农用电控柴油发动机技术培训研究

周翔 闫威

电控柴油发动机是指采用电控柴油喷射技术的发动机，它由发动机控制单元（ECU）控制柴油机燃油喷射时刻、喷射脉宽和喷射规律。与传统的机械喷射系统相比，电控喷射技术可以有效地提高柴油机的动力性和经济性，大幅度降低尾气污染。随着《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）》的分步实施，自2016 年12 月1 日起，我国所有制造、进口和销售的农用机械全面配装国三柴油发动机。国三柴油机最大的特点就是提高了污染物的排放限值要求。为满足这一排放要求，需对农用柴油发动机进行一系列技术改进，其中最为重要的就是使用电控柴油喷射技术。

1 技术类型

目前，市场上的农用国三柴油发动机，除极少部分采用“机械柴油发动机+废气再循环（EGR）”架构外，大部分采用电控柴油喷射技术。电控柴油喷射技术分为三类：

1.1 电控高压共轨技术

技术原理：利用高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环系统，将喷射压力的产生和喷射过程彼此分开，由高压油泵通过共轨管直接或间接地形成恒定高压燃油，分别送到每一个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷至柴油发动机燃烧室的油量，从而保证柴油发动机达到最佳的燃烧比和良好的雾化效果，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放［1］。

1.2 电控单体泵技术

单体泵是用于产生喷油器喷射压力的装置，采用单体泵式电控柴油喷射技术的发动机，喷油器仍然采用机械式喷油器，有几个缸（几个喷油器）就使用几个单体泵，多个单体泵组装在一个壳体总成内，由凸轮轴驱动单体泵上的滚轮，推动套筒内的柱塞向上运动，产生喷射所需要的高压燃油［2］。每个单体泵上都安装有一个电磁阀，ECU 控制电磁阀的关闭和打开时间的长短，控制喷油量和喷油正时。

1.3 电控分配泵技术

电控分配泵是在VE 型分配泵的基础上改进而来，通过传感器、ECU 和执行器实现电控。其组成与电控直列式燃油喷油系统相似，不同之处在于喷油泵为分配式。按照喷油量、喷油时间的控制方法不同，电控分配泵又分为位置控制式和时间控制式两类。位置控制式电控分配泵系统是将VE 分配泵中的机械调速器换成电控执行机构，保留溢油环，采用旋转式电磁铁控制溢油环的位置从而控制喷油量；而时间控制式电控分配泵系统，则取消了原VE 型分配泵上的溢油环，在进油通路上设置一个电磁溢流阀，从而控制喷油时间。

以上三类电控柴油喷射技术的使用，配合增压中冷技术、废气再循环技术和配气系统等机体优化，可以使农用柴油发动机达到国三阶段排放标准。待国四排放标准正式实施时，电控单体泵技术和电控分配泵技术也将正式退出农用柴油机的历史舞台，“电控高压共轨+选择性催化还原（SCR）”或“电控高压共轨+废气再循环（EGR）+氧化催化转化(DOC)+柴油机颗粒捕集(DPF)”所代表的“电控高压共轨+机外排气处理”技术将成为国四阶段农用柴油发动机的主要技术。

2 技术特点

2.1 带有电控系统

带有电控系统是电控柴油机区别于传统柴油机的最大特点。电控系统一般由电控单元（ECU）、传感器和执行器三大部分组成。其中，ECU 为控制核心，传感器为控制基础，执行器为控制对象。电控系统既能够对柴油机喷油量和喷油时间进行有效控制，又能够对发动机怠速、进气、燃油喷油、空调、涡轮增压、EGR 阀、故障诊断等进行控制，可减少机械误差，保证发动机平稳运转，提高动力性和经济性。

2.2 自我诊断

ECU 是柴油机电控系统的控制模块，其作用是接收各种传感器和开关信号，进行运算、分析、比较、判断，并根据预先设定的程序向执行器发出指令［3］，实现发动机控制。当传感器及其连接电路出现故障时，ECU 会进行识别，确认后以故障码的形式进行存储，点亮故障指示灯，提醒驾驶人进行检修；必要时可以启动安全保护功能。维修时，可以通过仪器读取故障码、数据流以及波形，实现快速维修。

2.3 低温启动

为改善柴油机的冷启动性能，柴油车上一般加装有启动预热系统。传统柴油发动机启动预热系统需要人工操作，而电控柴油机预热系统由电控单元通过一个连接到蓄电池电源上的继电器控制。发动机在低温启动时，由最佳的程序代替驾驶员操作，使柴油机低温快速启动。

2.4 排放性能好

电控柴油机可以根据发动机的转速和负荷精确控制喷油量，使其不超过冒烟界限的范围，从而提高排放性能。同时，还可以采用选择性催化还原技术，有效地减少和抑制颗粒物及氮氧化合作，或采用微粒捕集器技术有效减少颗粒物和降低排放量。

3 培训要求

3.1 培训内容更广

电控柴油机相比传统机械柴油机，从结构、功能、原理到故障检测与维修都发生了很大变化，传统的培训内容已经不能完全适应新的培训要求。中压增冷、废气再循环、电子控制等新技术的引入，以及传感器、电子控制器和电磁阀等电子元件的使用，使培训内容的宽度和广度都得到了扩展，教学内容亟待更新。

3.2 技术要求更高

与传统柴油发动机相比，电控柴油机结构更加复杂，其核心的电子技术、传感技术、自动控制理论等都是传统农机培训的“弱势点”，提高培训的深度和学员的接受度，是培训组织者和教学人员面临的新要求。

3.3 设备要求高

传统的柴油发动机培训，除了拆装工具外，通常只需要量缸表、百分表、千分尺等量具。而电控柴油机培训，还需要增加用于读取ECU 数据的故障诊断仪、电脑，以及用于检查线束、电子元件的万用表、示波器等设备设施。

3.4 安全生产要求高

电控柴油发动机工作时，高压油路内的燃油压力可以达到150 MPa，如果发生泄漏或飞溅，可以轻易击穿人体，造成安全事故。电控柴油发动机在正常工作时，严禁拆卸高压油路系统，即便是停机后，也必须按照说明书要求等高压系统完全泄压后再进行有关作业。因此，在开展电控柴油机培训时，必须做好安全宣传和技术规范宣贯工作。

4 做好技术培训的对策与建议

4.1 合理设置培训课程

对普通的农机驾驶人员，应重点培训电控柴油发动机的安全使用要领，解答机具操作疑惑，以提高其作业效率；对机具管理人员，应重点培训电控柴油机的维护保养知识，以提高机具使用寿命；对机具维修人员，应重点培训现代化检测设备的使用方法，提升其排除电控系统故障的能力。

4.2 不断改进教学手段

通过制作flash 动画和三维动图等手段，将语言文字和现实中很难展现的燃油系统和电控系统工作原理及工作过程等形象生动地显示出来；通过对增加中冷、废气再循环等总成件的拆解和对传感器、电磁阀等零部件的剖解，增强受训人员的直观感受，加深其对知识的理解；通过制作教学模型和教学视频，提高受训人员的视听感受，提升培训质量。

4.3 科学编制培训教案

电控柴油发动机培训涉及先进的电子、电气和控制技术，部分内容较为深奥，不容易理解和掌握。因此，教学人员应该首先弄通吃透教学内容，再根据不同培训对象的特点，科学合理地编制教学文案，采用通俗易懂的教学语言，让参训人员能够更加简单、明了地接受培训内容。

4.4 全面提升师资水平

加强师资队伍建设是提高农机培训质量的必然要求。农机培训教学人员应积极钻研业务，主动学习掌握电控柴油发动机相关知识，增强理论修养和操作技能，不断提高服务“三农”的能力和水平。