在柴油机的总体布置分别如图3、图4所示。
图3 电控共轨系统燃油系统组成
图4 电控共轨系统在柴油机上的布置
电控共轨系统利用各种相关传感器采集并输送柴油机运行状态参数给控制器(ECU)，ECU根据目标(设定)值计算出喷油量、喷油压力、喷油正时和喷油(速)率，随后发出指令给执行器，驱动其动作，让柴油机处于最佳(接近理想——符合实际运行条件的)状态下运转。
其整个控制过程，如方框图5所示。
图5 电控共轨系统的控制框图
采用电控共轨系统的柴油机的突出优点是，在理论分析、大量实验的基础上，综合柴油机实际运行状况，能够自由控制喷油量、喷油压力、喷射正时、喷油(速)率和多次喷射(预喷射、主喷射和后喷射)，不仅实现了节省燃料、减少废气有害成分的排放目标，并且给柴油机带来了技术性能的全面提高。
据资料介绍，“我国威孚公司和德国Bosch公司合作，在无锡建设专门生产电控燃油系统的工厂。
这是一项前瞻性的战略合作，数年之后配装电控燃油系统的柴油机将会由我国柴油机源源不断地流向市场、走向世界”。
主要参考资料:1、徐家龙.柴油机电控喷油技术.人民交通出版社.2004年 2、李春明.柴油机电子控制燃油喷射系统.机械工业出版社.2003年 3、杜任武.柴油机电子控制系统.人民交通出版社.2003年 4、杨杰民.汽车柴油机电控系统.辽宁科技出版社.2004年 5、周宽伟.高速直喷柴油机电控喷油系统的现状和发展《国外内燃机》.1998年 6、贾锡印.柴油机燃油喷射与调节.哈尔滨工业大学出版社.2002年。
