电控柴油机范文（精选10篇）
电控柴油机 第1篇
关键词：柴油机,燃油喷射,控制,技术
柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多共同之处, 都由传感器、ECU和执行器3部分组成。柴油机电控燃油喷射系统采用的传感器, 如转速传感器、压力传感器、温度传感器以及节气门位置传感器等, 与汽油机电控系统相同。ECU在硬件以及整车管理系统的软件方面也有相似之处。柴油机电控技术的关键技术和技术难点为柴油喷射电控执行器。另外, 柴油电控喷射系统表现形式多样化。
1 柴油机电控燃油喷射系统的优点
柴油机电控燃油喷射系统在应用中, 满足了排放法规的要求, 大大提高柴油机的燃油经济性和动力性。与机械式供油系统相比, 优点如下: ①实现对喷油量的精确控制; ②实现喷油正时的精确控制; ③实现怠速控制; ④实现废气再循环控制; ⑤实现线控制系统 (加速踏板电位器) ; ⑥防止发动机喘振; ⑦向数据采集系统输出有用的信息; ⑧具有温度补偿功能; ⑨实现车速自动控制。
2 柴油机电控燃油喷射系统的类型及应用
柴油机电控燃油喷射系统在传统的喷射系统基础上, 首先发展起来的是位置控制系统, 即第一代柴油机电控燃油喷射系统;而时间控制系统则为第二代柴油机电控燃油喷射系统。高压共轨系统将成为21世纪柴油机燃油系统的主流, 即第三代柴油机电控燃油喷射系统。目前, 这3代技术在柴油机中都有应用, 体现了柴油机电控喷射系统的多样性。
2.1 位置控制系统
位置控制系统不仅保留传统的喷油泵、高压油管和喷油器系统, 而且还保留喷油泵中齿条齿圈、滑套、柱塞上控油螺旋槽等控制油量的机械传动机构, 只是把齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为微机控制。
日本Denso公司的ECD—V1系统、德国Bosch公司的EDC系统、日本Zexel公司的COVEC系统和英国Lucas公司的EPIC系统等, 都属于位置控制的电控分配泵系统。日本Zexel公司的COPEC系统、德国Bosch公司的EDR系统和美国Caterpillar公司的PCEC系统等, 都属于位置控制的电控直列泵系统。
2.2 时间控制系统
时间控制系统保留了原有的喷油泵、高压油管和喷油器系统, 用高速强力电磁阀直接控制高压燃油的喷射。通常电磁阀关闭, 开始喷油;电磁阀打开, 喷油结束。喷油始点取决于电磁阀关闭时刻, 喷油量取决于电磁阀关闭的持续时间, 传统喷油泵中的齿条、滑套、柱塞上的斜槽和控制喷油正时的提前器等全部取消, 对喷射定时和喷射油量控制的自由度更大。
日本Denso公司的ECD-V3系统电控分配泵、日本Zexel公司的Model—1电控分配泵、美国Detroit公司的DDEC电控泵喷嘴和德国Bosch公司的EUPl3电控单体泵等, 都属于时间控制系统。
2.3 共轨控制系统
共轨式电控喷射系统改变了传统的柱塞泵脉动供油原理, 采用新型的产生高压的燃油系统, 例如, 通过油锤响应、液力增压、共轨蓄压或者高压共轨等形式形成高压。采用压力时间式燃油计量原理, 用电磁阀控制喷射过程, 可以实现对喷射油量和喷射正时的灵活控制。
德国Bosch公司、日本Denso公司和英国LLICas公司都研制出了电控高压共轨系统, 并开始小批量向市场供货。德国戴姆勒一奔驰公司利用Bosch公司的技术, 首先在世界范围内推出了采用新型高压共轨燃油喷射系统的4气门直喷式柴油机, 并用于A、C级轿车上。
共轨式电控喷射系统又称为公共轨道式电控喷射系统, 是指该系统中有一条公共油管, 用高压 (或中压) 输油泵向共轨 (公共油道) 中泵油, 用电磁阀进行压力调节并由压力传感器反馈控制。有一定压力的柴油经由共轨分别通向各缸喷油器, 喷油器上的电磁阀控制喷油正时和喷油量。喷射压力或直接取决于共轨中的高压压力, 或由喷油器中增压活塞对共轨来的油压予以增压。共轨式电控喷射系统的喷射压力高且可控制, 又可以实现喷油速率的柔性控制, 以满足排放法规的要求。与电控泵喷嘴系统比较, 虽然电控泵喷嘴系统也可实现高达200 MPa的喷射压力, 但对于采用传统的泵、管和嘴系统的柴油机, 采用共轨式电控柴油喷射系统对柴油机结构的改造工作量不大, 能比较方便地采用, 并且能达到120～160 MPa的高压喷射, 甚至能达到200 MPa的喷射压力。因此, 共轨式电控喷射系统被认为是近年来世界上正在积极发展的一种喷射系统。
2.4 高压共轨系统的主要特点
1) 共轨腔的高压直接用于喷射可以省去喷油器内的增压机构, 而且共轨腔内是持续高压, 高压油泵所需的驱动力矩比传统油泵小得多。
2) 通过高压油泵上的压力调节电磁阀, 可以根据发动机负荷状况以及经济性和排放性的要求对共轨腔内的油压进行灵活的调节, 尤其优化了发动机的低速性能。
3) 通过喷油器上的电磁阀控制喷射正时、喷射油量以及喷射速率, 还可灵活地调节不同工况下预喷射和后喷射的喷射油量以及喷射的时间间隔。
高压共轨系统由5个部分组成, 即高压油泵、共轨腔及高压油管、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将油泵入高压油泵的进油口, 由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送入共轨腔内, 再由电磁阀控制各喷油器在相应时刻喷油。
预喷射在主喷射之前, 将小部分燃油喷入气缸, 在缸内发生预混合或者部分燃烧, 缩短主喷射的着火延迟期。这样, 缸内压力升高率和峰值压力都会下降, 发动机工作比较缓和。同时, 缸内温度降低使得NOX排放减少。预喷射还可以降低失火的可能性, 改善高压共轨系统的冷起动性能。
主喷射初期降低喷射速率, 也可减少着火延迟期内气缸内的油量。提高主喷射中期的喷射速率, 可以缩短喷射时间, 从而缩短缓燃期, 使燃烧在发动机更有效的曲轴转角范围内完成, 提高输出功率, 减少燃油消耗, 降低碳烟排放。主喷射末期快速断油可以减少不完全燃烧的燃油, 降低烟度和碳氢排放。
3 柴油机电控燃油喷射系统控制原理
柴油机电控燃油喷射系统形式多样, 其基本控制量为循环供油量和供油提前角。柴油机电控燃油喷射系统主要由传感器、ECU和执行器组成, 如图1所示。传感器包括柴油机转速传感不起、节气门位置传感器、齿条位置传感器、凸轮轴位置传感器、车速传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、冷却液温度传感器等, ECU根据各种传感器实时检测到的柴油机运行参数, 与ECU中预先已经存储的参数值或参数图谱 (称为MAP图) 相比较, 按其最佳值或计算后的目标值把指令输送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量 (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) 。柴油机电控燃油喷射系统还可与整车动力控制装置 (PCM) 、ABS ECU及其他系统的ECU之间进行数据共享, 从而实现整车的电子控制。
4 结束语
近年来, 柴油机的关键技术有很多突破性的发展。燃油喷射系统是影响燃烧过程的重要因素, 高压直喷系统和燃油共轨系统都使柴油机的燃油经济性和排放性能有很大改善。废气再循环、氧化催化转换器和微粒捕捉器改善了柴油机的各项排放。发动机管理系统对喷油和进气过程进行综合控制, 保证发动机能够在保持良好的动力性基础上, 燃油经济性和排放性能都能达到最优, 同时降低振动和噪声。
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电控柴油机 第2篇
电气工程及自动化
船舶柴油机喷油泵电控系统设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
1、国内外研究动态：
国外对柴油机电控喷油系统的研究始于20世纪70年代。1967年，德国Bosch公司开始批量生产用进气管绝对压力控制空燃比的DJetronic模拟式电子控制汽油喷射系统，装备在大众汽车公司生产的Vw-21600型轿车上，开创了汽油喷射系统电子控制新时代。在短短的20年内，汽油机电控技术已相当成熟。柴油机电子控制的研究比汽油机晚20年的时间，但是汽油机电控技术促进了柴油机电控技术的发展，从上世纪80年代开始，柴油机的电控技术得到了迅速发展。目前己有多种形式的电控柴油喷射系统装车使用，较成熟的电控燃油喷射产品在国外车用柴油机中得到了广泛应用。仅1993年统计，德国Bosch公司的电控分配泵和电控直列泵在市场上已超25万台，美国底特律柴油机公司DDEC电控泵喷嘴系统已有10万多台投放市场，日本的zexel公司可变预行程的TICS直列泵已达2万多台，其中绝大部分是电控的。
柴油机电控喷射系统发展至今已先后推出了三代产品，即位置控制式、时间控制式和压力一时间式。
第一代位置控制式电控喷油系统在不改变改变传统喷油系统结构的基础上，用电控调速器来代替原有的机械式调速器，对齿条或滑套位置予以控制，从而对油量进行调节，并通过电控液压提前器代替传统的机械或液压式提前器来实现喷油正时的控制，提高控制精度和响应速度，是电控柴油机开发的早期产品。位置式电控系统无须对柴油机的结构进行改动，生产继承性好，便于对现有机型进行技术改造，在分配泵和直列泵上都可以实现。其缺点是因为采用模拟量进行控制，频率响应慢，控制自由度小，精度差，而且喷油率和喷油压力难于控制，也不能改变传统喷油系统所固有的喷射特性。典型的位置式电控喷油系统有日本电装公司的ECD-V1电控分配泵，德国Bosch公司的RP39和RP43型电控直列喷油泵及VP37电控分配泵，日本小松公司的KP21型电控直列喷油泵，英国Lucas公司的EPIc型电控分配泵以及美国stanadyne公司的PcF型电控分配泵等。
第二代时间控制式电控喷油系统取消了传统的喷油机构，采用高速强力电磁阀直接控制高压燃油的通断，高速电磁阀的开启和关闭时间决定喷油量的大小和喷油时刻。时间控制式电控系统采用数字量控制，具有一定的喷油率控制能力。但由于仍沿用脉冲高压供油原理，喷油压力难以控制。同时要求高速电磁阀有良好的响应和可靠性，制造难度大。在传统的机械分配泵、单体泵、泵-喷嘴等基础上都可以实现时间式控制系统。典型的时间控制式电控喷油系统有:德国Bosch公司的PDE27用DE28系统，英国Lucas公司的EUI系统和美国底特律阿列森公司的DDEC系统等。
第三代电控喷油系统是时间一压力式控制系统，它改变了传统喷油系统的结构，不再采用柱塞泵脉动供油原理，而是利用高压共轨或共轨蓄压和液力增压形式获得高压，通过连续调节共轨压力来控制喷射压力，利用电磁阀控制喷射过程，喷油量的大小由喷油时间和共轨压力共同决定。由于共轨式喷油系统喷射压力不受柴油机转速和喷油量的影响，而且喷油量、喷油压力、喷油速率都可以由ECU灵活控制，从而将高压喷射与电控制完美的结合起来，实现了喷油系统的全电子控制，目前已成为柴油机电控喷油系统研究领域的重要课题与发展趋势。较为典型的共轨式电控喷油系统有:美国BKM公司sERv0JET蓄压式电控高压喷射系统，美国Caterpillar公司的电控液压泵一喷嘴系统，日本小松公司的KOMPICS液压式共轨系统，日本电装公司ECD一UZ高压共轨式电控喷射系统，意大利Flat集团UNllET喷油系统，德国Bosch公司CR共轨式电控喷油系统，英国Lucas公司的LDCR电控高压共轨喷油系统。柴油机的性能优异，应用范围较广，并且相对汽油机来说有独到的先天优势，因此，大力发展柴油机已是大势所趋。
2、选题的依据及意义：
国内的发动机行业形势也要求尽快发展柴油机电控方面的研究。然而，由于电控柴油喷射系统执行机构比较复杂，各种系统又各有利弊，我们既要研究开发具有发展前途的电控共轨系统，也要考虑我国国情和排放法规落后于国外发达国家水平的现状，迅速开发研制形成自己的电控柴油机产品。第二代电控喷油系统虽然大大优于第一代，但其关键技术一高速电磁阀的制造难度大，尤其在我国汽车工业水平和电子技术相对落后的情况下，不可盲目追求第二代控制系统，而应该从实际出发，走国产研发之路，脚踏实地的进行电控燃油喷射系统的研究，这样才有助于开发自己的产品，逐步形成自己的品牌优势，在未来的国际市场竞争中有自己的一席之地。因此，选择对分配式喷油泵进行了电控系统的开发符合当前的需要。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
研究任务：
1、以VP37电控分配泵为研究对象，熟悉分配泵供油系统的工作原理；
2、对电控系统进行较全面的设计，完成硬件电路和软件设计，并对硬件、软件提出相应的抗干扰措施；
3、采用以CAN总线为平台的分配泵电控系统，实现下位机与PC机之间的通讯，以实现对柴油机电控系统参数的监测。
拟解决的主要问题：
1、熟悉分配泵的工作原理。完成硬件软件电路设计。
2、进一步熟悉电控系统提出抗干扰措施。
3、实现下位机与PC机之间的通讯。
三、研究步骤、方法及措施：
1、参考一些关于分配泵的书，研究硬件软件电路的设计方案，选择一种较好的方案来设计。
2、参考1中设计的电路，并查阅相关材料提出抗干扰措施。
3、参考相CAN总线为平台的相关电控系统知识，实现下位机与PC机之间的通讯。
4、各个功能模块完成设计达到要求后进行最后的监测设计。
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电控柴油机 第3篇
关键词：电控柴油机;农业机械;排放标准;农机购置补贴;问题;对策
中图分类号： S232 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）04-0375-03
收稿日期：2014-05-08
基金项目：国家自然科学基金（编号：51266015）;云南省教育厅科学研究基金（编号：2013Z081）。
作者简介：白 海（1982—），男，河南郑州人，硕士，助教，主要从事载运工具运用及车身修复研究。E-mail：www512iyl@126.com。
通信作者：孟利清，博士，教授，硕士生导师，主要从事交通运输及物流管理与工程研究。E-mail：1341288094@qq.com。
近年来，我国加强了对非道路移动机械用柴油机尾气排放的监管和治理[1]，为了适应环境保护的要求，国家环境保护部和质量监督检验检疫总局已于2014年5月发布了国家污染物排放标准——《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》。该标准规定，自2014年10月1日起，凡进行排气污染物排放型式核准的非道路移动机械用柴油机都必须符合非道路国Ⅲ排放标准;自2015年10月1日起，我国所有制造和销售的非道路移动机械用柴油机的排放必须符合非道路国Ⅲ排放标准;自 2016 年4 月 1 日起，所有制造、进口和销售的非道路移动机械应装用符合非道路国Ⅲ排放标准的柴油机。
我国农业机械的动力能源约80%来自柴油机，作为非道路移动机械尾气排放治理的重点[2-3]，农业机械节能减排最直接、最关键的环节就是做好农用柴油机的节能减排工作[4]。农用柴油机从非道路国Ⅱ排放标准升级到国Ⅲ，燃油供给系统要发生本质的变化，需从传统的机械燃油供给系统转变为电控高压燃油供给系统，这将大幅提升柴油机燃油喷射的压力，对相关零部件的强度要求更高。
1 国内外农业机械配套动力的现状分析
1.1 国外农业机械配套动力的现状
当前国际著名的农机企业有约翰迪尔公司、凯斯纽荷兰公司、久保田公司、爱科公司等，现以这些企业为例，分析国外农业机械配套动力的现状。
约翰迪尔公司是全球第一大农机生产企业，该公司已推出代号为8R和8RT 的智能拖拉机，其配套动力均为PowerTech 9.0 L发动机，能够满足EPA Tier 4排放标准。这些采用EGR （废气再循环）技术和排气过滤器的线性的双涡轮增压六缸发动机，在正常操作的同时，能够完成尾气净化功能。数据通讯和远程监控系统使新的8R系列拖拉机变得更加智能化，当拖拉机在使用中出现问题时，经销商处的技术人员可以远程发现问题，并确定它的位置，进而积极地寻求应对故障的策略。
在美国 “2010年农业进步展”上，致力于清洁能源动力的凯斯纽荷兰公司，首次展出了其NH2（tm）型氢能源拖拉机。该拖拉机摒弃了传统的内燃机，采用氢燃料电池来发电，最高动力能够达到106马力。氢能源拖拉機在工作时只排放热量和水蒸汽，而不会像柴油机那样产生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物及碳氢化合物等有害成分，因而具有零排放的特点。它在工作时几乎是无声的，所以也不会产生噪声污染。在清洁能源领域，纽荷兰公司一直占据着领导地位，公司旗下约85%的产品对于生物柴油能够100%的兼容。
日本久保田拖拉机公司在2010年宣布，同意其在美国市场上销售的部分产品使用“B20”生物柴油燃料。“B20”生物柴油燃料能够降低对环境的损害，其生物油含量最多占到20%，普通石化柴油含量最低占80%。这种灵活的燃料选择，使得柴油发动机可以发挥其最高的效率和性能。燃用可再生生物质燃料和多种燃料是当前内燃机研发的热点之一，因此，久保田公司推出了可用柴油和压缩天然气的双燃料发动机，该发动机在工作时，可以根据工况的需求，选择不同的燃料供给系统[5]。
爱科公司提出了基于能源（energy）、生态（ecology）与经济（economy） 的“E3”概念。它是世界上首家把SCR（选择性催化还原）技术应用于拖拉机上的厂家。SCR技术可以让工程师将精力集中在汽缸优化可燃烧微粒的数量和效率方面，而不必担心尾气的排放，因为排出的尾气会由特制的净化装置进行处理。柴油机采用SCR技术后，其性能更好，运行更安静，不会出现过热，工作持续时间更长。它还摈弃了复杂的柴油颗粒物过滤器的需求。经测试，新发动机能够节省10%以上的燃油消耗。此外，针对甘蔗农场客户，爱科公司正在研发双燃料发动机，这种发动机所使用的燃料是柴油和乙醇的混合物。这种双燃料发动机技术为未来可能应用于农业机械的新能源的使用开拓了思路。
综上分析，发达国家由于较早地执行了非道路排放法规，目前北美国家执行EPA Tier 4标准，欧盟国家执行Stage Ⅳ标准，因而这些国家大型农业机械配套的柴油机大多采用四气门、VGT （可变截面涡轮增压器）和电控燃油喷射系统（如高压共轨）等技术，在尾气处理方面主要是采用SCR（选择性催化还原）和EGR（废气再循环）+DPF（颗粒捕集器）这样2种比较成熟的技术方案[6-7]。另一方面，为了适应当前石油短缺的局而，许多农机企业开始关注石油替代能源动力系统的研发。
1.2 国内农业机械配套动力的现状
中国国际农业机械展览会是亚洲第一大农机展，2013年在青岛举办的该展览会上，参展的东方红-LF2204型拖拉机、约翰迪尔7M-2204型拖拉机、奇瑞谷王4LZ-8F（8000A）型联合收获机、雷诺曼-2104型拖拉机等19个农机产品荣获优秀新产品奖，这些农机产品充分体现了我国农机行业的技术进步。
nlc202309051145
五征集团生产的雷诺曼-2104型拖拉机配套道依茨WP6T200E22发动机，达到非道路国Ⅱ排放标准，它性能先进，动力强劲，扭矩储备大，经济效益高，采用德国博世力乐电液控制提升系统，带倒车影像、CAN BUS总线和带底盘故障诊断系统，并可选装GPS定位系统。
由约翰迪尔（中国）投资有限公司生产的7M-2204型拖拉机采用约翰迪尔6.8升高压共轨中冷6缸涡轮增压发动机，它马力强劲，扭矩储备高达40%，工作耐久可靠，采用 390 L 超大油箱，可保证连续工作16 h。
为了满足国内大型农场及高端客户的需求，一拖集团开发了具有完全自主知识产权的220马力的大功率轮拖产品——东方红-LF2204轮式拖拉机。该产品搭载了满足非道路欧Ⅲ排放标准的电控柴油机、一拖法国公司生产的带电控负载换档及负载换向传动系、电控PTO（额外动力输出）、TCU（传动系控制器） 、闭心负荷传感电控液压提升系统、液晶显示数字仪表、基于CAN2.0B的总线技术、带悬浮的空调驾驶室等国际先进轮拖技术，在国内农机产品中采用的高新技术最多。其动力总成为东风康明斯QSB6.7全电控高压共轨增压中冷柴油机，扭矩储备25%以上，油耗低，排放满足非道路车辆欧Ⅲ要求，并可升级到欧Ⅳ标准。
近年来，一拖集团通过与国际著名的一流研发机构——英国利卡多等公司的合作，保持了核心技术与国际同步，研发的电控柴油机，如东方红-YM6K5UFH柴油机和东方红-YM6K7UFH柴油机，均采用先进的电控单体泵技术，排放达到非道路欧ⅢA标准，整机达到了国内同类产品领先水平。
综上分析，随着我国非道路国Ⅱ排放标准的实施，农用柴油机实现了产品的技术升级，农业机械排放的污染物有所降低，部分企业已开始研发满足未来非道路排放标准的农用电控柴油机，但与欧美相比还有很大的差距，农用柴油机节能减排的形势依然严峻[8]。因此，必须大力推进电控柴油机在农业机械中的应用。
2 电控柴油机应用于农业机械存在的问题
2.1 国产燃油喷射技术的研发滞后
国外十分重视先进燃油供给系统的研发，且往往领先于内燃机、汽车和农机的开发。然而，我国由于燃油供给系统的技术基础比较差、市场过分强调低价格、技术进步的推动力不足等原因，研发工作的重视程度不够，投入不高，因此国产燃油喷射技术的研发总是滞后于内燃机的发展，不能很好地满足内燃机的配套要求，这在一定程度上制约了我国内燃机、汽车和农机工业的发展。虽然，通过引进国外先进技术的方法，可以迅速提高我国柴油机的技术质量，但是国外柴油机价格较高，即使利用国内廉价的劳动力，也难以降到目前我国农民可以承受的价格范围。
2.2 农民收入有限，国家财政补贴不足
我国农民的经济收入较低，根据国家统计局数据，2013年我国农村居民人均纯收入为8 896元，因此农民没有足够的资金用来购置新型农业机械化装备。自2004年农机购置补贴政策实施以来，中央财政连年大幅度增加补贴资金。如图1所示，国家财政投入、农机购置补贴、农民个人投入金额都在逐年增长，其中，财政投入年平均增长率为35.6%，农机购置补贴年平均增长率为216.3%，农民个人投入年平均增长率为11.2%。然而，目前农业机械化发展对财政投入的依存度仅为10.4%，绝大部分投入仍靠农民个人的筹措[9]，这在很大程度上对农业机械化的发展起到了制约作用，需要继续加大农机方面的财政投入力度。
另一方面，农用柴油机机排放标准由国Ⅱ升级到国Ⅲ，由于配置水平有所提高，材料的价格成本在一定程度上有所提升。经统计，各系列柴油机成本的增加为10%～25%[10]，如果将这些增加的成本全都转嫁给消费者，将会使广大农机用户承受经济方面的沉重负担。
2.3 燃油品质阻碍排放标准的顺利实施
目前，我国机动车和非道路移动机械排放标准难以升级的一个重要原因是燃油品质的影响。从实施国Ⅱ排放标准以来，油品质量均不能保证排放标准的顺利执行[11]。只有改善油品质量，才能有效地降低农业机械污染物的排放。由于国内燃油含硫量较高，国外现有的后处理过滤技术无法应用于国内电控柴油机，我国的石油行业已经严重阻碍了电控柴油机在机动车和非道路移动装置上的应用。不可否认，我国石油行业获得的利润多数是垄断性质的，国家必须加大对它的改革。
2.4 农业从业人员素质和技能水平普遍较低
和发达国家相比，我国农业从业人员的文化素质偏低，农民对尾气治理的认知度有限，节能观念意识淡薄。由于农机操作人员对新型农機技术的了解有限，在实际的使用中，操作不规范，技巧不娴熟，影响机械的有效运转，造成不必要的磨损和能源浪费，缩短了农业机械的使用寿命，进而提高了机械化作业的成本。此外，在我国当前的农机技术培训中存在的突出问题有教学基础设施薄弱、师资队伍技能素质偏低、培训内容相对滞后、培训方法不够灵活和服务功能弱等。
3 推进电控柴油机应用于农业机械的措施对策
3.1 加大自主研发力度，适当引进国外先进技术
农民是农用柴油机的主要使用对象，生产效率不高，经济实力低，农机以个人购买为主，这是我国农村当前的状况[12]，即使到20世纪中期，我国广大农村地区和目前工业发达国家农村的水平仍有很大的差距。为了满足国家规定的排放、噪音和烟度等环保标准，在对农用柴油机进行技术改进和提高时，首先要考虑的是当前阶段农村的实际情况和农民能够接受的程度[13]。因此在开发柴油机新机型及新技术时，要脚踏实地，从我国的实际情况出发，走自主研发之路，另一方面，为了保持核心技术与国际同步，可以适当引进国外先进机型，采取合资合作生产的方式。
在技术措施方面，能够通过我国非道路柴油机国Ⅲ排放法规的技术方法有6种，即电控分配泵、电控单体泵、电控泵喷嘴、电控直列泵+冷却EGR、机械直泵+冷却EGR以及电控高压共轨[14]。为了更好地促进农用柴油机的发展，内燃机工业“十二五”发展规划将发展经济性好、适应性强、可靠性高，为各种农业机械配套的环保和节能型柴油机作为重点发展领域，并且将电控组合式单体泵、电控高压共轨燃油喷射系统、能承受160 MPa以上高动态响应的喷油器总成等作为重点发展的产品。
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3.2 实施农机化财政倾斜政策
农业是一个需要重点扶持的行业，农业机械化的发展需要国家对其进行充足的资本投入。世界各国纷纷大力补贴农业投资，扶持农业发展[15]（表1）。此外，一些发达国家还对农机化发展实行减免税收、低息和贴息贷款等方式进行补充，有力地调动了农民使用先进农机的积极性。例如，美国政府对农用柴油实行免税政策;在德国，政府以市场价50%的价格供应柴油给农民使用，农户可通过分期付款和冬季购买价等优惠方式购买农机;在澳大利亚，收入不足1.6亿澳元的农场主可以享有减免所得税等优惠政策，政府对需要进口的农机设备在关税上予以优惠[16-17]。这些农机化财政倾斜政策都是值得我国借鉴的。
表1 各国农业扶持政策比较
国家 农业扶持政策
法国 20世纪50年代，农机购置补贴20%～30%
日本 20世纪60年代，农机购置政府补贴60%～80%
韩国 20世纪80年代，政府对农机购置提供60%的补贴
美国
历届政府对农业的扶持力度都超过制造业等传统行业，目前，政府通过各种补贴计划，向农民发放的补贴约占其收入的1/4左右
巴基斯坦
2010年，政府为农用机械设备进口提供50%的补贴，以尽早实现农业机械化生产，提高农业产量，增加农民收入
3.3 改善燃油品质，并发展替代燃料
为了保证机动车和非道路移动机械排放标准的顺利实施，石化工业必须努力提高燃油标准，尽快改善燃油品质，生产优质的低硫柴油[18]。对有利于提高燃油品质的装置改造及建设项目，政府要在政策上给予支持。此外，农机、环保、燃料生产部门应加强合作，制定规划，促进农机、燃料和环保相关领域的持续协调发展，并通过国家宏观调控和立法来推动我国燃油品质的健康发展。
据国土资源部在《中国矿产资源报告（2013）》中披露，2012年底，我国石油剩余技术可采储量仅有33.3亿t左右，按照当年2.05亿t的产量估算，只能开采16年左右，我国的石油储量明显不足，因此要大力发展替代燃料等相应的技术。我国农业和农村能源的开发领域十分广阔，如生物质能、太阳能和风能等，这些都是清洁的、可持续的能源，可以根据各地实际情况，适当地推广混合动力装备 （天然气动力）以及代用能源，如沼气、乙醇等，这对减少不可再生能源消耗，推动新能源开发以及优化能源结构具有极其重要的意义[19]。
3.4 加强农业从业人员教育培训体系的建设
要加强我國农机职业培训和技能鉴定工作，整合资源，多方投入，通过借助农机企业、职业院校和科研单位等技术力量，开展多方面的农机教育和培训。由于电控柴油机与传统的农用柴油机在使用和维修方面都有本质的不同，因此，需要开展些宣传、推广、教育等工作，使用户在观念上接受电控柴油机的这些特点。此外，为了保证电控柴油机的正确使用和保养，也要针对操作维护人员开展一系列专业的培训[20]。
4 结论
农用柴油机的主要使用对象是农民，我国农民的经济收入仍然较低，因此发动机和农机制造企业要根据我国农村的实际情况，发展适合我国国情的电控节能技术，促进农用柴油机技术的进步。
从长远来看，为了满足日趋严格的非道路排放法规和经济性的要求，采用电控柴油机将是农业机械配套动力发展的必然趋势。但是在短期内，从政府到农机制造产业还需要为农用柴油机的电控化创造更好的环境，农机制造企业需要开展广泛的宣传和教育工作，并在农用电控柴油的研发和制造方面适当引进国外先进技术。相信在不远的未来，我国生产的新型农业机械一定能够配套节能环保的现代电控柴油机。
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柴油机电控技术发展概述 第4篇
不容置疑,柴油机与汽油机等其他动力设备相比具有成本低、效率高、能耗少、寿命长、污染弱、维修使用便捷等优点,因此被广泛应用于各个领域。但随着能源紧缺,环境污染等问题出现,传统柴油机已不能满足需求,人们对柴油机各方面性能要求更加严格,柴油机的发展应用面临前所未有的机遇和挑战,柴油机电控技术应运而生并得到了广泛应用。
1 柴油机电控技术的发展现状
1905年,德国的狄塞尔发明了柴油机,并将其应用于汽车行业,由于柴油机具备成本低、效率高、能耗少、寿命长、污染小、维修使用便捷等特点,使其成为汽车行业及工程机械行业最主要的最节能的动力设备,并逐渐推广至国民经济的各个领域。
随着各行业对柴油机的广泛应用及研发,柴油机的性能不断提高,人们对于柴油机的高性能、低能耗、低污染、低成本等各方面都提出了更高的要求,传统的机械控制柴油机已不能满足需求,20世纪70年代柴油机电子控制技术应运而生。
20世纪80年代以来,能源紧缺问题出现并日益突出,最终导致了世界能源危机的爆发,并随之带来了严重的环境污染问题,成为当时世界面临的两大主要问题,排放标准更加严格,柴油机的节能减排被提上议程,得到了各行业专业人士的关注,各大公司争相开发柴油机电控技术新产品并投放市场,以满足日益严格的排放标准。自此开始进入以电控技术为核心的柴油机电控时代。
近年来,信息化技术、计算机技术以及传感技术的发展为柴油机电控技术的突飞猛进奠定了坚实基础,使电子控制燃油喷射成为可能。经过多年的研究,应用先进的计算机技术,现代化先进电控柴油机诞生。与传统柴油机不同,现代化先进电控柴油机在工作原理上采用了电控喷射及高压共轨等技术,在性能方面,无论是污染物的排放量还是能耗值都有大幅改进。
总的来讲,柴油机电控技术是柴油机应用和发展的核心技术,是解决当前问题的主要手段,是在挑战中处于不败之地的有效方法,是衡量柴油机先进性的重要标志。因此,开展柴油机控制技术的探讨,研发新产品,应用新技术势在必行。但是,要突破柴油机电控技术瓶颈,研发具有自主知识产权的柴油机综合电控系统,还面临很多问题。综合电控系统功能要求多,结构和逻辑关系复杂,虽然我们多年来一直从事相关领域技术研究,但与国外相比,在电控系统设计经验、数据积累、研究条件等方面,都存在较大差距。
2 柴油机电控技术的发展趋势
2.1 执行器设计技术
所谓执行器,指的是柴油机控制系统中的执行部件,其直接关系到控制系统的功能消耗、安全可靠性以及工作能力,换句话说执行器的优劣是决定柴油机电控系统性能的关键。国内外的研究人员不断进行执行器的研究,并根据执行器的性能,创立了电磁和力矩电机执行器中电磁场、电磁力与温度场关系的理论,并进行了相关仿真计算。通过研究电磁以及有限转角直流力矩电机,开发了新的规范化算法,验证了与之相匹配的系统参数。基于相关理论和算法,电磁化执行器和有限转角直流力矩电机执行器已经问世。随着科技的进步,相关理论的完善和成熟,更多的执行器会应用到柴油机电控技术中。
2.2 可靠性与工程化技术
柴油机电控技术需要不断应用于工程中去,当前很多技术手段只能在实验室进行原理的验证,所以可靠性以及工程技术是柴油机电控技术的另一发展趋势。首先,可靠性指的是技术层面,也属于组织管理的范畴。尤其在设计阶段,全面分析系统中可能存在的故障以及危险,进行危险预评估和终评估,同时提出理论上的技术改进措施,精细化优化系统中的软件和硬件指标。在柴油机电控系统的结构设计中,传统的设计开发模式必然具有高风险以及长周期等问题,有必要建立全新的开发模式———“V”模式,即从概念设计开始,一直到试验验证整个周期过程中,实现一体化仿真开发模式,用以全面提高柴油机电控系统的效率、精度要求。
可靠性在技术上将复杂的技术问题进行详细的分解,建立模块,利用智能化相关原则,合理优化相关技术,对于电控系统在工程中的应用有着十分重要的作用。工程化属于应用范畴,只有电控系统在满足可靠性基础上,才能充分发挥其在工程上的应用。根据电控系统中各部分功能、工作条件与可靠性要求,利用核心部件冗余,特别是控制器,达到热备份,利用冗余技术,充分满足柴油机综合电控系统的可靠性,提高柴油机电控系统的工程应用水平。随着新的排放标准出台,对柴油机电控系统以及电控技术的要求更高,可靠性与工程化技术将是今后柴油机电控技术研究的终极目标。
3 结语
近年来柴油机电控技术的发展令人瞩目,但是所面临的问题也不容忽视。只有不断深化对电控技术理论研究及相关产品研发,才能适应新的要求,使柴油机在国民经济发展中继续发挥核心作用。
摘要：一直以来柴油机被广泛应用于各个领域,其电动控制技术是决定柴油机产品核心竞争力的主要因素。文章从当前形势出发,系统论述了柴油机电控技术的发展现状,面临问题及其发展趋势。
关键词：柴油机,电控技术,发展现状,趋势
参考文献
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电控柴油机 第5篇
一汽大柴电控高压共轨国Ⅲ柴油发动机-CA4DC2系列柴油机电气原理及使用维护(Ⅰ)
阐述大柴国Ⅲ电控高压共轨发动机的基本知识;论述电控单元(ECU)设计与应用关系;分析国Ⅲ机的常见故障;介绍其排除故障的方法.
作 者：周行卜 ZHOU Xing-bu 作者单位：一汽客车(无锡)有限公司技术中心,江苏,无锡,214177刊 名：汽车电器英文刊名：AUTO ELECTRIC PARTS年，卷(期)：“”(7)分类号：U464.107关键词：电控高压共轨 设计原理 国Ⅲ应用
电控柴油机冷起动困难的检修 第6篇
目前, 这一控制技术在柴油机上的应用已有近20年的历史, 尤其是在重型载货车上比较多见, 已经比较成熟了。在对电控柴油机进行故障诊断和维修之前, 必须要了解其结构原理, 这样就可以避免走弯路。
一、电控燃油泵喷嘴的结构及工作原理
1. 结构及工作原理
在电控柴油机的燃油供给系统中, 最主要的总成件是电控燃油泵喷嘴, 它由3个主要部件组成, 即柱塞泵 (包括泵腔、柱塞及回位弹簧, 相当于传统喷油泵中的柱塞副偶件) 、喷油器 (包括喷油器体、喷油器针阀和回位弹簧) 、高速溢流电磁阀 (带有电磁控制的燃油阀) , 其结构及工作原理如图1所示。
电控燃油泵喷嘴的下部抵靠在气缸盖底部, 与普通的喷油器相似;中部有燃油进口和出口, 与燃油管道相通;上部有压力弹簧和壳体, 位于气缸盖的上方。
柱塞由下止点向上止点运动为进油行程;柱塞由上止点向下止点运动的全行程包括预行程 (柱塞由上止点下行至高速溢流电磁阀关闭) 、有效行程 (柱塞由高速溢流电磁阀的关闭点下行至打开点) 和剩余行程 (从有效行程结束至下止点) 。
电控燃油泵喷嘴的回油通道中安装有高速溢流电磁阀, 该电磁阀为常开型, 不通电时保持开启状态, 即使凸轮或摇臂驱动喷油器内的柱塞泵油, 也不能建立起足够的压力使喷油器开启喷油;通电时则关闭喷油器的回油道, 随着柱塞的泵油, 喷油器内的油压迅速升高, 并使喷油器开启喷油;当再次断电时, 打开回油通道, 喷油器结束喷油。高速溢流电磁阀关闭的时刻即是喷油开始的时刻, 高速溢流电磁阀关闭的持续时间决定了喷油量。
2. 喷油量的控制
为了实现各缸喷油均匀, 通常是对曲轴转速进行精确测定, 并由电控单元计算出该转速下各缸循环供油量的偏差, 然后进行补偿调节。以怠速运转时为例, 燃油供给系统首先按电控单元设定的标准循环供油量供油, 然后通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器测算出曲轴的转速变化 (即加/减速度) , 获知各缸对怠速转速所作“贡献”的大小, 据此调节各缸的循环供油量, 即以电控单元内的标称数据为参照, 通过改变高速溢流电磁阀驱动信号的脉宽 (时长) , 也就是改变高速溢流电磁阀关闭的实际持续时间, 实现对各缸供油量的调节。进行调控后, 各缸的喷油量趋于一致, 达到怠速运转平稳的目的。
由电控燃油泵喷嘴的控制原理可知, 导致喷油量正补偿调节, 是基于电控单元检测到该缸“出力不足”, 从而加大了喷油量, 即延长了高速溢流电磁阀关闭的持续时间。
喷油量不足可能是喷射压力低或喷油嘴喷孔堵塞等引起的, 其中喷射压力低的具体原因有机械驱动机构 (如凸轮、摇臂) 磨损;摇臂调整螺钉调整不当, 使高压柱塞泵行程减少;柱塞副磨损, 造成密封不良;高速溢流电磁阀关闭不严等。
1-驱动凸轮2-高压泵柱塞3-回位弹簧4-高压腔5-高速溢流电磁阀阀芯6-电磁阀油室7-进油道8-出油道9-高速溢流电磁阀线圈10-高速溢流电磁阀阀座11-喷油嘴 (针阀与针阀体) Is-线圈电流hM-高速溢流电磁阀阀芯行程hN-喷油嘴针阀升程
导致喷油量负补偿调节, 则多是因为某缸的喷油嘴渗漏, 造成“额外”供油, 如喷油嘴针阀与针阀体密封不良, 在喷油前就开始滴油等。
二、电控柴油机冷起运困难的检修
电控柴油机冷起动困难的故障, 不仅会影响车辆的正常使用, 而且会大大缩短蓄电池和起动机的使用寿命。下面以富豪FM12型重型载货车的一个故障实例来介绍电控柴油机起动困难的检修步骤及方法 (说明:富豪FM12型重型载货车的电控燃油泵喷嘴与图1所示略有不同, 一是由凸轮驱动摇臂, 再由摇臂下压柱塞;二是高速溢流电磁阀为纵向布置, 且为滑阀式结构) 。
1. 故障现象
一辆富豪FM12型重型货车, 装备排量为12L的电控燃油泵喷嘴柴油机 (D12413848D1E型) 。据驾驶员反映, 该车冷机时无论是否踩下加速踏板, 均需数次才能起动成功, 有时甚至需连续起动8次以上, 但起动后怠速运转并无明显异常, 在热机时起动则较容易。
2. 检修过程
1) 初步检查
试着起动发动机, 连续起动了4次均无着车迹象。观察起动机, 运转有力, 转速也足够 (柴油机起动所需的最低转速一般为50～150r/min) 。用万用表检测起动时的蓄电池电压为21V, 也正常, 说明起动系统无异常。
检查驾驶室仪表, 均显示正常, 随车电脑 (电控单元) 自诊断系统也没有警示存储有故障码。
检查排气制动操纵手柄, 处于正常关闭位置。由于起动后该发动机运转并无明显异常, 因此断定排气制动处于关闭状态, 无需检查排气制动执行器。
检查燃油管路, 未见损伤及泄漏现象。连接燃油压力表, 测得起动时低压油路的压力为180kPa (正常值为100～350kPa) , 因起动时的转速较低, 这个压力值完全正常, 说明低压油泵、燃油滤清器、溢流阀等整个低压油路工作正常。
用螺丝刀抵靠在泵喷嘴总成的安装位置进行听诊, 起动时可听到针阀特有的“嗒嗒”响声, 说明喷油器能动作。
检查起动预热器, 测量其阻值在正常范围内, 仪表板上的预热指示灯能正常点亮, 进气道的空气感觉发热, 说明起动预热器能正常加热起动时进入气缸内的空气。
接下来, 检查冷却液温度传感器和进气温度传感器。拔下冷却液温度传感器接头, 检测传感器的电压, 点火开关位于“ON”时为5V, 正常;检测传感器本身的电阻, 水温为20℃时为1.73kΩ (标准值为1.9±0.14kΩ) , 也正常。再拔下进气温度传感器接头, 进行上述检测, 结果也均正常。
从该车的故障现象来看, 曲轴位置传感器应无问题;因自诊断系统未警示存储有故障码, 因此凸轮轴位置传感器信号本身也应无问题, 但凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器之间是否同步, 则需用双通道示波器做进一步的检查。
检查电控系统各线束连接器, 均连接可靠。经过上述的初步检查, 未能找到该车的故障原因。
2) 故障原因分析
要使柴油机能正常起动, 必须满足3个条件, 即预热系统工作正常、合适的喷油量及喷油正时 (当然燃油质量要好) 、足够的气缸压力。如果预热系统出现故障, 进入气缸的空气就不会升到足够的温度, 发动机就会出现无法起动或起动时间过长的现象;如果是由于供油问题造成发动机起动困难, 就要系统地检查整个燃油系统, 为了缩小故障范围, 应对高、低压油路进行分段检查;如果气缸压力不足, 对于柴油机而言, 会导致压缩终了时气缸内的温度达不到柴油的自燃点, 使喷入的柴油难以燃烧, 发动机就无法起动。
基于上述分析, 结合冷起动时排气管排烟很少的情况, 怀疑该车冷起动时的喷油量过少。根据以往的经验, 如果在进气歧管处倒进少量柴油, 会有助于起动。于是, 拆下进气歧管中部的1个螺栓堵头, 倒入少许柴油 (注意:倒入的柴油量不能超过一个气缸燃烧室的容积) , 然后起动发动机, 发动机很快就起动了, 看来该车冷起动困难确实是因为至少有1个缸的喷油量过少或雾化不良。
前面听诊时能够听到喷油嘴动作的声音, 说明电控燃油泵喷嘴电路至少是正常的, 如果电控燃油泵喷嘴电路出现故障, 故障指示灯应该会点亮, 并可读出电控单元记忆的故障码。当然, 如果是电控燃油泵喷嘴的机械故障, 电脑是检测不出来的。
3) 借助专用仪器检测
在沃尔沃服务站使用专用诊断电脑对气缸压力、喷油量等进行检测, 并进行了断缸试验, 其中气缸压力是在起动过程中检测的, 其余检测和试验均是在设法起动发动机后在怠速状态下进行的。
(1) 测量相对气缸压力:此项检测用于显示任一气缸中的压力相对于其它气缸是否存在偏差, 检测结果如图2所示。由图2可知, 第3、5缸的压力略低, 但在允许范围内, 说明气缸压力总体正常。
(2) 检测曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号波形:经检测, 波形正常 (正常的波形必须保证凸轮轴位置传感器信号和曲轴位置传感器信号在图3中双箭头区域内交叉, 所以在进行任何可能导致信号改变的维修作业后, 如更换飞轮、更换或调整凸轮等, 都必须用示波器确认两信号是否仍在规定区域内交叉) 。
(3) 用专用诊断电脑进行断缸测试:经测试, 各缸均能工作, 但各缸工作好坏感觉不明显。
(4) 评估各缸喷油量:用专用诊断电脑记录各缸喷油量校正值, 1缸处于加浓正补偿状态, 为+51%;2缸处于减油负补偿状态, 为-38%;3缸处于轻微的加浓正补偿状态, 为+3%;4缸、5缸也处于轻微的加浓正补偿状态, 为+4%左右;6缸处于减油负补偿状态, 为-21%。上述数据表明, 第1、2、6缸均超出喷油量校正范围 (正常范围为±20%) , 其中1缸喷油量过少。
需要说明的是, 正是由于电控燃油系统的这一补偿校正功能, 使得该车勉强起动后怠速运转比较平稳, 否则早就怠速不稳了, 这也是为什么在怠速状态下用专用诊断电脑进行断缸试验时不能明显区分出故障缸的原因。
4) 故障排除
根据以上分析和检测, 对电控燃油泵喷嘴进行拆检。拆检前, 先测量了电控燃油泵喷嘴上高速溢流电磁阀的电阻, 正常值为4.1～5.3Ω, 实测值为4.8Ω, 正常。拆下第1、2、6缸电控燃油泵喷嘴总成 (如图4所示) , 并对这几个电控燃油泵喷嘴总成进行了解体, 解体后如图5所示。
经检查, 发现第1缸高速溢流电磁阀的阀芯有明显的磨损痕迹。由于阀芯磨损, 使回油通道关闭不严, 不能建立足够的喷油压力, 导致第1缸的喷油量严重不足, 因此电控单元对第1缸给予正补偿。由于没有单独的高速溢流电磁阀配件, 于是更换了第1缸电控燃油泵喷嘴总成。
至于第2、6缸的电控燃油泵喷嘴总成, 按经验可知问题出在针阀偶件上。经检查, 是由于针阀和针阀体配合不良, 导致了高压燃油滴漏, 第2缸较为严重。更换第2缸的针阀偶件, 并对第6缸的针阀偶件采取配对研磨 (可用牙膏做研磨膏) 和清洗的方法进行处理。
将各缸的电控燃油泵喷嘴重新装好, 起动发动机, 发动机一次起动成功。再次用专用诊断电脑读取怠速时各缸的喷油量校正值, 数值均在-1%～+4%之间, 非常均匀。第二天早上再次冷机起动, 也是一次成功, 至此该车故障完全排除。
5) 故障总结
由于第1缸的电控燃油泵喷嘴高速溢流电磁阀关闭不严, 加之起动时转速较低, 所以起动时的非正常回油 (泄漏) 就更加明显。需要特别指出的是, 在起动过程中, 电控单元是按程序设定的喷油量喷射的, 还没有启动补偿调节功能, 所以第1缸的喷油量就很小;第2、6缸的电控燃油泵喷嘴因针阀配合不良而额外滴漏, 也使得起动时气缸内的柴油雾化质量变得更差, 不利于燃烧。这3个缸的情况综合在一起, 最终导致该发动机冷机起动变得异常困难。
那么, 该车的燃油泵喷嘴为何会出现非正常磨损呢?经了解, 发现故障的诱因与该车使用的柴油质量有关, 车主曾有很长一段时间在非正规加油站加油。
应用电控EGR系统降低柴油机污染 第7篇
体积大、噪音高、污染严重, 是人们前些年对柴油机的一致看法。然而, 随着各国日趋严格的排放法规的颁布, 大量新技术被应用到柴油机上。经过几十年的发展, 现代柴油机已成为一种排放清洁、节省能源的动力而被广泛应用到农业机械、工程机械、汽车 (客车以及轻型车、轿车) 等领域。从世界汽车工业发展的轨迹看, 动力引擎柴油化已成必然趋势。
1 柴油机排放有害物的组成
柴油机排放的废气中包含有气态、液态及固态的污染物。气态污染物中含有CO2, CO, H2, NOx, SO2, HC和氧化物、有机氮化物及含硫混合物等;液态污染物中含有H2SO4, HC和氧化物等;固态污染物有碳、金属、无机氧化物、硫酸盐, 以及多环芳烃 (PAH) 和醛等碳氢化合物。
而排放的污染物中, 最主要的是CO, HC, NOx以及固体微粒 (PM) 。CO是柴油不完全燃烧产生的无色无味气体;HC也是柴油不完全燃烧和气缸壁淬冷的产物;NOx是NO2与NO的总称, 它们都是在燃烧时空气过量、温度过高而生成的氮气燃烧产物, NO在空气中即被氧化成NO2, NO2呈红褐色并有强烈气味;PM是所排气体中可见污染物, 它是由柴油燃烧中裂解的碳 (干烟灰) 、未燃碳氢化合物、机油与柴油在燃烧时生成的硫酸盐等组成的微粒。为了控制废弃污染, 许多国家都制订了相应的环保法规和排放污染物防治的技术政策, 以及控制排放污染物限制的技术监督标准。欧盟柴油机稳态试验 (试验程序ESC) 时的排放标准, 如表1所示。
现在各国对NOx的排放限制越来越严格, 单靠改善发动机的工作过程, 一方面很难显著减少NO 的排放, 另一方面会影响发动机其他方面的排放指标, 而采用EGR可以有效地降低NOx的排放[1]。
2 EGR系统简介
废气再循环 (EGR) 是在保证内燃机动力性不降低的前提下, 根据内燃机的温度及负荷大小将发动机排出的废气一部分再送回进气管。
废气中的氧含量很低, 含有大量N2, CO2和水蒸气, 这3种气体很稳定, 不能燃烧, 可吸收大量热量。当一部分排气经EGR控制阀还流回进气系统与新鲜空气或新鲜混合气混合后, 稀释了新鲜空气或新鲜混合气中的氧浓度, 使燃烧速度降低。由于这两个因素都使燃烧温度降低, 从而有效控制了燃烧过程中NOx的生成。
3 电控EGR系统工作原理
目前, 市场上出现的EGR系统主要有3种:机械式、气电式和电控式[2]。由于电控式EGR系统与机械式、气电式相比具有动态响应好、调节精度高、排气回流量大及结构简单等优势, 因此成为柴油机控制系统的主要发展方向。
EGR电控系统控制原理, 如图1所示。根据发动机的转速信号、油门位置信号 (油泵齿条位移) 和水温信号等, 按预先设定的脉谱图改变EGR率。柴油机还流管直径比汽油机大得多, 这是由于柴油机进排气管之间的压差较小, 所需的EGR还流量远大于汽油机。另外, 为提高排气再循环量, 在柴油机的进气门上加上了节气门, 以便在低负荷时通过进气节流的方法增大排气管与进气管之间的压差。在增压柴油机中, 经常会出现增压压力大于排气压力的现象。为了确保排气再循环, 在排气再循环阀前应加一个单向阀, 以便利用排气脉冲进行排气再循环。
4 EGR对柴油机工作过程及性能的影响
由于柴油机燃烧时过量空气系数总是大于1, 排气中的氧含量比汽油机高得多, CO浓度要小得多, 因而必须使用比汽油机更大的EGR率才能有效地降低NOx。
EGR率以进排气中CO2的体积分数来定义[3], 即
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式中 φCO2in—经过再循环废气稀释后的进气中CO2的体积分数;
φCO2out—排气中CO2的体积分数。
EGR率与NOx关系如图2所示。由图2可以看出, 随着EGR率的增大, NOx的排放明显降低。一般汽油机的EGR率不超过20%, 而直喷式和非直喷式柴油机的EGR率可分别超过40%和25%。试验研究证明, 废气再循环率为15%时, NOx排放可以减少50%以上, 而废气再循环率为25%时, NOx排放可减少80%以上[4]。
采用EGR可使NOx明显降低的原因:一方面由于大量惰性气体阻碍了燃烧的快速进行及混合气的比热容增大使燃烧温度降低;另一方面, EGR对进气加热和稀释, 造成了实际的过量空气系数下降, 降低了混合气中氧气的浓度, 因而废气再循环破坏了NOx的生成条件, 从而有效抑制了NOx的生成。由于废气的温度比新鲜空气的温度高, 而柴油机负荷和排气温度的增加又会进一步提高引入废气的温度, 在低负荷时因喷入柴油机的燃油量较少, 使着火延长期减少;而在大负荷时, 因喷入的燃油量增大, 由于废气的引入使燃气中的氧浓度变小而对着火不利, 使着火延长期增大。尤其在负荷超过75%时节气门开度, 虽采用EGR仍可进一步减少NOx排放, 但会造成发动机动力性及经济性大幅度下降[5]。此时可以采取冷却EGR的方法, 使发动机性能恶化的趋势受到抑制。EGR温度对NOx排放的关系如图3所示。
5 EGR系统的控制原则
为了保证发动机正常工作和性能不受过多影响, 必须根据发动机工况的变化, 控制废气再循环量。即按照发动机转速及负荷变化, 针对不同的工况、油门开度以及加减速等工况的特点, 同时适当考虑温度、气压等因素对EGR的修正影响, 对引入进气岐管的废气量进行综合控制。其基本原则是:在发动机起动、加速以及大负荷高速行驶时关闭EGR阀, 停止EGR;而在低、中等负荷时EGR率应随负荷的增大而增大。
6 结束语
1) EGR技术是降低内燃机, 特别是柴油机废气中NOx排放的有效措施。
2) 采用EGR后, 柴油机工作的粗暴性可得到明显改善。
3) 在采用EGR技术的同时, 对回导的废气进行冷却, 即采用中冷EGR, 效果更好。
4) 采用EGR技术后, 相关部件的磨损加大, 使用时应充分重视。
5) 发动机处于中小负荷工况时, 采用EGR的效果十分显著。当EGR率为3O%左右时, 发动机的排放及综合性能较好;采用较大的EGR率降低NOx排放效果更加明显, 且发动机经济性的下降并不突出。
6) 发动机在大负荷工况时, 若采用EGR, 则会导致发动机的经济性和动力性明显下降, 另外, 还会增加活塞环和缸套的磨损及加速润滑油的变质, 因此大负荷工况时不宜采用EGR。
7) 采用EGR, 虽使发动机的其他排放污染物有所升高, 但均在允许范围之内。
综上所述, 采用EGR技术可以有效地改善柴油机的排放污染。为了满足越来越严格的排放法规, 除了采用EGR技术以外, 还要辅以其他技术措施是很有必要的, 可以采用EGR+颗粒捕捉技术、EGR+电控高压喷油技术、EGR+进气富氧技术、EGR+涡轮增压中冷技术等组合方案。今后, EGR技术也将在重型柴油机领域得到广泛的应用。
参考文献
[1]李娜.EGR在柴油机中的研究应用[J].车用发动机, 2002 (2) :23-24.
[2]周奇.车用排气再循环系统的发展及应用研究[J].小型内燃机与摩托车, 2002 (2) :4-6.
[3]邬静川, 邓康耀, 尹琪, 等.开发EGR、压缩空气补气技术, 综合治理车用柴油机的有害排放[J].柴油机设计与制造, 2001 (2) :15-19.
[4]曲明辉.柴油机NOX排放控制技术[J].小型内燃机, 1999 (6) :1-5.
共轨式电控柴油机控制特性分析 第8篇
(1)喷油量控制:电控柴油机喷油量控制功能是指在发动机启动、怠速及正常运转等各种工况下,电控单元ECM根据发动机的转速信号、负荷信号和内存控制模式来确定基本喷油量,再根据冷却液温度、进气温度传感器等对喷油量进行修正。为了获取实际喷油量,还应计算出喷油器电磁阀开启时间,并向执行器发送信号,控制喷油器电磁阀供油开始、供油结束的时间,从而控制喷油量。
(2)喷油正时控制:电控单元ECM根据发动机的凸轮轴位置信号、转速信号和ECM中内存的控制模式来确定基本喷油提前角,再根据反馈信号进行修正。
(3)喷油压力控制:在高压共轨系统中,ECM根据安装在高压共轨上的燃油压力传感器的反馈信号,计算出实际所需要的喷射压力。并将其值与目标压力值进行比较,然后发出指令控制高压油泵中的压力调节阀使高油共轨中的燃油压力实现闭环控制,完成最佳喷油压力控制。
(4)喷油速率控制:电控单元ECM根据发动机运行的需要,可以设置并控制喷油速率。喷油速率分预喷射、主喷射、后喷射等多段喷射。理想的喷油规律要求喷射初期缓慢、喷油速率不要太高,目的是减少在滞燃期内的可燃混合气量,降低初期燃烧速率,以达到降低最高燃烧温度和压力升高率,来抑制氮氧化合物的生成、降低燃烧噪声。采用预喷射是实现初期缓慢燃烧的方法。主喷射发生在喷油中期,在主喷射阶段,采用高喷射压力和高喷油速率可以加快燃烧速度,防止生成微粒和降低热效率,还可以加快可燃混合气的扩散燃烧速度。在喷油后期要求迅速结束喷射,防止在较低的喷油压力和喷油速率下燃油雾化变差,导致燃烧不完全而使HC和微粒物排放增加。后喷射可有效降低排放物。在高压共轨系统进行多次喷射,可使喷油规律得到优化。
(5)进气控制:电控柴油机进气控制主要包括进气节流控制、可变进气涡流控制和可变配气正时控制。进气节流控制是ECM根据柴油机的转速和负荷信号,控制进气管中的节气门开度,以满足不同工况下进气量的大小。可变进气涡流控制也是ECM根据柴油机转速和负荷信号,按ECM内部储存的程序对进气涡流强度进行控制,以满足柴油机在不同工况下对进气涡流强度的要求。可变配气正时控制也是ECM根据柴油机转速和负荷信号、按ECM内部储存的程序对配气正时进行控制,以满足柴油机在不同工况下对配气正时的要求。
(6)增压控制:ECM根据柴油机转速和负荷信号、增压压力信号等,通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等,实现对废气涡轮增压器工作状况和增压压力的控制,借以改善柴油机的扭矩特性,提高加速性能,降低排放和噪声。
(7)排放控制:柴油机的排放控制主要是对废气再循环阀(EGR)、选择性催化还原装置(SCR)或微粒捕集器(DPF)进行控制。电控单元ECM根据柴油机转速和负荷信号,对安装的机外净化装置进行控制,以使柴油机排放达欧Ⅲ标准。
(8)巡航控制:安装有巡航控制系统的电控柴油机车辆,当使用巡航控制时,电控柴油机按选定的巡航控制模式运转,电控单元ECM根据车速信号等使柴油车自动维持所设定的车速保持稳定行驶。而当按下解除巡航控制开关时,可使巡航控制自动解除。
(9)故障诊断和失效保护:柴油机电控系统具有故障诊断和失效保护功能。当柴油机电控系统出现故障时,电控单元ECM能识别已出现的故障,使故障指示灯点亮,提醒驾驶员应尽快停车检修。维修人员可以调出相关故障码,进行检修。当电控柴油机出现故障时,失效保护功能起作用,可使柴油机强制切断燃油供给,以免发动机继续运转而受到损坏。
(10)调速器形式转换:通过设在驾驶室内的开关,驾驶员可对ECM的调速器功能进行转换,即可在传统的车用两极调速器和全程调速器之间进行转换。除了通过开关控制外,也可以使用故障诊断服务软件直接对ECM进行调速器的设定。调速器形式的转换只能在零油门位置的时候进行。
(11)发动机保护:发动机保护功能是电控柴油机的标准特性。ECM通过监测下列4个运行参数(冷却液位、冷却液温度、机油压力和进气温度)来决定是否启动发动机保护功能;当ECM监测到上述的一个或几个参数超出一定的范围,会采取降低输出扭矩,降低发动机转速直至强行关闭发动机等措施,以保护发动机。
(12)排气制动:由ECM来控制,当司机打开仪表台上的排气制动开关后,ECM根据一定的条件来决定是否启动排气制动。如发动机转速是否在1 000 rpm以上,油门和离合器踏板的状态等。另外ECM控制的排气制动还可以和巡航控制配合工作,以充分发挥排气制动的功能。例如在巡航状态下,当车速高于设定的巡航车速时,可以启动排气制动,以使车速稳定在设定的巡航车速。
(13)怠速停机:发动机长时间低怠速运转会产生很多不利的影响。比如柴油燃烧不充分,容易在缸内形成积碳;未燃烧的柴油在缸内积聚,进入油底壳稀释机油;另外尾气排放污染也很严重。ECM的怠速关机功能能够监测到发动机长时间低怠速运转状态而没有任何司机指令输入时,ECM将启动怠速关机功能,首先通过黄色警告灯闪烁30 s来警告司机,如果司机在此30 s内依然没有任何的指令输入,发动机将自动停机。
(14)安全回家:因为在油门发生故障时,ECM没有得到油门信号,如果安全回家功能已经启用,此时ECM将根据怠速有效开关的状态来决定是否给油。如果此时司机踩下油门,则ECM将给出一个固定的喷油量,以使发动机可以保证车辆安全行驶回维修厂做维修。
(15)低怠速的调整:发动机低怠速的调整范围一般是600~800 rpm,低怠速可以通过故障诊断服务软件来调整,也可以通过仪表台上的开关来实时进行调整。
(16)保养提醒功能:保养提醒功能就像一个闹钟一样会定时提醒司机做车辆保养,在保养功能提醒设置中,司机可以根据自己的运行工况和用油情况自己设定保养间隔。在保养间隔前的一定时间内,ECM将通过仪表台上的保养指示灯提醒司机及时做车辆保养。
(17)远程油门:远程油门为装在驾驶室以外的、用于控制发动机的油门,大部分电控发动机都提供了安装远程油门的选项。
(18)PTO调速控制:在PTO模式下,发动机工作在一个设定的PTO工作转速下,PTO调速功能保证发动机转速的稳定,而不管负荷如何变化。
高压共轨系统是目前世界上最先进的燃油系统,德国博世(Bosch)公司已经将高压共轨系统发展到第三代,其优点是可以实现高压喷射,最高压力达到200 MPa,并且高压燃油的产生和喷射完全独立,燃油喷射的时刻和数量控制精度高,能够有效地抑制和减少尾气排放物中的有害成分,减少了噪音,满足了更加严格的排放法规。目前,高压共轨系统已广泛应用在载货汽车、客车以及工程机械等柴油发动机上。
参考文献
[1]康明斯发动机有限公司.ISBe系列发动机故障判断和维修手册[Z].2004.
电控柴油机 第9篇
环保电控系列柴油机是一拖 (洛阳) 柴油机有限公司投入巨额资金开发的新产品, 该系类产品进行了一系列的技术升级, 从而达到降低排放的目的。这些技术包括缩口燃烧室及运动副匹配技术, 缩口燃烧室能够产生更大的进气紊流, 实现最佳的空气、燃料比例, 达到完全燃烧。活塞环和缸套使用最新工艺进行匹配, 减小摩擦, 提高密封性, 降低废气排放。电控燃油喷射技术, 采用的电控单体泵同时采集包括油门、转速、进气压力、气温、水温等参数, 根据柴油机不同工况的需要, 通过ECU实现对喷油量、喷油定时和喷射压力的控制, 使喷射油量更精确, 从而保证柴油机可在整个工作范围内达到最优化的经济性能和排放性能。内循环EGR控制技术, 通过控制机内循环实现部分废气与进气的混合, 降低燃烧室的氧气含量, 使燃烧更加柔和。定量的废气控制技术的应用, 达到了有效降低NOx的目的。水冷EGR控制技术, 更高阶段的排放控制, 在柴油机的外部废气再循环管路中加入水冷却装置, 有效控制再循环废气的温度, 并控制废气进入进气道的流量, 从而进一步降低NOx的产生和提高燃油经济性。无压力室喷油器技术, 为了有效减少HC的排放量, 并使EGR控制系统和电控燃油喷射系统更加有效的工作, 必须改善传统喷油器压力室结构所形成的后喷。优化采用无压力室喷油器后, 每次的喷油更加有效, 断油更加干脆, 杜绝后燃现象, 燃油经济性更好。
该电控系列柴油机获得欧盟E-mark排放认证, 符合EuroⅢ/A标准。并已具有EuroⅢ/B技术储备。同时还获得美国EPA排放认证, 符合Tier3标准, 与国外同类柴油机相比, 该电控系列柴油机在排放达标的同时, 性能十分稳定, 价格相对较低。
电控柴油机 第10篇
环保电控系列柴油机是一拖 (洛阳) 柴油机有限公司投入巨额资金开发的新产品, 该系类产品进行了一系列的技术升级, 从而达到降低排放的目的。这些技术包括缩口燃烧室及运动副匹配技术, 缩口燃烧室能够产生更大的进气紊流, 实现最佳的空气、燃料比例, 达到完全燃烧。活塞环和缸套使用最新工艺进行匹配, 减小摩擦, 提高密封性, 降低废气排放。电控燃油喷射技术, 采用的电控单体泵同时采集包括油门、转速、进气压力、气温、水温等参数, 根据柴油机不同工况的需要, 通过ECU实现对喷油量、喷油定时和喷射压力的控制, 使喷射油量更精确, 从而保证柴油机可在整个工作范围内达到最优化的经济性能和排放性能。内循环EGR控制技术, 通过控制机内循环实现部分废气与进气的混合, 降低燃烧室的氧气含量, 使燃烧更加柔和。定量的废气控制技术的应用, 达到了有效降低NOx的目的。水冷EGR控制技术, 更高阶段的排放控制, 在柴油机的外部废气再循环管路中加入水冷却装置, 有效控制再循环废气的温度, 并控制废气进入进气道的流量, 从而进一步降低NOx的产生和提高燃油经济性。无压力室喷油器技术, 为了有效减少HC的排放量, 并使EGR控制系统和电控燃油喷射系统更加有效的工作, 必须改善传统喷油器压力室结构所形成的后喷。优化采用无压力室喷油器后, 每次的喷油更加有效, 断油更加干脆, 杜绝后燃现象, 燃油经济性更好。
该电控系列柴油机获得欧盟E-mark排放认证, 符合EuroⅢ/A标准。并已具有EuroⅢ/B技术储备。同时还获得美国EPA排放认证, 符合Tier3标准, 与国外同类柴油机相比, 该电控系列柴油机在排放达标的同时, 性能十分稳定, 价格相对较低。