国内柴油机电控技术的现状及发展方向_池建军

1、作者简介:池建军,男,1976年生,中北大学在读硕士研究生,研究方向:柴油机电控技术开发与标定研究。引言自柴油机问世以来,经历了一个多世纪的发展,其技术发展出现了三次飞跃。20世纪20年代中期以德国Bosch 公司为代表的机械式喷油系统代替了蓄压式供油系统,使柴油机在车辆上的应用成为可能。50年代初出现的废气涡轮增压技术,使柴油机的升功率有了大幅度的提高,奠定了它作为中、重型车辆上几乎不可替代的动力装置的基础。80年代以来,以微机为电控单元的电控技术在柴油机上的应用并逐步形成现代汽车柴油机电控系统,使柴油机在动力性、经济性、排放及噪声指标等各个方面具有了更强的竞争能力,柴油机技术的发展因而进入

2、了一个新的历史阶段。到目前为止,各国已研制并生产各种柴油机电子控制系统,其中汽车工业发达国家的柴油机电控已发展到相当成熟的阶段。但我国汽车工业与国际水平还存在相当大的差距,对电控柴油机技术的应用还是不很成熟。1柴油机电控发展背景及发展现状1.1柴油机电控技术发展的背景随着发动机的应用日益增多,世界石油资源日渐枯竭,要求不断地提高发动机的燃油经济性。与此同时,在20世纪80年代中期采用电控技术、增压技术和三元催化器使汽油机的燃油经济性和升功率有了进一步提高,HC 、CO 、和NO x 的排放量均可满足日趋严格的排放法规要求。但由于柴油机不同于汽油机,其颗粒(包括炭黑排放量远远高于汽油机,从而使降

3、低颗粒排放成为柴油机研究面临的重大课题。在文献中对此作了详细的阐述。因此柴油机电控技术是以降低NO x 和颗粒排放、提高升功率、降低噪声和降低油耗为主攻目标的。1.2柴油机电控技术发展现状自20世纪80年代开始进入以电控单元为核心的柴油机电控系统随着控制项目的不断增多,控制任务从简单到复杂逐步发展起来。即从仅具有循环供(喷油量控制、供(喷油正时控制等最基本的控制项目的燃油喷射到包括供(喷油速率控制和喷油压力控制在内的多项目标的燃油喷射控制;从单一的燃油喷射控制扩展到包括怠速控制、进气控制、增压控制、排放控制、启动控制、故障自诊断、失效保险、发动机与变速器的综合控制等在内的全方位控制。但目前国内

4、外对柴油机电控的研究仍然集中在燃油喷射方面。德国Benz 公司于1994年与德国Bosch 公司联合开发了柴油机共轨电控燃油喷射系统,美国Caterpillar 公司、日本Nippon 公司、德国Denso 公司都进行了共轨电控燃油喷射系统研究,并相继投入到生产中。我国对柴油机电控技术的研究开展相对较晚,目前主要集中在对柴油机电控喷射系统的研究与开发。清华大学、吉林工业大学、北京理工大学、天津大学、上海交通大学、华中理工大学、长春汽车研究所、无锡油泵油嘴研究所、70研究所分别在循环供(喷油量和供(喷正时的“位置控制”、“时间控制”和“共轨式系统"等各个方面进行了开发和试验研究工作,并

5、取得了一些成果。具体表现为:长春汽车研究所和吉林工业大学、北京天纬油泵油嘴股份有限公司合作,采用电控可变预行程泵实现对CA6110系列柴油机的喷油控制和怠速、巡航的调速控制;北京理工大学在直列泵上用电磁阀通过液压伺服机构驱动齿条,以实现喷油量的控制;一汽集团公司无锡油泵油嘴研究所在电控分配泵系统方面进行了研究开发,在VE 分配泵上用线性电磁铁控制滑套,用电磁阀控制提前器活塞;清华大学研制的PPVI (Pump-Pipe-Valve-Injector型电控直列泵一管一阀一嘴喷油系统取消了传统喷油泵中复杂的控制执行机构,在油路上设置了高速电磁阀,由电磁阀控制喷油正时和油量;1999年一汽集团公司无

6、锡油泵油嘴研究所购买了美国BKM 公司的Servojet 系统的专利技术,开国内柴油机电控技术的现状及发展方向池建军1侯妮娜2(1.中北大学山西太原030051;2.沈阳理工大学装备工程院辽宁沈阳110168【摘要】从柴油机的发展阐述了柴油机电控技术发展的背景和现状,介绍了柴油机电控系统的基本组成及分类。针对柴油机电控系统的组成和控制原理,详细分析了我国柴油机电控技术需待解决的几个问题,给出了今后柴油机电控技术的发展方向。【关键词】柴油机电控技术电控喷油系统【中图分类号】TK42【文献标识码】B【文章编号】1003-773X (200701-0015-03第1期(总第94期机械管理开发2007

7、年2月No.1(SUM No.94MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT Feb.200715发了电控增压共轨式喷油系统,并在CA6110型增压中冷柴油机成功地进行了试验;贵州柴油机厂在6135型车用柴油机、潍坊柴油机厂在Steyr WD615.67型柴油机进行了电控共轨式喷油系统的试验。但对进气控制、增压控制、排放控制等研究还处于不完善阶段,因而这些有待于进一步研究。在文献中特别提到进、排气系统在国内尚未见关于此方面的论文发表。研究柴油机进、排气电控系统和增压控制系统是今后的一个重要方向。2柴油机电控系统组成柴油机电控系统组成如图1:(1信号的采集和输入部

8、分。通常有若干个具有相同功能或不同功能的传感器和信号调理电路组成。(2电控单元。它负责对各种传感器信号进行分析处理,通过其内算法,向被控单元输出控制信号。(3执行器。它是ECU与柴油机的接口,接受ECU的控制信号以改变柴油机的状态。在柴油机电控系统组成方面,提高电控发动机的控制精度将会被更多的科研机构放到重要的位置,主要从两方面入手,即采集信号的精确度和处理信号的精确度。因而研究柴油机电控控制精度的提高也是今后一个重要方向。柴油发动机电控技术有两个明显的特点:(1特点是其关键技术和技术难点就在柴油喷射电控执行器上;(2特点是柴油电控喷射系统的多样化。柴油发动机在机械控制时代,就已经有了直列泵、

9、分配泵、泵喷油器、单缸(体泵等结构完全不同的系统,每个系统各有其特点和适用范围,每种系统中又有多种不同结构。实施电控技术的执行机构比较复杂,因而在此方面也可进行新的探索研究。3柴油机电控喷油系统研究柴油机电控喷油系统经历了三代:第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统,它用电子伺服机构代替调速器控制供油滑套(齿杆位置以实现供油量的调整,这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的TICS系统。第二代系统也称时间控制系统,其特点是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式,但油量和定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所决定。第三代也称为直接数控系统,它完全脱开了传统的油泵分缸燃油供应

10、方式,通过共轨压力和喷油压力/时间的综合控制,实现各种复杂的供油回路和特性。强力快速线形响应电磁阀是各种系统共同的技术难点。目前最先进的燃油喷射系统是泵喷嘴系统和共轨式喷油系统泵喷嘴系统。泵喷嘴系统结构紧凑,喷油嘴孔径非常小,所以燃油喷射压力比传统机械式喷油系统有较大提高。柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术,它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。该技术的主要特点是:(1采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀;(2采用共轨方式供油;(3高速电磁开关阀频响高,控制灵活;(4系统结构移植方便,适应范围宽。这一技术的研究与开发热点在于:1如何解决高压共轨系统的

11、恒高压密封问题;2如何解决高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题;3如何解决高压共轨系统的多MAP(三维控制数据表优化问题;4如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。4柴油机电控技术需进一步研究的方向4.1电控柴油机标定技术(1发动机电控单元标定系统的研制。发动机电控单元标定系统的作用是在不影响发动机正常运行的情况下修改发动机电控单元的控制参数,使发动机按照不同的控制数据运行,同时监控发动机性能,实现对控制参数的优化。1对电控单元(ECU的研究。2电控标定系统的硬件设计。3标定系统与电控单元之间的通信设计。(2柴油机的优化控制。发动机的优化包括控制参数

12、的优化和MAP数据的生成。目前汽车发动机电控系统有各种优化标定方法,包括离线稳态标定方法、在线稳态标定方法、自动优化标定方法、最新的瞬态优化标定方法等。目前在国外,发动机电控系统的优化标定方法越来越多地采用自动优化标定方法,这样可以缩短标定周期,降低标定费用,同时能得到更好的标定结果。发动机电控系统的瞬态优化标定也日益受到重视,是目前发动机优化标定的最新研究发展方向。本课题在满足发动机的经济性能和排放指标同时,对柴油机进行优化。控制参数的优化包括:基本控制参数、稳态修正参数、怠速工况参数、起动工况参数的标图1柴油机电控系统组成框图16定、瞬态工况修正参数等的标定。(3标定系统与电控单元、喷油泵

13、、柴油机的配试。为了检验所研究开发的电控标定系统的各项功能,检验其可靠性及稳定性,需使用该系统进行柴油机电控系统配装某柴油机机型的实验。4.2柴油机电控单元的开发与其控制策略研究(1基本喷油量控制、起动时喷油量控制、怠速时喷油量控制、以及加速、超速断油控制和修正控制。(2基本喷油正时、起动喷油正时、低温喷油正时等方面的喷油正时控制。(3喷油压力控制。(4对各种控制项目进行控制策略研究。4.3柴油机排放控制及测试技术研究(1根据目前欧III 和欧排放要求,确定排放控制技术方案并进行可行性分析。(2对颗粒排放机理及控制进行研究。(3对柴油机的废气再循环及可变进气涡流的控制进行研究分析。5结束语柴油

14、机电控技术直接影响电控发动机的产业化进程。“九五”期间,由清华大学、浙江大学、吉林工业大学、北京理工大学等高校以及中国一汽、二汽、威孚集团等企业合作进行的“汽车电子控制技术”国家科技攻关项目,在电控单元软硬件的开发、控制参数标定开发设备和电控系统诊断设备的研制等方面都取得了重要的成果,为发动机电控系统推广应用打下了良好的技术基础。由于国内汽油机在轿车中的广泛应用,所以汽油机的电控系统先于柴油机电控系统的发展,但对于电控柴油机技术的研究国内还处于不成熟阶段,然而我国各主要汽车和发动机生产厂家对电控柴油机技术的应用表现出极大的兴趣。因而无论从技术上还是从市场上来看,柴油机电控系统在我国推广应用的条

15、件都在不断成熟。参考文献1杨杰民,郑霞君.现代汽车柴油机电控系统M.上海:上海交通大学出版社,2002.2王尚勇,杨青.柴油机电子控制技术M.北京:机械工业出版社,2004.3王家雄.共轨式燃油喷射系统匹配研究D.北京理工大学硕士论文,2002.7.4詹郁梅.电控喷射柴油机数值仿真D.浙江大学硕士论文,2001.1.5宋军,乔信起,等.柴油机电控喷射系统发展现状J.车用发动机,2003(3.6Minggao Yang 、Qilong Lu etc.Study of the Injection ControlValve in a NewElectronic Diesel Fuel System.

16、Tsinghua Univ.SAE 980813,(收稿日期:2006-04-27(修回日期:2006-09-11The Development Status and Direction ofElectronically Controlled System for Diesel EnginesChi Jianjun1Hou Nina2Abstract This paper expounds the development status and direction of electronically controlled system for diesel engines from the de

17、velopment of diesel engines.The basic composing and category of electronically controlled system for diesel engines are introduced.Contraposing the composition and theory of electronically controlled system for diesel engines,several issues which will be settled for electronically controlled system

18、of diesel engines are analyzed in detail,development directions of electronically controlled system for diesel engines are shown.Key words Diesel engineElectronically controlled techniqueElectronically controlled fuel injection systemStudy on Weak Signal Receiving Cir cuit of SAW Gyr oscopeWang XuedeJ iang Cheng Zhou MinGao J ingAbstr act The output signal of SAW gyroscope is a voltage signal,concluded from the principle of SAW gyroscope and the principle formula educed.Generally,because the output voltage signal is very weak,the signal voltage and the noi