柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

柴油機(jī)電控技術(shù)的進(jìn)展歷程、現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì)柴油機(jī)電控技術(shù)的進(jìn)展歷程、現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì)一、柴油機(jī)電控技術(shù)消滅的背景石油危機(jī)要降低柴油機(jī)油耗，必需在各種工況下對(duì)循環(huán)供油量和噴油提前角準(zhǔn)確掌握。環(huán)境污染要降低NOx和PM排放，必需對(duì)噴油正時(shí)準(zhǔn)確掌握電子技術(shù)的進(jìn)展單片機(jī)技術(shù)進(jìn)展，提高了掌握精度和處理信息的力量.同時(shí)汽油機(jī)電控技術(shù)的進(jìn)展為柴油機(jī)供給了貴重的閱歷。二、柴油機(jī)電控技術(shù)的進(jìn)展歷程柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的進(jìn)展分為：位置掌握式，時(shí)間掌握式，時(shí)間壓力掌握式三個(gè)階段。1、位置掌握式保存了傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)，只是對(duì)齒條〔直列泵〕或滑套〔安排泵〕的運(yùn)動(dòng)位置實(shí)現(xiàn)電子掌握。同時(shí)，使用了電磁式供油定時(shí)掌握閥。圖一如圖一所示，為位置掌握式的安排泵，它通過(guò)采集加速踏板位置信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)等，確定一個(gè)噴油量跟一個(gè)適宜的噴油提前角。然后給執(zhí)行器供油時(shí)間掌握閥和溢油掌握線圈通電，在電磁力和機(jī)械作用下，調(diào)整凸輪盤(pán)跟驅(qū)動(dòng)軸的相對(duì)位置，同時(shí)也能轉(zhuǎn)變滑套相對(duì)于回油口的一個(gè)相對(duì)位置。整個(gè)過(guò)程中，通過(guò)兩個(gè)電磁閥分別掌握噴油量和噴油提前角。同理，位置掌握式的柱塞泵也是一樣的道理，電磁閥只是掌握齒條的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而掌握柱塞相對(duì)于柱塞套的位置，增大或減小噴油量。位置掌握式電控柴油噴射系統(tǒng)與機(jī)械掌握柴油噴射系統(tǒng)相比，掌握精度和響應(yīng)速度都有所提高。將機(jī)械掌握系統(tǒng)改造成為位置型電控系統(tǒng)時(shí)，柴油機(jī)的機(jī)構(gòu)無(wú)需改動(dòng)，生產(chǎn)繼承性好。但是，這種系統(tǒng)的掌握頻率低，噴油壓力跟噴油規(guī)律不能獨(dú)立掌握。2、時(shí)間掌握式用高速電磁閥直接掌握高壓燃油的適時(shí)噴射。通過(guò)高速電磁閥關(guān)閉時(shí)刻和關(guān)閉時(shí)間長(zhǎng)短掌握噴油正時(shí)和噴油量?？杀４媪藗鹘y(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)。圖二圖三如圖二，圖三所示，為VE安排泵局部構(gòu)造簡(jiǎn)圖。如圖二所示，當(dāng)需要噴油時(shí)，電控單元ECU依據(jù)加速踏板位置傳感器和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的輸入信號(hào)，首先算出根本供油量，然后依據(jù)來(lái)自冷卻液溫度、氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器信號(hào)進(jìn)展反響修正后，確定最正確供油量。確定噴油延時(shí)角，進(jìn)而確定電磁閥線圈通電時(shí)刻，線圈通電并產(chǎn)生吸力，吸引銜鐵，銜鐵抑制閥芯回位彈簧的彈力推動(dòng)閥芯上座向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)閥芯上座和閥芯下座密封錐面接觸時(shí)，閥芯關(guān)閉形成封閉高壓腔。隨著柱塞旋轉(zhuǎn)和連續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，高壓腔的燃油被壓縮產(chǎn)生高壓，此時(shí)燃油流向如圖二所示。如圖三，當(dāng)不需要噴油時(shí)，電磁閥斷電，噴油閥的閥芯是翻開(kāi)的，進(jìn)入高壓腔的燃油經(jīng)過(guò)溢流閥流回泵腔。時(shí)間掌握型的電控噴油系統(tǒng)中，可仍保存了傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)。利用具有高響應(yīng)的電磁溢流閥、電控單元及各種傳感器進(jìn)展噴油量掌握，通過(guò)供油定時(shí)掌握閥調(diào)整噴油定時(shí)。這種掌握系統(tǒng)雖然掌握精度有很大的提高，但是噴油壓力還是不能獨(dú)立掌握。3、時(shí)間壓力掌握式用一個(gè)高壓油泵以肯定速比〔與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比〕連續(xù)將高壓燃油送入共軌內(nèi)，然后送入噴油器，用高速電磁閥掌握噴射。噴油量及噴油時(shí)刻完全由噴油器依據(jù)電控單元的指令完成，可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴、主噴，二次噴射。時(shí)間掌握式的燃油噴射系統(tǒng)，又可以分為高壓共軌，中壓共軌。高壓共軌的高壓油是通過(guò)高壓油泵加壓，然后儲(chǔ)存在共軌內(nèi)。中壓共軌只是經(jīng)過(guò)低壓油泵加壓，儲(chǔ)存在共軌內(nèi)，燃油的高壓是在噴油器內(nèi)建立的?！?中壓共軌，共軌管內(nèi)的燃油壓力低，需要協(xié)作整體式噴油器對(duì)低壓燃油加壓。高壓的機(jī)油通過(guò)放大活塞對(duì)低壓燃油進(jìn)展加壓?！?高壓共軌，燃油通過(guò)低壓泵，高壓泵，兩級(jí)加壓。最終高壓油儲(chǔ)存在共軌管內(nèi)。具體構(gòu)造如圖四所示：圖四高壓油泵是高壓回路和低壓回路的分界面，在全部工況下，它主要負(fù)責(zé)在車(chē)輛的整個(gè)使用壽命中供給足夠的高壓燃油，同時(shí)還必需保證為使發(fā)動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)所需要的額外的供油量和壓力要求。高壓油泵不斷的產(chǎn)生共軌所需的系統(tǒng)壓力。這就意味著燃油并不是在每個(gè)單一的噴射過(guò)程都必需被壓縮〔相對(duì)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)燃油〕。共軌內(nèi)的油壓應(yīng)隨時(shí)保持肯定，以確保當(dāng)噴油器翻開(kāi)的瞬間，噴射壓力能維持肯定。是噴油量唯一的取決于電磁閥翻開(kāi)的時(shí)間。電磁閥斷電：球閥關(guān)閉掌握腔壓力＋針閥彈簧壓力>針閥腔壓力針閥關(guān)閉，不噴射。電磁閥通電：球閥開(kāi)啟，瀉油孔瀉油掌握腔壓力＋針閥彈簧壓力<針閥腔壓力針閥抬起，噴射。針閥抬起速度取決于瀉油孔與進(jìn)油孔的流量差針閥關(guān)閉速度取決于進(jìn)油孔流量噴射響應(yīng)＝電磁閥響應(yīng)＋液力系統(tǒng)響應(yīng)一般應(yīng)為0.1ms~0.3ms(噴油速率掌握的要求)。在時(shí)間時(shí)間壓力掌握系統(tǒng)中，燃油壓力跟發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]關(guān)系，而且可以任意調(diào)整。因此，我依據(jù)需要掌握噴油壓力和噴油速率。無(wú)噴油脈沖，準(zhǔn)確的掌握噴油量，由于噴油量唯一值取決于電磁閥的通電時(shí)間。同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)預(yù)噴，主噴，二次噴射。滿足動(dòng)力性的同時(shí)，又改善了柴油機(jī)的排放性。三、柴油機(jī)電控技術(shù)的進(jìn)呈現(xiàn)狀柴油機(jī)電子掌握技術(shù)始于20世紀(jì)7020世紀(jì)80英國(guó)盧卡斯公司、德國(guó)博世公司、奔馳汽車(chē)公司、美國(guó)通用的底特律柴油機(jī)公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十鈴汽車(chē)公司及小松制作所等都競(jìng)相開(kāi)發(fā)產(chǎn)品并投放市場(chǎng)，以滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。由于柴油機(jī)具備高扭矩、高壽命、低油耗、低排放等特點(diǎn)，柴油機(jī)成為解決汽車(chē)及工程機(jī)械能源問(wèn)題最現(xiàn)實(shí)和最牢靠的手段。因此柴油機(jī)的使用范圍越來(lái)越廣，數(shù)量越來(lái)越多。同時(shí)對(duì)柴油機(jī)的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、掌握廢氣排放和噪聲污染的要求也越來(lái)越高。依靠傳統(tǒng)的機(jī)械掌握噴油系統(tǒng)已無(wú)法滿足上述要求，也難以實(shí)現(xiàn)噴油量、噴油壓力和噴射正時(shí)完全按最正確工況運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)及信息技術(shù)的快速進(jìn)展，使電子產(chǎn)品的牢靠性、本錢(qián)、體積等各方面都能滿足柴油機(jī)進(jìn)展電子掌握的要求，并且電子掌握燃油噴射很簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，柴油機(jī)排氣中CO和HC比汽油機(jī)少得多，NOX排放量與汽油機(jī)相近，只是排氣微粒較多，這與柴油機(jī)燃燒機(jī)理有關(guān)。柴油機(jī)是一種非均質(zhì)燃燒，可燃混合氣形成時(shí)間很短，而且可燃混合氣形成與燃燒過(guò)程穿插在一起。通過(guò)分析柴油機(jī)噴油規(guī)律得到：噴入燃料的霧化質(zhì)量、汽缸內(nèi)氣體的流淌以及燃燒室外形等均直接影響燃燒過(guò)程的進(jìn)展以及有害排放物的生成。提高噴油壓力和柴油霧化效果、使用預(yù)噴射、分段噴射等可以有效的改善排放。經(jīng)過(guò)多年的研究和技術(shù)應(yīng)用，柴油機(jī)的現(xiàn)狀已與以往大不一樣?，F(xiàn)代先進(jìn)的柴油機(jī)一般承受電控噴射、高壓共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù)，在重量、噪音、煙度等方面已取得重大突破，到達(dá)了汽油機(jī)的水平。隨著國(guó)際上日益嚴(yán)格的排放掌握標(biāo)準(zhǔn)(如歐洲Ⅳ、Ⅴ標(biāo)準(zhǔn))的公布與實(shí)施，無(wú)論是汽油機(jī)還是柴油機(jī)都面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，解決的方法之一是承受電子掌握燃油噴射的技術(shù)?，F(xiàn)在，柴油機(jī)電子掌握技術(shù)在興旺國(guó)家的應(yīng)用率60%以上。如今的電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主流就是高壓共軌，增壓加中冷技術(shù)，同時(shí)，還要像汽油機(jī)一樣，準(zhǔn)確掌握空燃比。我們能看到有柴油機(jī)也有了節(jié)氣門(mén)，有了進(jìn)氣壓力傳感器。四、柴油機(jī)電控技術(shù)的將來(lái)進(jìn)展趨勢(shì)現(xiàn)在柴油機(jī)的電控，主要掌握的只是噴油。將來(lái)的進(jìn)展就是要對(duì)柴油機(jī)全方位的掌握。想汽油機(jī)那樣，進(jìn)展怠速的掌握，排放的掌握，進(jìn)氣掌握，增壓掌握，巡航掌握，故障自診斷和失效的保護(hù)?，F(xiàn)在，只是少量的高端柴油機(jī)承受了這些掌握技術(shù)，但是，將來(lái)的柴油車(chē)上肯定是綜合掌握的電控系統(tǒng)。柴油機(jī)的開(kāi)發(fā)焦點(diǎn)已由傳統(tǒng)的優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性、牢靠性和耐久性逐步轉(zhuǎn)為目前的優(yōu)先考慮環(huán)保的要求，即以優(yōu)先保護(hù)好人類(lèi)賴以生存的地球環(huán)境為動(dòng)身點(diǎn)去考慮承受何種技術(shù)，去評(píng)價(jià)其先進(jìn)性。優(yōu)先考慮柴油機(jī)排放、噪聲對(duì)環(huán)境的影響問(wèn)題，與過(guò)去相比也有不同，就是在滿足目前對(duì)排氣污染物、顆粒排放及噪聲的限制要求時(shí)，不再以犧牲經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和比質(zhì)量等為代價(jià)，而是在到達(dá)上述目標(biāo)的同時(shí)使產(chǎn)品具有可競(jìng)爭(zhēng)的商業(yè)價(jià)格。歐洲一些公司近年或稍后將繼3L當(dāng)前和將來(lái)一個(gè)時(shí)期車(chē)用柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)展趨勢(shì)突出表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1、進(jìn)一步優(yōu)化燃燒系統(tǒng)，特別重視開(kāi)發(fā)和選擇噴射系統(tǒng)Perkins公司的Ouadram燃燒室、日野公司的HMMS燃燒室，小松公司的MTEC燃燒室及五十鈴公司的四角形燃燒室等，都在試驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段，其根本特點(diǎn)是由一個(gè)中心渦流及四周的微渦流使空氣燃料快速而充分地混合，并協(xié)作以適宜的燃油噴射系統(tǒng)。電控系統(tǒng)協(xié)作HCCI目前，噴射系統(tǒng)已進(jìn)入一個(gè)較快的進(jìn)展時(shí)期，現(xiàn)正在爭(zhēng)論開(kāi)發(fā)lms內(nèi)完成一次噴射，并在有限時(shí)間內(nèi)正確掌握噴射量的方法。噴射壓力已提高到160—180MPa，試驗(yàn)室內(nèi)已到200MPa。如共軌式噴射系統(tǒng)及分段預(yù)噴射系統(tǒng)等，可依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷與轉(zhuǎn)速自動(dòng)掌握合理的噴射規(guī)律和噴油壓力。2、增壓及可變氣門(mén)配氣定時(shí)當(dāng)今柴油機(jī)增壓和增壓中冷已成為標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的輕量化與小型化，為了降低車(chē)輛油耗，提高車(chē)輛裝載效率，必需連續(xù)提高增壓比及增壓器效率。在進(jìn)一步提高大負(fù)荷區(qū)的過(guò)量空氣系數(shù)a時(shí)可以削減顆粒排放，同時(shí)通過(guò)稀燃化，削減熱損失，提高循環(huán)效率，進(jìn)而同時(shí)降低油耗，隨著高增壓和高a化，組裝有多個(gè)增壓器的復(fù)合系統(tǒng)已成為可能。另外，增壓器固定的渦輪幾何外形也將由可用于多用途的電控可變幾何外形所取代。目前，在小缸徑柴油機(jī)上4氣門(mén)和噴油嘴垂直中置技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，為了削減換氣損失，使混合氣的形成進(jìn)一步優(yōu)化，現(xiàn)正在爭(zhēng)論承受可變氣門(mén)配氣定時(shí)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的氣門(mén)升程和定時(shí)得到最正確優(yōu)化。3、全電子優(yōu)化掌握如前所述，目前對(duì)燃油噴射時(shí)間、噴射量、慣性增壓、增壓器、進(jìn)氣渦流及廢氣再循環(huán)(EGR)等都能實(shí)現(xiàn)電子優(yōu)化的可變掌握，從而對(duì)降低排放、削減油耗、提高輸出功率和啟動(dòng)性能等有很大作用；但是，這些掌握中的多半內(nèi)容，如EGR、自動(dòng)診斷等，還有很多技術(shù)不夠完善，有待進(jìn)一步爭(zhēng)論和開(kāi)發(fā)，今后還將連續(xù)開(kāi)發(fā)其它方面的電子可變掌握機(jī)構(gòu)，尤其是與整車(chē)相協(xié)調(diào)統(tǒng)一的綜合化的全電子掌握系統(tǒng)。4、電控排氣后處理技術(shù)柴油機(jī)能否像汽油機(jī)那樣使用催化劑大幅度削減排放，尤其是NOx，這是柴油機(jī)研制者始終追求的目標(biāo)。日美歐現(xiàn)都在對(duì)此進(jìn)展?fàn)幷摚毡居嘘P(guān)大學(xué)、爭(zhēng)論所和廠家正在對(duì)沸石鎂及氧化鋁的催化劑上用還原劑進(jìn)展NOx復(fù)原試驗(yàn)，美國(guó)福特等公司也正在對(duì)催化復(fù)原系統(tǒng)(SCRDeNOxNOx復(fù)原系統(tǒng)進(jìn)展?fàn)幷?。SCR技術(shù)是利用氮氧化物有選擇地與存在于廢氣中的或噴入的反響劑反響，利用一個(gè)催化器降低NOx應(yīng)劑可以是在柴油機(jī)廢氣中的HC化合物或是由附加油箱直接噴入廢氣流中的物質(zhì)，如氨等。與SCR技術(shù)相比，DeNOx催化技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，無(wú)有害生成物，目前認(rèn)為最具進(jìn)展?jié)摿Α?/p>