農(nóng)用電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)培訓(xùn)研究

周翔 閆威

電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是指采用電控柴油噴射技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）控制柴油機(jī)燃油噴射時(shí)刻、噴射脈寬和噴射規(guī)律。與傳統(tǒng)的機(jī)械噴射系統(tǒng)相比，電控噴射技術(shù)可以有效地提高柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，大幅度降低尾氣污染。隨著《非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法（中國(guó)第三、四階段）》的分步實(shí)施，自2016 年12 月1 日起，我國(guó)所有制造、進(jìn)口和銷售的農(nóng)用機(jī)械全面配裝國(guó)三柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)三柴油機(jī)最大的特點(diǎn)就是提高了污染物的排放限值要求。為滿足這一排放要求，需對(duì)農(nóng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行一系列技術(shù)改進(jìn)，其中最為重要的就是使用電控柴油噴射技術(shù)。

1 技術(shù)類型

目前，市場(chǎng)上的農(nóng)用國(guó)三柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，除極少部分采用“機(jī)械柴油發(fā)動(dòng)機(jī)+廢氣再循環(huán)（EGR）”架構(gòu)外，大部分采用電控柴油噴射技術(shù)。電控柴油噴射技術(shù)分為三類：

1.1 電控高壓共軌技術(shù)

技術(shù)原理：利用高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成閉環(huán)系統(tǒng)，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此分開，由高壓油泵通過共軌管直接或間接地形成恒定高壓燃油，分別送到每一個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁閥的開啟與閉合，定時(shí)、定量地控制噴油器噴至柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的油量，從而保證柴油發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳的燃燒比和良好的霧化效果，以及最佳的點(diǎn)火時(shí)間、足夠的點(diǎn)火能量和最少的污染排放［1］。

1.2 電控單體泵技術(shù)

單體泵是用于產(chǎn)生噴油器噴射壓力的裝置，采用單體泵式電控柴油噴射技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，噴油器仍然采用機(jī)械式噴油器，有幾個(gè)缸（幾個(gè)噴油器）就使用幾個(gè)單體泵，多個(gè)單體泵組裝在一個(gè)殼體總成內(nèi)，由凸輪軸驅(qū)動(dòng)單體泵上的滾輪，推動(dòng)套筒內(nèi)的柱塞向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生噴射所需要的高壓燃油［2］。每個(gè)單體泵上都安裝有一個(gè)電磁閥，ECU 控制電磁閥的關(guān)閉和打開時(shí)間的長(zhǎng)短，控制噴油量和噴油正時(shí)。

1.3 電控分配泵技術(shù)

電控分配泵是在VE 型分配泵的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，通過傳感器、ECU 和執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)電控。其組成與電控直列式燃油噴油系統(tǒng)相似，不同之處在于噴油泵為分配式。按照噴油量、噴油時(shí)間的控制方法不同，電控分配泵又分為位置控制式和時(shí)間控制式兩類。位置控制式電控分配泵系統(tǒng)是將VE 分配泵中的機(jī)械調(diào)速器換成電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保留溢油環(huán)，采用旋轉(zhuǎn)式電磁鐵控制溢油環(huán)的位置從而控制噴油量；而時(shí)間控制式電控分配泵系統(tǒng)，則取消了原VE 型分配泵上的溢油環(huán)，在進(jìn)油通路上設(shè)置一個(gè)電磁溢流閥，從而控制噴油時(shí)間。

以上三類電控柴油噴射技術(shù)的使用，配合增壓中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)和配氣系統(tǒng)等機(jī)體優(yōu)化，可以使農(nóng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)三階段排放標(biāo)準(zhǔn)。待國(guó)四排放標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施時(shí)，電控單體泵技術(shù)和電控分配泵技術(shù)也將正式退出農(nóng)用柴油機(jī)的歷史舞臺(tái)，“電控高壓共軌+選擇性催化還原（SCR）”或“電控高壓共軌+廢氣再循環(huán)（EGR）+氧化催化轉(zhuǎn)化(DOC)+柴油機(jī)顆粒捕集(DPF)”所代表的“電控高壓共軌+機(jī)外排氣處理”技術(shù)將成為國(guó)四階段農(nóng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)。

2 技術(shù)特點(diǎn)

2.1 帶有電控系統(tǒng)

帶有電控系統(tǒng)是電控柴油機(jī)區(qū)別于傳統(tǒng)柴油機(jī)的最大特點(diǎn)。電控系統(tǒng)一般由電控單元（ECU）、傳感器和執(zhí)行器三大部分組成。其中，ECU 為控制核心，傳感器為控制基礎(chǔ)，執(zhí)行器為控制對(duì)象。電控系統(tǒng)既能夠?qū)Σ裼蜋C(jī)噴油量和噴油時(shí)間進(jìn)行有效控制，又能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)怠速、進(jìn)氣、燃油噴油、空調(diào)、渦輪增壓、EGR 閥、故障診斷等進(jìn)行控制，可減少機(jī)械誤差，保證發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

2.2 自我診斷

ECU 是柴油機(jī)電控系統(tǒng)的控制模塊，其作用是接收各種傳感器和開關(guān)信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算、分析、比較、判斷，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序向執(zhí)行器發(fā)出指令［3］，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制。當(dāng)傳感器及其連接電路出現(xiàn)故障時(shí)，ECU 會(huì)進(jìn)行識(shí)別，確認(rèn)后以故障碼的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，點(diǎn)亮故障指示燈，提醒駕駛?cè)诉M(jìn)行檢修；必要時(shí)可以啟動(dòng)安全保護(hù)功能。維修時(shí)，可以通過儀器讀取故障碼、數(shù)據(jù)流以及波形，實(shí)現(xiàn)快速維修。

2.3 低溫啟動(dòng)

為改善柴油機(jī)的冷啟動(dòng)性能，柴油車上一般加裝有啟動(dòng)預(yù)熱系統(tǒng)。傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)預(yù)熱系統(tǒng)需要人工操作，而電控柴油機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)由電控單元通過一個(gè)連接到蓄電池電源上的繼電器控制。發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫啟動(dòng)時(shí)，由最佳的程序代替駕駛員操作，使柴油機(jī)低溫快速啟動(dòng)。

2.4 排放性能好

電控柴油機(jī)可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷精確控制噴油量，使其不超過冒煙界限的范圍，從而提高排放性能。同時(shí)，還可以采用選擇性催化還原技術(shù)，有效地減少和抑制顆粒物及氮氧化合作，或采用微粒捕集器技術(shù)有效減少顆粒物和降低排放量。

3 培訓(xùn)要求

3.1 培訓(xùn)內(nèi)容更廣

電控柴油機(jī)相比傳統(tǒng)機(jī)械柴油機(jī)，從結(jié)構(gòu)、功能、原理到故障檢測(cè)與維修都發(fā)生了很大變化，傳統(tǒng)的培訓(xùn)內(nèi)容已經(jīng)不能完全適應(yīng)新的培訓(xùn)要求。中壓增冷、廢氣再循環(huán)、電子控制等新技術(shù)的引入，以及傳感器、電子控制器和電磁閥等電子元件的使用，使培訓(xùn)內(nèi)容的寬度和廣度都得到了擴(kuò)展，教學(xué)內(nèi)容亟待更新。

3.2 技術(shù)要求更高

與傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電控柴油機(jī)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，其核心的電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制理論等都是傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)培訓(xùn)的“弱勢(shì)點(diǎn)”，提高培訓(xùn)的深度和學(xué)員的接受度，是培訓(xùn)組織者和教學(xué)人員面臨的新要求。

3.3 設(shè)備要求高

傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)培訓(xùn)，除了拆裝工具外，通常只需要量缸表、百分表、千分尺等量具。而電控柴油機(jī)培訓(xùn)，還需要增加用于讀取ECU 數(shù)據(jù)的故障診斷儀、電腦，以及用于檢查線束、電子元件的萬用表、示波器等設(shè)備設(shè)施。

3.4 安全生產(chǎn)要求高

電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，高壓油路內(nèi)的燃油壓力可以達(dá)到150 MPa，如果發(fā)生泄漏或飛濺，可以輕易擊穿人體，造成安全事故。電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作時(shí)，嚴(yán)禁拆卸高壓油路系統(tǒng)，即便是停機(jī)后，也必須按照說明書要求等高壓系統(tǒng)完全泄壓后再進(jìn)行有關(guān)作業(yè)。因此，在開展電控柴油機(jī)培訓(xùn)時(shí)，必須做好安全宣傳和技術(shù)規(guī)范宣貫工作。

4 做好技術(shù)培訓(xùn)的對(duì)策與建議

4.1 合理設(shè)置培訓(xùn)課程

對(duì)普通的農(nóng)機(jī)駕駛?cè)藛T，應(yīng)重點(diǎn)培訓(xùn)電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的安全使用要領(lǐng)，解答機(jī)具操作疑惑，以提高其作業(yè)效率；對(duì)機(jī)具管理人員，應(yīng)重點(diǎn)培訓(xùn)電控柴油機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)，以提高機(jī)具使用壽命；對(duì)機(jī)具維修人員，應(yīng)重點(diǎn)培訓(xùn)現(xiàn)代化檢測(cè)設(shè)備的使用方法，提升其排除電控系統(tǒng)故障的能力。

4.2 不斷改進(jìn)教學(xué)手段

通過制作flash 動(dòng)畫和三維動(dòng)圖等手段，將語言文字和現(xiàn)實(shí)中很難展現(xiàn)的燃油系統(tǒng)和電控系統(tǒng)工作原理及工作過程等形象生動(dòng)地顯示出來；通過對(duì)增加中冷、廢氣再循環(huán)等總成件的拆解和對(duì)傳感器、電磁閥等零部件的剖解，增強(qiáng)受訓(xùn)人員的直觀感受，加深其對(duì)知識(shí)的理解；通過制作教學(xué)模型和教學(xué)視頻，提高受訓(xùn)人員的視聽感受，提升培訓(xùn)質(zhì)量。

4.3 科學(xué)編制培訓(xùn)教案

電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)培訓(xùn)涉及先進(jìn)的電子、電氣和控制技術(shù)，部分內(nèi)容較為深?yuàn)W，不容易理解和掌握。因此，教學(xué)人員應(yīng)該首先弄通吃透教學(xué)內(nèi)容，再根據(jù)不同培訓(xùn)對(duì)象的特點(diǎn)，科學(xué)合理地編制教學(xué)文案，采用通俗易懂的教學(xué)語言，讓參訓(xùn)人員能夠更加簡(jiǎn)單、明了地接受培訓(xùn)內(nèi)容。

4.4 全面提升師資水平

加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)是提高農(nóng)機(jī)培訓(xùn)質(zhì)量的必然要求。農(nóng)機(jī)培訓(xùn)教學(xué)人員應(yīng)積極鉆研業(yè)務(wù)，主動(dòng)學(xué)習(xí)掌握電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)理論修養(yǎng)和操作技能，不斷提高服務(wù)“三農(nóng)”的能力和水平。