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摘 要
  介绍了柴油机电子控制技术的发展状况、控制原理和应用特点及高压共轨技术的 工作原理、研究方向、应用前景。
  1 柴油机电子控制技术的发展状况及发展趋势
  1.1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,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。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、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。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 ,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。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 (如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施,无论是汽油机还是柴油机都面临着严 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,柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。
  1.2何谓电喷柴油机采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。 电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分 组成。其任务是对喷油系统进行电子控制,实现对喷油量以 及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位 置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等 传感器,将实时检测的参数同时输入计算机(ECU),与已储存 的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较,经过处理计算按 照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据 ECU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),同时对废气再 循环阀、预热塞等执行机构进行控制,使柴油机运行状态达 到最佳。
  1.3柴油机电子控制技术的发展趋势
  1.3.1高的喷射压力为满足排放法规的要求,柴油喷射压力从10MPa提高到200MPa。如此高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量,缩短着火延迟期,使燃烧更 迅速、更彻底,并且控制燃烧温度,从而降低废气排放。
  1.3.2独立的喷射压力控制传统柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷有 关。这种特性对于低转速、部分负荷条件下的燃油经济性和排放 不利。若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力, 就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、着火延迟期最佳,使 柴油 机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。
  1.3.3改善柴油机燃油经济性用户对柴油机的燃油消耗率非常关注。高喷射压力、独立的 喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消 耗率,从而提高了柴油机的燃油使用经济性。
  1.3.4独立的燃油喷射正时控制喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量, 决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。高的汽缸压力和温度可 以改善燃油使用经济性,但导致NOX增加。而不依赖于转速和负 荷的喷射正时控制能力,是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平 衡的关键措施。
  1.3.5可变的预喷射控制能力预喷射可以降低颗粒排放,又不增加NOX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,改 善低速扭矩。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。因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。
  1.3.6最小油量的控制能力供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的 小油量控制能力发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后将 会使控制小油量的能力进一步降低。由于工程机械用柴油机 的工况很复杂,怠速工况经常出现,而电喷柴油机容易实现最 小油量控制。
  1.3.7快速断油能力喷射结束时必须快速断油,如果不能快速断

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