新形势下柴油发动机电控技术发展及展望

Interna l Combustion Engine &Parts 0引言
当今，
在载货货车和重型客车的动力源中，柴油发动机在使用数量上占据上风，在微型客车和小车的动力源中也已逐渐呈现了柴油发动机化的趋势。

在全球范围能源危机和环境问题越来越严峻的形势下，车辆排放法规也日渐严苛，人们也在对发动机的节省能源和抑制污染物排放这两点的务求日益严苛。

为满足柴油发动机排放、节约能源和提升机能这些条件，深入研究柴油发动机电控技术已变成柴油发动机技术的主要路径。

1柴油发动机电控技术的概况在全世界范围内，电控技术的发展最早可以追溯到一百年前，主要经历了三个发展阶段。

在研究阶段，为了有效的处理安全和环境污染等相关问题，有关技术人员对电控技术做了进一步的研究。

上世纪末电控技术进入成熟和多元化的阶段，随着电控技术的不断发展和日益成熟，这项技术被广泛应用到各个领域。

柴油发动机电子控制技术最早始于上个70年代，上个世纪80年代以来，英国的卢卡斯公司、德国的博仕公司、奔驰汽车公司、美国的通用底特律柴油发动机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本的五十铃汽车公司以及小松制作等都竞相研发新产品并投放市场，用以满足日益严格的排放规定的要求。

柴油发动机凭借其高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特性为解决汽车及工程机械能源问题提供了有效的解决手段。

因此柴油发动机得以广泛使用，数量也与日俱增。

同时对柴油发动机的动力机能、经济机能、排放机能以及噪音污染的务求也变得越来越严苛。

传统的机械控制喷油系统已无法达到排放法规的标准，也很难达到喷油量、喷油压力和喷射完全按照最佳工况运作的效果。

这是一个计算机技术、传感器技术以及信息技术迅猛成长的时代，使电子产品的可靠性、成本、体积等处处都能够实现柴油发动机实现电子控制的期望，使得电子控制燃油喷射的愿望得以实现。

实际上，柴油发动机所排放的一氧化碳和碳氢化合物远比汽油发动机的排放量要少，氮氧化物排放量与汽油发动机类似，但其颗粒物的排放量很高，是汽油发动机的几
十倍甚至更多，这与柴油发动机的燃烧机理息息相关。

柴
油发动机是一种非均质燃烧，可燃混合气形成用时短，并且可燃混合气体与燃烧过程交织在一起。

通过分析柴油发动机的喷油定律可以得出以下结论：燃烧过程的进展以及有害排放物的生成都直接受到喷入燃料的雾化质量、汽缸内气体的流动以及燃烧室状态的影响，通过提升喷油压力和柴油雾化效果、使用预喷射、分段喷射等手段可以有效改进有害物质排放。

现如今柴油发动机的近况已与往日大不相同，先进的柴油发动机一般采取电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，使重量、噪声、排放等方面得到了重大突破，达到了汽油发动机的水准。

随着世界范围内排放控制标准的颁布与实施，无论是汽油发动机还是柴油发动机都将面临这次重大改革，采用电子控制燃油喷射的技术就应运而生了。

2柴油发动机电控技术的发展和应用
柴油发动机电控技术是在解决能源危机和环境污染两大难题的背景下，基于电控技术平台的基础上发展起来的，其发展主要经历了两个发展阶段。

2.1柴油发动机电控技术发展的两个阶段
柴油发动机电控技术发展经历的第一个阶段是常规压力电控喷油系统。

系统的主要优点是结构比较简单，生产继承性能好，也非常有利于现有柴油发动机的发展升级；主要不足之处是系统相应速度较慢、控制频率低、控制精确度低以及喷油压力难以实现独立控制。

柴油发动机电控技术发展经历的第二个阶段是高压电控喷油系统。

这种系统在原有系统的架构和结构上进行了升级，该系统的主要组成部分包括传感器、电控单元、高速电磁阀以及电/液控制执行元件，主要通过电控共轨式喷油系统来实现对喷油器的喷油量、喷油正时、喷油快慢以及喷油规律进行控制，最终实现时间-压力控制。

2.2柴油发动机电控系统的应用
柴油发动机电控系统中的控制系统主要由以下八大部分组成：燃油喷射控制，根据实际运行工况来确定控制策略，以传感器的信息为依据计算出所需的喷油量，在人工设定的时刻控制喷油器来实现燃油喷射；怠速控制，怠速控制主要是控制怠速空气量，它除了实现稳定基本怠速的功能外，还更加简化了进气系统；进气控制系统，进气控制系统主要有两大功能，一是为发动机输送充足而稳定的
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—作者简介：阴宪文（1984-），男，山东肥城人，毕业于南昌大学，大
学学士。

新形势下柴油发动机电控技术发展及展望
阴宪文
（广西玉柴机器股份有限公司，玉林537005）
摘要：随着世界各国城市交通运输车辆的与日俱增，柴油发动机排放的尾气成为了空气污染的主要污染源。

全球也面临着能源危
机和环境污染这两大难题，减少和控制污染物的排放也成为全球各业研究的首要目标，这样的污染也因为柴油发动机电控技术的日
益成长和应用有了极大的改善。

本文首先介绍了柴油发动机电控技术的发展与研究现状，然后对柴油发动机电控技术的发展和应用进行了分析。

关键词：柴油发动机；电控技术；发展
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DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2019.05.036
内燃机与配件
空气，二是降低噪声，进气系统设计是否合理与整车NVH 性能有直接关系；增压控制系统，其主要通过控制喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面等方式，来实现涡轮增压器正常工作状态的压力控制，进而改善柴油发动机的扭矩特性，提高车辆加速性能；排放控制系统，就是人们通常所说的三元催化装置，主要作用就是减少一氧化碳等有害气体的排放，从而减轻车辆尾气对大气的污染程度；启动控制系统，柴油发动机起动控制系统主要由三部分组成：喷油量控制系统、喷油正时控制系统以及预热装置控制系统，除了预热装置控制系统外，另外两个系统与工况下的其他系统相同；巡航控制系统，在一定的车速范围内，驾驶员可以运用电子技术不需要控制油门来保证车辆在设定的速度稳定行驶；故障自诊和失效保护，当柴油发动机电控系统发生故障时，故障自诊断仪表盘上的“故障指示灯”就会被点亮来提醒驾驶员，通过合理的操作程序来驾驶车辆，另外失效保护系统还会启动相应程序，使柴油发动机强制熄火。

3柴油发动机电控技术的展望
3.1柴油发动机电控技术的发展趋势
3.1.1更高的喷射方式
为了使汽车尾气排放量满足相关法规要求，需要将柴油喷射压力从原有的10MPa提高到200MPa，在如此高的喷射压力下，可以明显改善柴油发动机中空气的混合质量，大大缩短着火延迟期，使得柴油燃烧更加彻底，并有效控制燃烧温度，从而降低废气的排放量。

3.1.2独立的喷射压力控制
传统柴油发动机供油系统的喷射压力与柴油发动机的转速负荷有着最直接的关系，所以它对于低转速、一定负荷条件下的燃油经济性以及尾气排放量等具有非常不明显的优势。

如果供油系统不依赖于转速负荷，那么就可以通过选择最合理的喷射压力来保证喷射持续期、着火延迟期达到最优状态，这样就可以使柴油发动机在任何情况下都能将废气排放降到最低标准。

3.1.3改善柴油发动机燃油经济性
柴油发动机的燃油消耗率是用户最为关注的一点。

高喷射压力、独立的喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等举措都能降低燃油消耗率，进而提高柴油发动机的经济性。

3.1.4独立的燃油喷射正时控制
喷射正时与柴油发动机活塞上止点前喷入汽缸的油量有着直接影响，直接决定了汽缸了峰值爆发压力和最高温度。

当汽缸处于高压力以及高温时，可以明显改善燃油使用经济性，但是会导致氮氧化物的增加。

独立的燃油喷射正时控制系统不依赖于转速压力，能够实现燃油消耗率和废气排放达到最佳平衡。

3.1.5可变的预喷射控制能力
预喷射控制可以在不增加氮氧化物排放的前提下，减少颗粒物的排放量，除此之外还能有效改善柴油发动机冷启动性能，降低冷态工况下白烟的排放和噪音污染，改善低速扭矩。

在不同的工况下，预喷射量、预喷射以及主喷射之间的时间间隔都有所差异，对于柴油发动机的性能和排放来说，可变的预喷射控制能力是非常具有现实价值的。

3.1.6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发动机怠速所需的小油量控制能力产生矛盾。

当供油系统具有预喷射能力后将会使抑制小油量的能力进一步降低。

由于工程机械用柴油发动机的工况较为繁琐，怠速工况呈现概率较高，而电喷柴油发动机容易实现小油量的控制。

3.1.7快速断油能力
在喷射完成后，柴油发动机必须要快速断油，如果断油不及时，通过低压力而喷射的柴油就会由于燃烧不完全而产生黑烟，柴油燃烧不完全就会大大增加碳氢化合物的排放，通过安装高速电磁开关阀装置就可以很好地实现电喷柴油发动机喷油器快速断油的功能。

3.1.8降低驱动扭矩冲击载货
当燃油喷射系统在高压下作业时，不仅会增加驱动系统所需的平均扭矩，还会加大冲击载荷。

燃油喷射系统的驱动系统具有平稳加载和卸载的功能，是衡量喷射系统的重要指标，在电喷柴油发动机技术中高压共轨式技术可以有效降低驱动扭矩冲击载荷，在实际应用中得到广泛运用。

3.2新形势下柴油发动机电控技术的展望
随着柴油发动机电控技术的不断发展和完善，电控燃油喷射系统也越来越多样化。

经研究证实：无论是从潜力还是综合性能等方面来看，共轨式喷油系统都具有良好的优势。

共轨式喷油系统具有以下优点：没有界定燃油喷射的供油凸轮，这样可以在最大程度上发挥选择预喷射主喷射的始点；驱动扭矩峰值降低；可自由选择喷射压力；喷嘴一经打开，开启压力和共轨压力将同时起作用，在针阀封锁时亦是如此。

另外，共轨式电控燃油喷射技术有助于减少柴油发动机的废气排放，并具有减小噪音、降低油耗、提高动力输出各点的综合机能。

高压共轨电控燃油喷射技术的广泛应用有助于地球环境保护，加速促进柴油发动机工业、汽车工业，尤其是工程机械相关工业的向前发展。

总而言之，在当前这样一个全球都注重能源和环境问题的新形势下，发展柴油发动机电控技术，以保持柴油机相关行业的可持续发展，是充分发挥柴油发动机优势（低油耗和氮氧化物的排放）的有效途径，同时文中指出通过改变传统的燃油喷射系统可以实现对燃油高精度的控制定时定量的供给燃油，做到有效节能。

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