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        農(nóng)用電控柴油發(fā)動機(jī)技術(shù)培訓(xùn)研究

        2021-12-06 14:31:22周翔閆威
        江蘇農(nóng)機(jī)化 2021年6期
        關(guān)鍵詞:噴油量柴油發(fā)動機(jī)噴油器

        周翔 閆威

        電控柴油發(fā)動機(jī)是指采用電控柴油噴射技術(shù)的發(fā)動機(jī),它由發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)控制柴油機(jī)燃油噴射時刻、噴射脈寬和噴射規(guī)律。與傳統(tǒng)的機(jī)械噴射系統(tǒng)相比,電控噴射技術(shù)可以有效地提高柴油機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性,大幅度降低尾氣污染。隨著《非道路移動機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法(中國第三、四階段)》的分步實施,自2016 年12 月1 日起,我國所有制造、進(jìn)口和銷售的農(nóng)用機(jī)械全面配裝國三柴油發(fā)動機(jī)。國三柴油機(jī)最大的特點就是提高了污染物的排放限值要求。為滿足這一排放要求,需對農(nóng)用柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行一系列技術(shù)改進(jìn),其中最為重要的就是使用電控柴油噴射技術(shù)。

        1 技術(shù)類型

        目前,市場上的農(nóng)用國三柴油發(fā)動機(jī),除極少部分采用“機(jī)械柴油發(fā)動機(jī)+廢氣再循環(huán)(EGR)”架構(gòu)外,大部分采用電控柴油噴射技術(shù)。電控柴油噴射技術(shù)分為三類:

        1.1 電控高壓共軌技術(shù)

        技術(shù)原理:利用高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成閉環(huán)系統(tǒng),將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此分開,由高壓油泵通過共軌管直接或間接地形成恒定高壓燃油,分別送到每一個噴油器,并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁閥的開啟與閉合,定時、定量地控制噴油器噴至柴油發(fā)動機(jī)燃燒室的油量,從而保證柴油發(fā)動機(jī)達(dá)到最佳的燃燒比和良好的霧化效果,以及最佳的點火時間、足夠的點火能量和最少的污染排放[1]。

        1.2 電控單體泵技術(shù)

        單體泵是用于產(chǎn)生噴油器噴射壓力的裝置,采用單體泵式電控柴油噴射技術(shù)的發(fā)動機(jī),噴油器仍然采用機(jī)械式噴油器,有幾個缸(幾個噴油器)就使用幾個單體泵,多個單體泵組裝在一個殼體總成內(nèi),由凸輪軸驅(qū)動單體泵上的滾輪,推動套筒內(nèi)的柱塞向上運動,產(chǎn)生噴射所需要的高壓燃油[2]。每個單體泵上都安裝有一個電磁閥,ECU 控制電磁閥的關(guān)閉和打開時間的長短,控制噴油量和噴油正時。

        1.3 電控分配泵技術(shù)

        電控分配泵是在VE 型分配泵的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來,通過傳感器、ECU 和執(zhí)行器實現(xiàn)電控。其組成與電控直列式燃油噴油系統(tǒng)相似,不同之處在于噴油泵為分配式。按照噴油量、噴油時間的控制方法不同,電控分配泵又分為位置控制式和時間控制式兩類。位置控制式電控分配泵系統(tǒng)是將VE 分配泵中的機(jī)械調(diào)速器換成電控執(zhí)行機(jī)構(gòu),保留溢油環(huán),采用旋轉(zhuǎn)式電磁鐵控制溢油環(huán)的位置從而控制噴油量;而時間控制式電控分配泵系統(tǒng),則取消了原VE 型分配泵上的溢油環(huán),在進(jìn)油通路上設(shè)置一個電磁溢流閥,從而控制噴油時間。

        以上三類電控柴油噴射技術(shù)的使用,配合增壓中冷技術(shù)、廢氣再循環(huán)技術(shù)和配氣系統(tǒng)等機(jī)體優(yōu)化,可以使農(nóng)用柴油發(fā)動機(jī)達(dá)到國三階段排放標(biāo)準(zhǔn)。待國四排放標(biāo)準(zhǔn)正式實施時,電控單體泵技術(shù)和電控分配泵技術(shù)也將正式退出農(nóng)用柴油機(jī)的歷史舞臺,“電控高壓共軌+選擇性催化還原(SCR)”或“電控高壓共軌+廢氣再循環(huán)(EGR)+氧化催化轉(zhuǎn)化(DOC)+柴油機(jī)顆粒捕集(DPF)”所代表的“電控高壓共軌+機(jī)外排氣處理”技術(shù)將成為國四階段農(nóng)用柴油發(fā)動機(jī)的主要技術(shù)。

        2 技術(shù)特點

        2.1 帶有電控系統(tǒng)

        帶有電控系統(tǒng)是電控柴油機(jī)區(qū)別于傳統(tǒng)柴油機(jī)的最大特點。電控系統(tǒng)一般由電控單元(ECU)、傳感器和執(zhí)行器三大部分組成。其中,ECU 為控制核心,傳感器為控制基礎(chǔ),執(zhí)行器為控制對象。電控系統(tǒng)既能夠?qū)Σ裼蜋C(jī)噴油量和噴油時間進(jìn)行有效控制,又能夠?qū)Πl(fā)動機(jī)怠速、進(jìn)氣、燃油噴油、空調(diào)、渦輪增壓、EGR 閥、故障診斷等進(jìn)行控制,可減少機(jī)械誤差,保證發(fā)動機(jī)平穩(wěn)運轉(zhuǎn),提高動力性和經(jīng)濟(jì)性。

        2.2 自我診斷

        ECU 是柴油機(jī)電控系統(tǒng)的控制模塊,其作用是接收各種傳感器和開關(guān)信號,進(jìn)行運算、分析、比較、判斷,并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序向執(zhí)行器發(fā)出指令[3],實現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制。當(dāng)傳感器及其連接電路出現(xiàn)故障時,ECU 會進(jìn)行識別,確認(rèn)后以故障碼的形式進(jìn)行存儲,點亮故障指示燈,提醒駕駛?cè)诉M(jìn)行檢修;必要時可以啟動安全保護(hù)功能。維修時,可以通過儀器讀取故障碼、數(shù)據(jù)流以及波形,實現(xiàn)快速維修。

        2.3 低溫啟動

        為改善柴油機(jī)的冷啟動性能,柴油車上一般加裝有啟動預(yù)熱系統(tǒng)。傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)啟動預(yù)熱系統(tǒng)需要人工操作,而電控柴油機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)由電控單元通過一個連接到蓄電池電源上的繼電器控制。發(fā)動機(jī)在低溫啟動時,由最佳的程序代替駕駛員操作,使柴油機(jī)低溫快速啟動。

        2.4 排放性能好

        電控柴油機(jī)可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷精確控制噴油量,使其不超過冒煙界限的范圍,從而提高排放性能。同時,還可以采用選擇性催化還原技術(shù),有效地減少和抑制顆粒物及氮氧化合作,或采用微粒捕集器技術(shù)有效減少顆粒物和降低排放量。

        3 培訓(xùn)要求

        3.1 培訓(xùn)內(nèi)容更廣

        電控柴油機(jī)相比傳統(tǒng)機(jī)械柴油機(jī),從結(jié)構(gòu)、功能、原理到故障檢測與維修都發(fā)生了很大變化,傳統(tǒng)的培訓(xùn)內(nèi)容已經(jīng)不能完全適應(yīng)新的培訓(xùn)要求。中壓增冷、廢氣再循環(huán)、電子控制等新技術(shù)的引入,以及傳感器、電子控制器和電磁閥等電子元件的使用,使培訓(xùn)內(nèi)容的寬度和廣度都得到了擴(kuò)展,教學(xué)內(nèi)容亟待更新。

        3.2 技術(shù)要求更高

        與傳統(tǒng)柴油發(fā)動機(jī)相比,電控柴油機(jī)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,其核心的電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制理論等都是傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)培訓(xùn)的“弱勢點”,提高培訓(xùn)的深度和學(xué)員的接受度,是培訓(xùn)組織者和教學(xué)人員面臨的新要求。

        3.3 設(shè)備要求高

        傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機(jī)培訓(xùn),除了拆裝工具外,通常只需要量缸表、百分表、千分尺等量具。而電控柴油機(jī)培訓(xùn),還需要增加用于讀取ECU 數(shù)據(jù)的故障診斷儀、電腦,以及用于檢查線束、電子元件的萬用表、示波器等設(shè)備設(shè)施。

        3.4 安全生產(chǎn)要求高

        電控柴油發(fā)動機(jī)工作時,高壓油路內(nèi)的燃油壓力可以達(dá)到150 MPa,如果發(fā)生泄漏或飛濺,可以輕易擊穿人體,造成安全事故。電控柴油發(fā)動機(jī)在正常工作時,嚴(yán)禁拆卸高壓油路系統(tǒng),即便是停機(jī)后,也必須按照說明書要求等高壓系統(tǒng)完全泄壓后再進(jìn)行有關(guān)作業(yè)。因此,在開展電控柴油機(jī)培訓(xùn)時,必須做好安全宣傳和技術(shù)規(guī)范宣貫工作。

        4 做好技術(shù)培訓(xùn)的對策與建議

        4.1 合理設(shè)置培訓(xùn)課程

        對普通的農(nóng)機(jī)駕駛?cè)藛T,應(yīng)重點培訓(xùn)電控柴油發(fā)動機(jī)的安全使用要領(lǐng),解答機(jī)具操作疑惑,以提高其作業(yè)效率;對機(jī)具管理人員,應(yīng)重點培訓(xùn)電控柴油機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)知識,以提高機(jī)具使用壽命;對機(jī)具維修人員,應(yīng)重點培訓(xùn)現(xiàn)代化檢測設(shè)備的使用方法,提升其排除電控系統(tǒng)故障的能力。

        4.2 不斷改進(jìn)教學(xué)手段

        通過制作flash 動畫和三維動圖等手段,將語言文字和現(xiàn)實中很難展現(xiàn)的燃油系統(tǒng)和電控系統(tǒng)工作原理及工作過程等形象生動地顯示出來;通過對增加中冷、廢氣再循環(huán)等總成件的拆解和對傳感器、電磁閥等零部件的剖解,增強受訓(xùn)人員的直觀感受,加深其對知識的理解;通過制作教學(xué)模型和教學(xué)視頻,提高受訓(xùn)人員的視聽感受,提升培訓(xùn)質(zhì)量。

        4.3 科學(xué)編制培訓(xùn)教案

        電控柴油發(fā)動機(jī)培訓(xùn)涉及先進(jìn)的電子、電氣和控制技術(shù),部分內(nèi)容較為深奧,不容易理解和掌握。因此,教學(xué)人員應(yīng)該首先弄通吃透教學(xué)內(nèi)容,再根據(jù)不同培訓(xùn)對象的特點,科學(xué)合理地編制教學(xué)文案,采用通俗易懂的教學(xué)語言,讓參訓(xùn)人員能夠更加簡單、明了地接受培訓(xùn)內(nèi)容。

        4.4 全面提升師資水平

        加強師資隊伍建設(shè)是提高農(nóng)機(jī)培訓(xùn)質(zhì)量的必然要求。農(nóng)機(jī)培訓(xùn)教學(xué)人員應(yīng)積極鉆研業(yè)務(wù),主動學(xué)習(xí)掌握電控柴油發(fā)動機(jī)相關(guān)知識,增強理論修養(yǎng)和操作技能,不斷提高服務(wù)“三農(nóng)”的能力和水平。

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