191
机电技术应用
Application of Mechanics-electronics Technology
刘 勇
（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330052）
摘 要：当前倡导节能减排，柴油机需要朝低能耗低排放方向发展，大规模集成电路和电喷技术促进了柴油机电控技术的发展。电控系统的柴油机可以实时监控工况，使柴油机更加节能环保。基于此，文章就国内外柴油机电控喷油技术的发展现状及前景展开了论述。
关键词：柴油机；电控喷油技术；发展现状；前景中图分类号：TK423 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）20-0191-02
——————————————
作者简介： 刘勇（1980—），男，江西宁都人，本科，助理工程师，
研究方向：车辆工程。
自19世纪车用柴油机诞生以来，由于这种发动机具有节能高功率的特点，因此受到了普遍的欢迎。近现代以来，柴油机的发展越来越快，由于汽车发动机需要消耗大量的能源，而且排放的尾气会造成很大的污染，因此现在的汽车行业都在研究节能减排的发动机。柴油机的电控燃油喷射技术，是关系柴油机低碳减排的关键技术。
1 国内外电控柴油机的发展现状
1.1 国外情况
20世纪早期的德国公司，采用机械喷油技世纪中期，废除了涡轮增压技术，使柴油机进20世纪末，采取微机控电控柴油机系统，柴油机的动力性排放和噪声都得到了很大的改善，标志着柴油机技术进入了一
个新的发展阶段。在20世纪末期，德国奔驰公司和美国底特律的发动机厂商，还有日本的公司柴油机电控分配泵和直列泵的年销量都达到了10万台和几十万台之多，很多外国公司还研究了共轨电控喷射系统，而且形成了批量生产。目前，世界上众多的汽车厂家研发了各种柴油机电控系统，对节能减排起到了很大的作用，很多外国公司的柴油发动机已经具有很高的科技含量。
欧美等一些国家重型卡车几乎都采用了柴油发动机，轻型卡车采用柴油发动机的也很多，轿车也有近一半采用的是柴油发动机，奔驰公司对我国市场做出了预测，到21世纪初将有1/4的车辆要采用柴油发动机，同一时间段美国的车辆柴油发动机的比例还要上升。柴油机的电控技术发展也可以分为三个时期，20世纪70年代开始研发，这一阶段电控技术应用在发电机组柴油机上；20世纪80年代，柴油机电控技术得到了发展，诞生了多种位置时间控制的电控柴油发动机技术，电控柴油发动机也开发了多种形式；20世纪末到现在，电控柴油机技术日益成熟起，先进的电控系统对喷油量和油压喷油率掌握得更加准确了。
1.2 国内情况
现在我国的柴油机电控系统与外国的技术相比有很大差距，我国的汽车领域技术比外国先进企业落后很多，国产柴油机电控技术还比较落后。我国对于柴油机电控技术
的研究起步比较晚，在20世纪末期才开始了对于柴油机电控技术的研究。
我国的科研单位对于柴油机的位置控制研究方面取得了一定的成绩，比如长春汽车研究所对柴油机直列泵的研究取得了突破，研制成功了CA141系列柴油机调速控制器；北京大学研制成功了采取电磁阀控制液压伺服系统，驱动齿轮控制直列泵的油量；东风汽车公司在柴油机电控系统的研发上也无得了一定的进展。
目前，对高压共轨系统和柴油机的匹配技术也在深入研发中，当前的重点研究项目是柴油机的电喷系统的研究。国内现在比较权威的研究单位是吉林大学汽车研究所，还有长春汽车研究院无锡的汽车研究机构等几十家汽车研究机构，这些汽车研究机构在柴油机电控喷油技术的循环泵、位置时间控制和共轨式系统等方面的研究取得了很大的成效。
我国在引进外国先进技术的同时也在研发自己的民族汽车工业，20世纪初，威孚集团和奔驰公司联合组建了柴油机系统股份公司，依托奔驰公司的技术发展高压共轨系统，奔驰公司达到欧洲排放标准的高压共轨系统，在我国的汽车行业中得到了应用。
我国对于柴油机电控系统的一些技术，如高速电磁阀、油泵的控制、漏油问题等方面技术还比较落后。我国的科研单位正在进行共轨电控系统的研发工作。
2 柴油机电控喷油系统原理
柴油机的电喷系统分为发动机、电控和执行三个部分，发动机是系统信号采集和输入的硬件。信号采集由很多传感器和信号调整电路组成，这些传感器是柴油机和共轨组件的传感器组成的。电控单元是系统的软件部分，是系统的控制方法和策略部分，各种传感器的信号要经过这里进行处理，经过处理的信号传输给被控单元。执行器包括测功器油耗、水温和机油温度调节器等设备，这是控制系统和柴油机的接口，柴油机的状态受到控制系统的操纵[1-2]。
电控系统的设备包括控制喷油量、定时喷油、共轨怠速控制等。这些控制是一种开环控制，对于一些特别的参数比如轨压怠速的控制，要采取微积分反馈控制[3]。
3 电控柴油机的分类应用
柴油机的电喷系统可以分成位置和时间两类控制，还可以更加细化地进行分类，分成位置时间和压力控制。位置控制系统包括电控直列泵和电控分配泵、时间控制系统包括电控泵和电控分配泵，还有单体和直列泵，压力时间
192机电技术应用
Application of Mechanics-electronics Technology2020年10月下
系统包括电控喷嘴、电控分配单体直列泵系统，压力时间包括增压和高压共轨系统，中压共轨系统按照高压喷射方式可以分为蓄压和增压式电喷燃油系统。
现在比较先进的电喷系统是电控喷嘴系统和共轨式喷油，泵喷嘴结构比较简单，喷油嘴比较细小造成了燃油的喷射压力，远远大于机械喷油嘴。电控共轨系统的特点是可以进行反复的喷油，喷油的压力可以随意调节，可以把发动机的噪声控制在很低的指标内产生低速扭矩。因此，目前比较先进的柴油机轿车都采取了这项技术，现在很多配有电喷泵的中型卡车也采取了电控共轨技术[4]。
4 电控柴油机喷油的技术特点
柴油机电喷技术和传统的机械喷油技术相比，电控柴油机喷油技术具备以下的特点：1）具有很好的控制能力，可以在任意的状态下进行迅速调整，可以对喷油量、油压和速率都进行控制，因此极大提高了柴油机的效率。2）控制准确度高，对于上述参数指标的控制精度，要远远高于机械动力的喷油系统，具有很好的控制能力。3）可以全面排除一些小的干扰因素的影响，如气压水温、油温等影响，都可以及时做出调整。
5 电控柴油机的问题
国外对于燃油系统的研发水平很高，甚至比汽车发动机的研究还要先进。但是我国的燃油喷射技术基础
比较落后，思维也不开阔，市场只追求低成本和价格，缺乏开发技术的意识，造成了对于新技术的研发工作缺乏重视和投入，因此燃油系统的研发制约了柴油机的发展，燃油系统不能满足发动机的配套要求，从而影响了我国柴油机和柴油车的发展。
柴油机的共轨式电喷技术，是一种新型的微机控制的电喷技术，这套装置可以有效控制柴油机的排放，它综合了计算机控制和现代传感技术还有电喷技术。这个技术的优点如下：1）采取了先进的大规模集成电路控制系统，配备了高速电磁开关。2）采取了高压共轨供油方式。3）采取了高速电磁开关，具有很好的灵活控制。4）这套系统可以很方便地进行移植应用，适合在很多领域中应用。
对这项技术进行研发的相关问题如下：1）高压共轨装置的高温密封问题研究。2）高温共轨系统中由于压力的变化，造成喷油量发生波动的问题。3）对高压共轨系统的三维数据进行优化研究的问题。4）研究微结构高频电磁开关阀的设计制造问题。
6 电控柴油机问题的解决——高压共轨式
通过实践检验电控高压共轨喷油系统，可以减少汽车尾气中有害物的排放，提高发动机的动力节约燃油，有助于发动机的启动，还能降低发动机噪声，由于它具备高效的喷油系统，因此可以广泛地应用于柴油机的设计和优化性能方面，但是系统的基本参数，对于控制尾气噪音和经济动力都产生了一些矛盾，导致高压共轨式发动机的研发存在很多问题。
电控高压共轨式喷射系统的机械部分，国外的研发机构重点研究提高喷油压力和准确度，使燃油可以充分燃烧。对于高压油泵喷嘴的材料加工和改进方法，有增加泵轴和驱动系统的强度，减小喷油孔内径增加喷油孔数量，减小喷油角度增加燃烧室空间，要通过优化减少配件配件减少，就意味着相关的一些附件也会减少，降低了这套系统的压力。我国对柴油机电喷系统的研究工作开展得比较晚，但是近年来由于相关工作人员的努力，在理论和实践中也取得了一定的突破[5]。
高压共轨喷油系统满足现代发动机对于喷油系统的要求，对目前的发动机进行小小的改装就可以达到欧洲的排放标准，高压共轨技术被业内人士称为20世纪最伟大的技术发明之一，成了21世纪柴油发动机电喷技术的典范。因此，高压共轨技术被汽车行业公认为是柴油发动机领域最有前途的一项技术。
由于电喷柴油发动机和传统机械式柴油发动机的原理维护上有很大的区别，因此要进行广告宣传普及它的优越性。对于维修人员要进行专门的培训，使他们可以正确地对电喷柴油机进行维护和保养。
7 柴油机电喷技术的发展前景
电控高压共轨喷射系统是目前最好的控制系统，目前科学合理。
喷射系统要达到很高的压力，以至于要达到超高压标准，通过综合研究喷射压力控制在180MPa左右。喷射孔的内径要缩小，反应时间缩短，降低功率消耗，延长重要零件的使用寿命。为了提高喷射压力，
电磁阀喷射器都要进行相应的提高，共轨系统有很好的经济前景，通过新型智能传感器的研究，可以提高响应速度，延长喷油器的使用寿命，因此要采用新型材料，提高喷油系统的经济耐久性。
发动机漏油8 结束语
文章论述了电喷柴油机系统的发展现状和历史，对电喷柴油机的原理和系统组成进行了阐述，通过对各种控制系统的分析比对，发现目前最有发展前途的控制系统是电控高压共轨喷油控制系统，对这套系统的原理和发展前景进行了论述，指出未来电控高压共轨系统具有广阔的发展空间。
参考文献：
[1]徐家龙.柴油机电控喷油技术[M].北京：人民交通出版社,
2004:15-55.
[2]陈亮，高献坤，王导南.柴油机电子燃油喷射系统的发展及
研究现状[J].内燃机,2008(2):1-4.
[3]冒晓建.GD-1高压共轨喷油系统电子控制的研究与电控供油
泵的开发[D].上海：上海交通大学,2002:3-15.
[4]周文华.柴油机电控技术综合研究[J].汽车工程,2002(4):
34-37.
[5]蒋德明.内燃机原理[M].西安：西安交通大学出版,1986.
（收稿日期：2020-9-9）
发布评论