柴油机喷油系统的电子控制

专题综述　柴油机喷油系统的电子控制　黄宗盖李冉华　近年来，随着建设机械的发展，对柴油机的性　图２所示为通过微机软件实现不同外特性曲线　能和功能提出越来越高的要求和希望：低燃耗，高　出力；改善排放，降低烟度；提高加速性能和低温　起动性能；降低噪声，提高可靠性和耐久性，简化　维修保养等。世界上各著名发动机厂家都作了很大　努力，企图解决这些问题，但是发现如果仅从机械　角度动脑筋，已很难使柴油机在性能上有很大改　进，只有引进电子技术去改造老发动机，才能使它　在性能上有质的飞跃。目前不少厂家都开发了电子　控制柴油机，在此以ｃＡＴ和小松的电控系统为例　作简要介绍，希望引起国内柴油机和建设机械厂家　的注意。　和不同形状的扭矩特性。　　．各种形状扭矩特性　打Ｉ苴　Ｌ　葡而　Ｌ量　ｌ—１　圈２　１．２大幅度降低油耗　燃料喷射不受发动机转速的影响，喷射始终保　持高压细化，能按发动机运行工况调整喷油规律和　喷油状态，能适应急剧的负荷变动，可迅速进行调　整，提高燃烧效率。　１　ｏ３解决排放问题　解决机械式调速器柴油机的排放问题是困难　的。采用电子控制可通过控制喷油时问、喷油规律　１柴油机采用电子控制后的变化　１．１任意的扭矩特性　由于燃油喷射量采用电子控制，它突破了机械　式调速器的喷油量和发动机转速之问的固定关系，　使喷油量与转速之间投有直接关系，喷油量可以由　微机软件来决定。因此，执行不同程序，就可以获　得不同的发动机特性曲线。建设机械往往具有多种　功能，需在不同的工况下工作，要求发动机具有各　种扭矩转速特性。　和喷油状态，使燃料在较低温度下燃烧，抑制Ｎ０　（氮氧化合物）的产生；在急加速时不冒黑烟；由　于喷射压力高，燃油粒子细化，与空气混合好，燃　烧完全，能抑制黑烟的产生。　１．４具有各种附加功能　例如，图１所示为全程调速器特性曲线和二程　调速器特性曲线，在电子控制柴油机中，只要用一　个转换开关分别执行不同程序就能实现。　（１）自动暖机　起动后，可根据冷却水温度自动改变怠速转　速，冷却水温低时怠速转速高，以缩短暖机时间，　如图３所示。　霞　图ｌ　（２）提高低温起动性能　起动时，燃油喷射量随冷却水温而变。水温低　时增加喷油量，以提高低温起动性能。水温上升后　自动减少喷油量，以防冒黑烟，如图４所示。　（３）发动机保护功能　可防止发动机超速和过热，还可防止发动机倒　２　维普资讯 http://www.cqvip.com

专题综述　ｌ　时ｌ　图３　图４　切断供油ｌｘ　发动机转速　图５　图６　嚣　发动机转速　发动机转速　围７　图８　２小松电子控制高压油泵。ＫＰ２１”　小松电子控制高压油泵“ＫＰ２１”由电子控制　调速器、电子控制可变空行程机构和控制器等组　成，如图９所示。　２．１电子控制调速器　采用电液控制方式，由控制器、电液比例阀、　齿条油缸、齿条位置传感器等组成。由齿条油缸活　塞拉动喷油泵齿条，从而改变油泵喷油量，进行喷　油量控制　基本工作原理：发动机传感器向控制器输入油　门开度、发动机转速和冷却水温等信号，同时机械　图９　的使用工况信号（例如动力模式或经济模式等）和　发动机带负荷情况（例如空调是否开启）也输入控　制器。　控制器根据控制软件处理后输出电信号，控制　电液比例阀输出相应压力油给齿条油缸。控制器输　出电流越大，电液比例阀输出油压越高，在齿条油　缸中通过油压力和弹簧力的平衡决定其插塞（即齿　条）位置，由齿条位置确定喷油量。齿条位置传感　器检出齿条位置作为反馈信息，输给控制器形成闭　环控制，以提高控制精度。当齿条位置传感器出故　障时仍可以工作，这时为开环控制，控制精度差。　２．２电子控制可变空行程机构　由控制器、电液比例阀和可变空行程柱塞等组　成。可变空行程柱塞由上下两部分组成，上下两部　分之间存在控制油层，其间隙由控制油压力和弹簧　力之间的平衡决定。油压力高弹簧受压缩，上下两　Ｗ２＂间隙变大，整个柱塞长度变长，则空行程减　小，如图１０所示。柱塞变长，改变空行程，则高　压油泵凸轮曲线喷油区段变化如图１１所示，控制　器接受来自发动机传感器和车辆的操纵信号。通过　控制软件，输出电信号给电液比例阀，电液比例阀　按控制器电信号大小输出相应的油压信号。油压信　号进入可变空行程柱塞改变空行程，从而控制喷油　时间和喷油率。　这种电子调速器带可变空行程的高压油泵可以　控制喷油量、喷油时间和喷油率，使发动机的性能　大大提高，更符合机械的使用要求。　３　ＣＡＴ液压电子控制燃料喷射系统　ＣＡＴ公司１９９６年推出电液控制燃料喷射系统　ＨＥＵＩ（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｅｌｅｃｔｏｒｎｉｃ　Ｕｎｉｔ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ），用于１９９６　年发表的Ｄ１０Ｒ推土机的ＣＡＴ３４１２Ｅ发动机、　ｃＡＴ９８８Ｆ２装载机的ＣＡＴ３４０８Ｅ发动机、７７７Ｃ自卸　维普资讯 http://www.cqvip.com

围ｔ０　圈１ｌ　车的ＣＡＴ３５０８ＴＡ发动机上。　３．１工作原理　该系统基本工作原理如图ｌ２所示。　大气压　发动机转速　油压　冷却水温　油门开度　增压器辅入压力　增压器输出压力　田ｌ２发动机电子控制系统筒田　输人传感器包括：发动机转速和油门开度传感　器、增压器人口和出口压力传感器发动机冷却水　温和润滑油压力以及大气压传感器等。发动机控制　单元ＥＣＭ（Ｅｎｇｉｎｅ￣ｎｔｒｏ］ｍｏｄｅ１）根据这些有关车辆　运行状态和环境信号进行分析，对ＨＥＵＩ和发动机　进行控制，使发动机保持在最佳运行状态，降低油　耗、改善排放，减少氮氧化合物和黑烟等有害物质　的产生，并对发动机运行状态进行监视和控制。高　建尊辊撼绷ｆ２｝　专题综述　原空气稀薄，减少喷油量，在一４０℃以下寒冷地带　运行时，采用冷模式运转以保护发动机。发动机起　动时润滑油压未达２００ｋＰａ前，ＥＣＭ控制发动机在　低怠速工作，保护发动机内部轴承、齿轮系、活塞　和衬套等。通过电子监视系统进行报警，例如冷却　水温过高、润滑油压力过低、发动机超速以及空气　滤清器堵塞等。　ＥＣＭ还与变速器控翩系统进行通信联系，在　换挡（升挡和降挡）时，自动对发动机油门进行控　制等，以实现平稳换挡。　３．２系统组成及控制内容　ＨＥＵＩ系统基本组成如图ｌ３所示。　围１３　油压驱动系统由供油泵、油冷却器和滤清器、　高压油泵、喷射压力控制阀（ＲＰｃｖ）、高压油总管　路组成。燃油系统由燃油泵、燃油滤清器、电子控　制喷油嘴组成。电子控制器（ＥＣＭ）控制油压驱动　系统和燃油系统进行工作。喷射压力控制阀是由　ＥＣＭ控制的电液比例压力阀，由它产生相应的喷　射油压去驱动电子控制喷油嘴，如图Ｈ所示。电　子控制喷油嘴由电子控制电磁开关阀和喷油嘴组　成，电磁开关阀在液压和弹簧力作用下关闭，在电　磁力作用下打开。阀打开时，高压油通向喷油柱　塞，推动柱塞向下喷油。　电子控制器可实现下列控制：　（１）燃料喷油压力　燃料喷射压力高，燃油喷得细，有利于完全燃　烧，抑制排气冒黑烟。但过去机械式喷油泵是由凸　轮驱动高压油泵，在发动机低转速时喷油压力低，　雾化不好。ＨＥＵＩ由油压力驱动喷油，喷油压力与　发动机转速无关，喷油压力大小由电子控制器控制　喷射压力控制阀来实现。ＥＣＭ根据车辆状态和司　机操纵进行控制，反应快，能抑制黑烟产生。　∞　维普资讯 http://www.cqvip.com

专题综述　运动状态是可控制的，能在几百分之一秒内改变喷　射状态，根据运行情况随时改变喷油状态，以获得　最佳效果。　３．３采用该系统的优点　（１）改善排放　通过喷油规律和喷油状态的控制，能抑制ＮＯ　（氮氧化合物）的产生。因为喷射压力高、燃油粒　子细和空气混合好，燃烧完全。另外，急加速时由　于喷射压力不受发动机转速影响，也不会因喷射定　时滞后引起空燃比失调，有效地防止冒黑烟现象。　田ｌ４　（２）降低噪声　（２）燃料喷射开始时间　由于ＥＣＭ进行燃烧控制和燃油喷射系统的机　燃油喷射定时（开始时间）由电子控制器控制　械机构大大减少，使发动机噪声降低３ｄＢ，而降低　电磁阀开闭来实现，可根据负荷状况、发动机转速　噪声也意味着能耗降低。　等来调整燃料喷射开始时间，以获得高效率的燃　（３）降低油耗　烧。　由于喷油压力与发动机转速无关，能始终保持　（３）燃料喷射持续时间及喷射量　高压细化喷射，另外，对急剧的负荷变动，ＥＣＭ　燃料喷射量取决于喷射持续时间和喷射压力。　能迅速进行调整，提高燃烧效率。　ＨＥＵＩ喷射持续时间由电子控翩器（ＥＣＭ）控制电　（４）提高可靠性和耐久性　磁阀的激磁时间来实现，ＥＣＭ可同时控制喷射开　易损坏的机械系统减少了，使可靠性提高约　始时间、喷射持续时间和喷油量。根据运转情况确　５０％。另外，通过传感器检出吸气压力，在高原低　定最佳喷射方式，以达到节省燃料，使排气净化的　气压场合，能自动地诃整以防发动机损坏。　目的。　（５）改善维修和保养性能　（４）喷射状态　具有自动监视和自我故障诊断功能，使日常保　过去机械式高压泵的喷射状态（喷油过程）取　养简化，不需要复杂的机械凋整。　黄宗益、李兴华，同济大学，１０００２９上海四平路　决于凸轮形状，ＨＥＵＩ由ＥｃＭ控制电磁阀通电状态　收稿日期：２０００－０９－２５　来实现。在一次喷射行程中，喷油嘴的柱塞行程的　编辑：杨晓光　（上接第５０页）　以往运行情况的了解在很大程度上依赖于台车资料记录的　在每月进行的“成本分解——计划下达——分析核算　完整性。　过程中，加强横向、纵向比较，力求核算指标切合实际，　总之，实行完全项目管理以后，一支机械化程度比较　可操作性强，核算结果真实可靠．参考价值大，使成本控　高的施工队伍的机械设备的管理水平在一定程度体现了该　制活动做到有的放矢，将成本经济管理进一步推向合理化、　项目乃至整个企业管理水平　只要现场管理人员能真正在　科学化。　长时间内坚持做到　设ｆｉ　ｇ－＝理使用、保养到位、维修可靠、　ｓ进一步加强施工机械的基础资料管理　核算真实、记录完整”，那么机械设备完好率、出勤率一定　会大大提高，并发挥其效益。　作为机械设备管理的重要内容，资料管理能对设备运　行情况起到有效记录、控制等作用，使其得到及时维护、　蒲青松．中铁五局集团机械化工程公司，６１８０００四川德阳市　维修。做到台车的各项记录资料保存完整，其单机挡案、　玉泉小区　图纸、技术资料、原始单据、运行保养记录、历次检修、　收稿日期２０ｏｏ一０９一叩　大项修理及技术改造等情况均有有效的记录，并做到专人　编辑仇林峰　保管。当一个项目完工后转移到下一个项目时，对本设备