柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用研究

陳紅梅 何俊美

摘要：隨著電子工業(yè)的發(fā)展，柴油機(jī)電控技術(shù)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用，大大促進(jìn)了柴油機(jī)性能的提高。本文在具體的研究過(guò)程中從多方面入手，系統(tǒng)地闡述了柴油機(jī)電控技術(shù)的產(chǎn)生背景、發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)柴油機(jī)電控技術(shù)未來(lái)努力和發(fā)展方向進(jìn)行了展望和分析。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);電控技術(shù);應(yīng)用發(fā)展;策略研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.172? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）15-0211-02

1? 研究背景

柴油機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，就以其高效、節(jié)能、功率范圍廣等優(yōu)點(diǎn)在動(dòng)力設(shè)備中占有非常重要的地位，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍用和民用等領(lǐng)域。但隨著全球性能源短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)峻等問(wèn)題的困擾，傳統(tǒng)式柴油機(jī)設(shè)備已不能滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活的需要，人們對(duì)柴油機(jī)的節(jié)能、減排、經(jīng)濟(jì)、高效等方面的性能提出了更高的要求，柴油機(jī)的發(fā)展將面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在解決環(huán)境污染問(wèn)題和能源短缺的世界難題背景下，柴油機(jī)電控技術(shù)廣受關(guān)注、迅猛發(fā)展并積極推廣應(yīng)用。柴油機(jī)電控技術(shù)作為柴油機(jī)的核心技術(shù)，是解決能源、環(huán)境、動(dòng)力等當(dāng)前急需解決問(wèn)題的重要手段，是突破現(xiàn)有技術(shù)的有效方法，是衡量柴油機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。目前我國(guó)柴油機(jī)電控技術(shù)較為先進(jìn)，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍然有一些差距，這就需要我國(guó)不斷吸收國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，做好數(shù)據(jù)的積累工作，優(yōu)化原有的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，以此來(lái)不斷縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。因此，開(kāi)展柴油機(jī)電控技術(shù)的分析探討、發(fā)展研究和應(yīng)用推廣勢(shì)在必行。

2? 柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展歷程

從20世紀(jì)70年代起，隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)電控技術(shù)的研究也開(kāi)始起步。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始推向市場(chǎng)后，以電控單元為核心的現(xiàn)代柴油機(jī)電控系統(tǒng)的控制項(xiàng)目不斷增多、控制任務(wù)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，即從僅具備循環(huán)供（噴）油量控制、供（噴）油正時(shí)控制等基本控制擴(kuò)展到供（噴）油速率控制、噴油壓力控制、怠速控制、進(jìn)氣控制、增壓控制、排放控制、起動(dòng)控制、故障自診斷、失效保險(xiǎn)、發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的綜合控制等全方位的控制。目前，柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展得越來(lái)越完善，控制技術(shù)也更先進(jìn)，安全性和效率也更高。其發(fā)展歷程主要經(jīng)歷了位置控制式燃油噴射系統(tǒng)、時(shí)間控制式燃油噴射系統(tǒng)和電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)三個(gè)階段。

2.1 位置控制式? 位置控制系統(tǒng)依然保留了傳統(tǒng)的噴油泵-高壓油管-噴油嘴系統(tǒng)，還保留了原噴油泵中的油量控制的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不同的是在電控柴油機(jī)中對(duì)齒條或滑套的運(yùn)動(dòng)位置以及循環(huán)噴油量和噴油正時(shí)等方面實(shí)現(xiàn)由原機(jī)械控制機(jī)構(gòu)到電控元件的轉(zhuǎn)換，改進(jìn)更新機(jī)構(gòu)功能，使用直線比例式或旋轉(zhuǎn)式電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制油量調(diào)節(jié)齒桿和提前器運(yùn)動(dòng)裝置位移，實(shí)現(xiàn)循環(huán)噴油量和噴油正時(shí)的控制，使控制精度和響應(yīng)速度大幅提高。

該類(lèi)型電控柴油噴射系統(tǒng)與機(jī)械控制柴油噴射系統(tǒng)相比，無(wú)需改動(dòng)機(jī)構(gòu)，生產(chǎn)繼承性好，便于對(duì)現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行升級(jí)換代。但缺點(diǎn)是：響應(yīng)慢、控制頻率低、控制自由度小、控制精度不夠高、噴油壓力和噴油規(guī)律均不能獨(dú)立控制。

2.2 時(shí)間控制式? 時(shí)間控制式燃油噴射系統(tǒng)較位置控制式燃油噴射系統(tǒng)有了一定的改進(jìn)，但仍保留了位置控制式燃油噴射系統(tǒng)的脈沖高壓供油原理。其特點(diǎn)是：新型高速?gòu)?qiáng)力電磁閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油量調(diào)節(jié)齒條或油量調(diào)節(jié)滑套等，直接對(duì)高壓燃油進(jìn)行數(shù)字式的高頻調(diào)節(jié)，并通過(guò)電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)供油量和供油正時(shí)的控制。這種控制系統(tǒng)相比純機(jī)械式或第一代系統(tǒng)雖有許多優(yōu)越的地方，比如控制精度得到了很大的提高，但供油壓力還是無(wú)法獨(dú)立控制。

2.3 電控高壓共軌式? 電控共軌燃油噴射系統(tǒng)，摒棄了原控制式燃油噴射系統(tǒng)的脈沖高壓供油原理，采用“時(shí)間-壓力控制”式燃油計(jì)量原理，借助于油箱、油泵、油軌、噴油器等電子元件，通過(guò)共軌蓄壓，利用高速電磁閥控制整個(gè)燃油噴射系統(tǒng)的噴油過(guò)程。該系統(tǒng)是當(dāng)今燃油系統(tǒng)中控制精度最高的一種燃油控制系統(tǒng)，它的問(wèn)世使柴油機(jī)的電控燃油噴射技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。

3? 柴油機(jī)電控技術(shù)的應(yīng)用

柴油機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化特征，它不僅有效減輕了柴油機(jī)動(dòng)力設(shè)備對(duì)我們生存環(huán)境的污染，也提高了石化能源的利用效率和人們生產(chǎn)生活的經(jīng)濟(jì)效率，更進(jìn)一步提高了設(shè)備的可靠性和安全性。柴油機(jī)電控技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，成功解決了交通運(yùn)輸行業(yè)和機(jī)械施工領(lǐng)域的節(jié)能、減排、降耗問(wèn)題和降成本增收益等重點(diǎn)突出問(wèn)題。因此電控柴油機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，需求數(shù)量節(jié)節(jié)攀升。近年來(lái)，隨著人工智能、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展，使電控柴油機(jī)所需的配套電子元件的可靠性、成本和尺寸等各方面都能很好的滿足電控柴油機(jī)發(fā)展的要求，使得電控柴油機(jī)持續(xù)保持良好的發(fā)展。

3.1 電控柴油噴射技術(shù)? ①電控分配泵技術(shù)。電控分配泵技術(shù)從根本上來(lái)講是一種調(diào)整油量的技術(shù)，其能代替機(jī)械調(diào)速器來(lái)對(duì)油流量進(jìn)行有效的控制。該項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是對(duì)傳統(tǒng)的系統(tǒng)進(jìn)行了保留，只是在對(duì)齒條的位置進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展時(shí)間較為悠久，在1990年的時(shí)候就已經(jīng)出現(xiàn)，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了4次產(chǎn)品的優(yōu)化和變革。最新的產(chǎn)品能夠?qū)⒏邏河捅眉夹g(shù)和電控技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，新技術(shù)的使用能夠更好的滿足日益嚴(yán)苛的排放標(biāo)準(zhǔn)。目前最新的產(chǎn)品融入了過(guò)濾器系統(tǒng)，這就能夠更好的對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行凈化，但即使不安裝過(guò)濾器的系統(tǒng)所排放出的物質(zhì)也能滿足國(guó)際的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。②電控泵噴嘴技術(shù)。電控泵噴嘴技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為概念設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)而研發(fā)的，該項(xiàng)技術(shù)具有極為精密的噴射技術(shù)，系統(tǒng)中的噴油器被直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭的氣門(mén)之間，在運(yùn)作的過(guò)程中主要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電磁噴油器在運(yùn)作的過(guò)程中，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行工作的切換，并且能夠?qū)娪推鞯奶卣鬟M(jìn)行矯正。目前泵噴嘴系統(tǒng)的嘴端壓力最大可以達(dá)到205MPa，不僅能夠有效降低燃燒的噪聲，同時(shí)還能大大減少?lài)娪土?，泵噴嘴系統(tǒng)的特征是所產(chǎn)生的噴油是一個(gè)三角形，這非常符合柴油機(jī)的整體運(yùn)行要求。雖然電控泵噴嘴技術(shù)有許多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是其在應(yīng)用的過(guò)程中會(huì)受到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，如果轉(zhuǎn)速出現(xiàn)過(guò)高或過(guò)低的情況可能會(huì)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生一定影響。③電控單體泵技術(shù)。在對(duì)電控單體泵技術(shù)進(jìn)行研究的過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，其最基本的一些功能和泵噴嘴技術(shù)十分相似。該項(xiàng)技術(shù)不僅能夠?qū)ξ廴九欧胚M(jìn)行嚴(yán)格的控制，還具備極強(qiáng)的適應(yīng)性。同時(shí)該系統(tǒng)還具備整車(chē)輔助控制功能，因此可以被很好的應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域，其能對(duì)機(jī)車(chē)的匹配進(jìn)行有效優(yōu)化，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)的網(wǎng)絡(luò)控制。④電控高壓共軌噴射技術(shù)。噴油壓力會(huì)在一定程度上受到柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，想要對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行解決，則可以充分利用蓄壓系統(tǒng)。共軌噴射技術(shù)（如圖1）其實(shí)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的技術(shù)，其中所包含的模塊眾多，較為主要的有壓力傳感器，高壓油泵以及控制裝置。該項(xiàng)技術(shù)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，在具體的運(yùn)行過(guò)程中能夠使得噴射壓力和噴射過(guò)程完全分開(kāi)。高壓油泵會(huì)直接將燃油輸送到油管中并且對(duì)油管內(nèi)的油壓進(jìn)行十分精準(zhǔn)的把控。這樣就能夠使得油管壓力的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速完全沒(méi)有關(guān)系，能夠有效避免柴油機(jī)供油壓力受到外界環(huán)境因素的影響。

3.2 電控排氣后處理技術(shù)? 柴油機(jī)的電控燃油噴射技術(shù)能夠?qū)ε欧胚M(jìn)行有效的控制，除此之外，柴油機(jī)還會(huì)單獨(dú)設(shè)置一些排氣處理技術(shù)，例如EGR技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是對(duì)廢氣進(jìn)行再循環(huán)利用，該系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中能夠?qū)⒉裼蜋C(jī)所產(chǎn)生的廢氣重新送回到氣缸中。當(dāng)把氣體重新送回到氣缸中以后，廢氣會(huì)再次和新鮮的空氣進(jìn)行混合，由于廢氣的加入會(huì)在一定程度上降低空氣中所含有的氧氣含量，這就使得柴油機(jī)的整體燃燒速度會(huì)減慢，在燃燒速度減慢的情況之下，就能有效減少氮氧化合物的形成，進(jìn)而對(duì)污染排放氣體進(jìn)行有效的控制。從當(dāng)前的實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，大部分的燃油器一般都會(huì)設(shè)置三個(gè)不同的模塊，這三個(gè)模塊分別是氧化模塊、顆粒物處理模塊以及NOX的處理單元，三個(gè)模塊的具體順序會(huì)根據(jù)公司的實(shí)際發(fā)展情況來(lái)進(jìn)行調(diào)換和安排。

3.3 柴油機(jī)電控管理技術(shù)? 柴油機(jī)的自動(dòng)化技術(shù)主要由兩個(gè)部分共同組成，分別是電控管理技術(shù)和燃油噴射電子控制技術(shù)。電控管理技術(shù)的主要作用是對(duì)柴油機(jī)的內(nèi)部運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督和管理，通過(guò)一套自動(dòng)化的監(jiān)控能夠有效監(jiān)測(cè)柴油機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，能夠?qū)Σ裼蜋C(jī)內(nèi)部的各項(xiàng)功能以及參數(shù)進(jìn)行精確的測(cè)控，這樣能夠始終保證柴油機(jī)處在最佳的運(yùn)行狀態(tài)下。

4? 柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展策略

4.1 加大投入研究關(guān)鍵技術(shù)? 想要推動(dòng)柴油機(jī)得到更好的發(fā)展，則必須要加大投入力度，對(duì)于一些關(guān)鍵的技術(shù)和部件進(jìn)行技術(shù)攻破。我國(guó)在發(fā)展過(guò)程中一直擁有巨大的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家需要正確看待國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，在發(fā)展過(guò)程中必須要擁有屬于自己的技術(shù)和產(chǎn)品。目前我國(guó)所應(yīng)用的一些關(guān)鍵技術(shù)還會(huì)直接從國(guó)外進(jìn)口，這對(duì)于我國(guó)的未來(lái)發(fā)展前景有著不利影響，因此需要對(duì)關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行大力研究。對(duì)于一些我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)水平無(wú)法攻克的關(guān)鍵技術(shù)，則需要積極進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)，不斷吸收國(guó)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，通過(guò)這樣的方式來(lái)對(duì)我國(guó)現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，這樣也能在一定程度上減少在技術(shù)方面的投入成本。

4.2 制定完善的科學(xué)研究管理體制? 在推動(dòng)柴油機(jī)快速發(fā)展的過(guò)程中，必須要制定完善的研究管理體制，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際發(fā)展情況制定相應(yīng)的責(zé)任和激勵(lì)制度，充分調(diào)動(dòng)科研人員的工作積極性，將具體的工作責(zé)任進(jìn)行準(zhǔn)確落實(shí)，這樣才能有效激發(fā)出科研人員的工作潛力，以此來(lái)不斷提高科研的質(zhì)量和效率。

4.3 采用現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法? 在新時(shí)代的背景下，產(chǎn)生了許多先進(jìn)的技術(shù)手段，在推進(jìn)柴油機(jī)得到快速發(fā)展的過(guò)程中，則需要將先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段應(yīng)用在設(shè)計(jì)過(guò)程中。通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段不僅能夠提高設(shè)計(jì)效率，同時(shí)還能大大縮短設(shè)計(jì)周期。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，柴油機(jī)的電控技術(shù)已進(jìn)入相對(duì)成熟階段。是否采用最新成熟的電控技術(shù)，已成為衡量柴油機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。但隨著柴油機(jī)的廣泛應(yīng)用、人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的深入以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)更加完善的電子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的智能化是柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉勇.國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)電控噴油技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51（20）：191-192.

[2]彭陳.船舶智能柴油機(jī)電控技術(shù)分析與優(yōu)化[J].廣州航海學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，28（02）：28-30.

[3]陳斌.電控技術(shù)在船舶柴油機(jī)上的應(yīng)用和發(fā)展[J].科技風(fēng)，2020（06）：44.