柴油机电控技术的现状及发展前景.pdf

第8卷第2期常州技术师范学院学报Vo1.8,No.2
2002年6月JOURNALOFCHANGZHOUTEACHERSCOLLEGEOFTECHNOLOGYJun.,2002

柴油机电控技术的现状及发展前景

刘保河
(常州技术师范学院机械工程系,江苏常州213001)

摘要:在阐述柴油机电控技术产生和发展的基础上,分析了柴油机燃油电控技术的现状,论述了柴油机共轨
式电控燃油喷射系统的先进性和科学性,并指出我国今后在发展柴油机电控技术过程中的努力方向。
关键词:柴油机;电控技术;燃油喷射系统
中图分类号:TK421+.42文献标识码:A

自1897年第一台柴油机问世以来,在百余年的发展过程中,柴油机技术历经了三个重要的发展阶
段:第一阶段是20世纪20年代末用机械式喷油系统取代了原来的蓄压式供油系统;第二阶段是在20世
纪50年代广泛采用增压技术,使功率提高30%~100%甚至更多,在高原缺氧地区也能大大提高动力性
和加速性等性能指标,而且在改进了中间冷却技术后对赤道附近的热带地区也将更加适应;到了20世
纪的80年代,柴油机发展到第三阶段,即微机电子控制技术蓬勃兴起,而且已成为柴油机电控技术发展
的重要方向。在第三个阶段发展过程中,柴油机还远不如汽油机的电控技术那样普及,但其发展趋势也
已被许多人所认识。

1柴油机电控技术的产生

众所周知,柴油机的特点是功率高、扭矩大,在工作中能挑重担、吃苦耐劳,这是汽油机无法相比
的。但是,柴油机对雾化质量有着特殊的要求,它是利用高压喷油实现燃烧充分,使排放烟度符合排放标
准。
在柴油机上,燃油喷射系统是保障高压喷油的核心部件,而传统的机械式燃油喷射系统存在着严重
的缺陷和不足。作为喷射系统心脏的柱塞式喷油泵在工作中采用柱塞脉动式供油方式,导致进一步提高
柴油喷射压力受到限制;同时由于喷油泵结构复杂,在机械式调速器和供油提前装置的自动调节过程中
不可避免地出现磨损和惯性冲击等,使油量调节受到影响、提前供油受到限制,造成动力性和经济性下
降以及排放烟度、噪声和耐久性受到影响。
微电子技术、机电一体化技术及其它相关技术共同发展的过程带动了柴油机燃油喷射系统的变革:
从机械供油装置的改进逐步发展到电控燃油喷射系统,继而发展到柴油机电子控制技术[1]。纵观目前的
柴油机电子控制技术,主要表现在三个方面,即电控燃油喷射系统、数控电子调速器和电控变截面涡轮
增压器。虽然种类繁多,但其组成均由四部分组成,即被控对象柴油机有关零部件、各种传感器、电控单

收稿日期:2001_11_21;修回日期:2002_04_16
作者简介:刘保河(1946-),男,江苏铜山人,常州技术师范学院机械工程系副教授
30常州技术师范学院学报第8卷

元(ECU,即ElectronicControlUnit)和执行器,它们共同构成了闭环反馈控制系统[2]。在柴油机工作中的反
馈控制即是电子控制技术的具体体现,其核心是电控燃油喷射系统,如图1所示。

图1柴油机电子控制示意图
Fig.1Schematicofdieselelectroniccontrol

2柴油机电控燃油喷射系统技术分析

柴油机电控燃油喷射系统具有远优于机械式燃油喷射系统的性能,在其结构型式、工作原理和控制
方式上,基本上可划分为三种产品。
2.1机械式改进型电控燃油系统
主要应用于20世纪70年代,其特点是不改变原来的机械式供油装置和喷射系统(即泵主体与原来
一般喷油泵相同,或继续使用原泵体);只是在供油和供油量调节的机构中,以电控单元(ECU)为核心的
位置伺服控制系统取代原来的柱塞泵或分配泵中机械式离心调速器和提前供油两项装置的功能,实现
了供油量和喷油定时的自动调节,因而该种燃油系统也被称为位置控制式电控燃油喷射系统。
22开发型电控燃油系统
虽然在供油方式上仍维持着传统的脉动式柱塞泵油,但是其供油调节则由电控单元(ECU)控制的强
力快速响应电磁阀开闭时刻所决定,因而大大简化了机械结构,提高了喷射压力和燃油量以及定时供油
的调节精度,使柴油机获得较好的性能。该种电控燃油喷射系统又可分为电控喷油泵喷嘴系统和泵
管嘴阀系统等类型,在工作中比纯机械式和机械式改进型电控燃油系统具有许多优越性,但仍然
存在着许多不足,如喷油压力随发动机转速而变化,喷射的残余压力不稳定,影响后续喷油;特别是电磁
阀的响应快慢直接影响到喷油特性,在转速较高或者瞬时转速变化很大的情况下其影响尤为严重。因
此,对电磁阀的要求特别严格,诸如在溢流通道的开闭面积、内部高压的保持、快速响应、电压波动时修
正等方面。目前虽然已采用小电磁阀配合液压自动阀两级机构共同作用,仍未能满足使用要求,在电磁
阀的改进方面有待于继续研究。
2.3科学型电控燃油系统
主要有电控