柴油机电控技术的发展与应用研究

陈红梅 何俊美

摘要：随着电子工业的发展，柴油机电控技术得到了快速的发展和应用，大大促进了柴油机性能的提高。本文在具体的研究过程中从多方面入手，系统地阐述了柴油机电控技术的产生背景、发展历程及应用现状，并对柴油机电控技术未来努力和发展方向进行了展望和分析。

关键词：柴油机;电控技术;应用发展;策略研究

中图分类号：U464.172                                  文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）15-0211-02

1  研究背景

柴油机自问世以来，就以其高效、节能、功率范围广等优点在动力设备中占有非常重要的地位，已广泛应用于工业、农业、军用和民用等领域。但随着全球性能源短缺和环境污染日益严峻等问题的困扰，传统式柴油机设备已不能满足人们日常生产和生活的需要，人们对柴油机的节能、减排、经济、高效等方面的性能提出了更高的要求，柴油机的发展将面临前所未有的机遇和挑战。在解决环境污染问题和能源短缺的世界难题背景下，柴油机电控技术广受关注、迅猛发展并积极推广应用。柴油机电控技术作为柴油机的核心技术，是解决能源、环境、动力等当前急需解决问题的重要手段，是突破现有技术的有效方法，是衡量柴油机先进性的重要标志。目前我国柴油机电控技术较为先进，但与发达国家相比仍然有一些差距，这就需要我国不断吸收国外的先进经验，做好数据的积累工作，优化原有的设计理念和设计方法，以此来不断缩小与发达国家之间的差距。因此，开展柴油机电控技术的分析探讨、发展研究和应用推广势在必行。

2  柴油机电控技术的发展历程

从20世纪70年代起，随着微处理技术的发展，柴油机电控技术的研究也开始起步。自20世纪80年代开始推向市场后，以电控单元为核心的现代柴油机电控系统的控制项目不断增多、控制任务从简单到复杂，即从仅具备循环供（喷）油量控制、供（喷）油正时控制等基本控制扩展到供（喷）油速率控制、喷油压力控制、怠速控制、进气控制、增压控制、排放控制、起动控制、故障自诊断、失效保险、发动机与变速器的综合控制等全方位的控制。目前，柴油机电控技术发展得越来越完善，控制技术也更先进，安全性和效率也更高。其发展历程主要经历了位置控制式燃油喷射系统、时间控制式燃油喷射系统和电控高压共轨燃油喷射系统三个阶段。

2.1 位置控制式  位置控制系统依然保留了传统的喷油泵-高压油管-喷油嘴系统，还保留了原喷油泵中的油量控制的机械传动机构，不同的是在电控柴油机中对齿条或滑套的运动位置以及循环喷油量和喷油正时等方面实现由原机械控制机构到电控元件的转换，改进更新机构功能，使用直线比例式或旋轉式电磁执行机构控制油量调节齿杆和提前器运动装置位移，实现循环喷油量和喷油正时的控制，使控制精度和响应速度大幅提高。

该类型电控柴油喷射系统与机械控制柴油喷射系统相比，无需改动机构，生产继承性好，便于对现有柴油机进行升级换代。但缺点是：响应慢、控制频率低、控制自由度小、控制精度不够高、喷油压力和喷油规律均不能独立控制。

2.2 时间控制式  时间控制式燃油喷射系统较位置控制式燃油喷射系统有了一定的改进，但仍保留了位置控制式燃油喷射系统的脉冲高压供油原理。其特点是：新型高速强力电磁阀代替传统的油量调节齿条或油量调节滑套等，直接对高压燃油进行数字式的高频调节，并通过电磁阀来实现对循环供油量和供油正时的控制。这种控制系统相比纯机械式或第一代系统虽有许多优越的地方，比如控制精度得到了很大的提高，但供油压力还是无法独立控制。

2.3 电控高压共轨式  电控共轨燃油喷射系统，摒弃了原控制式燃油喷射系统的脉冲高压供油原理，采用“时间-压力控制”式燃油计量原理，借助于油箱、油泵、油轨、喷油器等电子元件，通过共轨蓄压，利用高速电磁阀控制整个燃油喷射系统的喷油过程。该系统是当今燃油系统中控制精度最高的一种燃油控制系统，它的问世使柴油机的电控燃油喷射技术进入了一个新的发展阶段。

3  柴油机电控技术的应用

柴油机电控系统的发展呈现出多样化特征，它不仅有效减轻了柴油机动力设备对我们生存环境的污染，也提高了石化能源的利用效率和人们生产生活的经济效率，更进一步提高了设备的可靠性和安全性。柴油机电控技术的不断发展和完善，成功解决了交通运输行业和机械施工领域的节能、减排、降耗问题和降成本增收益等重点突出问题。因此电控柴油机的应用范围越来越广，需求数量节节攀升。近年来，随着人工智能、信息技术、计算机技术、传感器技术等现代技术的迅速发展，使电控柴油机所需的配套电子元件的可靠性、成本和尺寸等各方面都能很好的满足电控柴油机发展的要求，使得电控柴油机持续保持良好的发展。

3.1 电控柴油喷射技术  ①电控分配泵技术。电控分配泵技术从根本上来讲是一种调整油量的技术，其能代替机械调速器来对油流量进行有效的控制。该项技术的特点是对传统的系统进行了保留，只是在对齿条的位置进行了相应的调整。该项技术的发展时间较为悠久，在1990年的时候就已经出现，发展到现在已经经历了4次产品的优化和变革。最新的产品能够将高压油泵技术和电控技术进行结合，新技术的使用能够更好的满足日益严苛的排放标准。目前最新的产品融入了过滤器系统，这就能够更好的对污染物质进行净化，但即使不安装过滤器的系统所排放出的物质也能满足国际的相关标准。②电控泵喷嘴技术。电控泵喷嘴技术是专门为概念设计的发动机而研发的，该项技术具有极为精密的喷射技术，系统中的喷油器被直接安装在发动机缸头的气门之间，在运作的过程中主要通过发动机凸轮轴来进行驱动。电磁喷油器在运作的过程中，能够在极短的时间内进行工作的切换，并且能够对喷油器的特征进行矫正。目前泵喷嘴系统的嘴端压力最大可以达到205MPa，不仅能够有效降低燃烧的噪声，同时还能大大减少喷油量，泵喷嘴系统的特征是所产生的喷油是一个三角形，这非常符合柴油机的整体运行要求。虽然电控泵喷嘴技术有许多应用优势，但是其在应用的过程中会受到柴油机转速的影响，如果转速出现过高或过低的情况可能会对该项技术的应用产生一定影响。③电控单体泵技术。在对电控单体泵技术进行研究的过程中不难发现，其最基本的一些功能和泵喷嘴技术十分相似。该项技术不仅能够对污染排放进行严格的控制，还具备极强的适应性。同时该系统还具备整车辅助控制功能，因此可以被很好的应用在汽车领域，其能对机车的匹配进行有效优化，进而真正实现对整车的网络控制。④电控高压共轨喷射技术。喷油压力会在一定程度上受到柴油机转速的影响，想要对这一问题进行解决，则可以充分利用蓄压系统。共轨喷射技术（如图1）其实是一项综合性较强的技术，其中所包含的模块众多，较为主要的有压力传感器，高压油泵以及控制装置。该项技术是一个闭环系统，在具体的运行过程中能够使得喷射压力和喷射过程完全分开。高压油泵会直接将燃油输送到油管中并且对油管内的油压进行十分精准的把控。这样就能够使得油管压力的大小与发动机的转速完全没有关系，能够有效避免柴油机供油压力受到外界环境因素的影响。

3.2 电控排气后处理技术  柴油机的电控燃油喷射技术能够对排放进行有效的控制，除此之外，柴油机还会单独设置一些排气处理技术，例如EGR技术，该项技术的原理简单来说是对废气进行再循环利用，该系统在运行的过程中能够将柴油机所产生的废气重新送回到气缸中。当把气体重新送回到气缸中以后，废气会再次和新鲜的空气进行混合，由于废气的加入会在一定程度上降低空气中所含有的氧气含量，这就使得柴油机的整体燃烧速度会减慢，在燃烧速度减慢的情况之下，就能有效减少氮氧化合物的形成，进而对污染排放气体进行有效的控制。从当前的实际发展情况来看，大部分的燃油器一般都会设置三个不同的模块，这三个模块分别是氧化模块、颗粒物处理模块以及NOX的处理单元，三个模块的具体顺序会根据公司的实际发展情况来进行调换和安排。

3.3 柴油机电控管理技术  柴油机的自動化技术主要由两个部分共同组成，分别是电控管理技术和燃油喷射电子控制技术。电控管理技术的主要作用是对柴油机的内部运行情况进行监督和管理，通过一套自动化的监控能够有效监测柴油机的实时运行情况，能够对柴油机内部的各项功能以及参数进行精确的测控，这样能够始终保证柴油机处在最佳的运行状态下。

4  柴油机电控技术的发展策略

4.1 加大投入研究关键技术  想要推动柴油机得到更好的发展，则必须要加大投入力度，对于一些关键的技术和部件进行技术攻破。我国在发展过程中一直拥有巨大的市场，国内的生产厂家需要正确看待国内市场，在发展过程中必须要拥有属于自己的技术和产品。目前我国所应用的一些关键技术还会直接从国外进口，这对于我国的未来发展前景有着不利影响，因此需要对关键核心技术进行大力研究。对于一些我国现有技术水平无法攻克的关键技术，则需要积极进行技术引进，不断吸收国外的优秀经验和技术水平，通过这样的方式来对我国现有的产品进行优化，这样也能在一定程度上减少在技术方面的投入成本。

4.2 制定完善的科学研究管理体制  在推动柴油机快速发展的过程中，必须要制定完善的研究管理体制，根据我国的实际发展情况制定相应的责任和激励制度，充分调动科研人员的工作积极性，将具体的工作责任进行准确落实，这样才能有效激发出科研人员的工作潜力，以此来不断提高科研的质量和效率。

4.3 采用现代化的设计方法  在新时代的背景下，产生了许多先进的技术手段，在推进柴油机得到快速发展的过程中，则需要将先进的设计手段应用在设计过程中。通过应用先进的技术手段不仅能够提高设计效率，同时还能大大缩短设计周期。

5  结语

综上所述，柴油机的电控技术已进入相对成熟阶段。是否采用最新成熟的电控技术，已成为衡量柴油机先进性的重要标志之一。但随着柴油机的广泛应用、人们对环境保护的深入以及计算机技术、网络技术和信息技术的发展，将会出现更加完善的电子控制系统，实现柴油机的智能化是柴油机电控技术发展的必然趋势。

参考文献：

[1]刘勇.国内外柴油机电控喷油技术的发展现状及前景[J].南方农机，2020，51（20）：191-192.

[2]彭陈.船舶智能柴油机电控技术分析与优化[J].广州航海学院学报，2020，28（02）：28-30.

[3]陈斌.电控技术在船舶柴油机上的应用和发展[J].科技风，2020（06）：44.