梁國祥，郭俊寶，康毅，程紅紅，趙夢瑩

（山西柴油機工業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037036）

1 引言

柴油機是社會多個領(lǐng)域應(yīng)用中的重設(shè)備，現(xiàn)如今，世界上許多國家在電控柴油機研究方面投入了大量精力和財力，不僅如此，英國、日本、德國及美國等世界發(fā)達國家均向市場輸送了許多相對成熟的電控柴油機產(chǎn)品， 如美國德爾福公司MuletecDCR 1400 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)等。 相對于發(fā)達國家，我國電控柴油機研究技術(shù)稍顯落后，呈現(xiàn)能耗大、污染排放嚴重和可靠性差等缺陷，尤其是船用柴油機，可見，我國柴油機電控技術(shù)研究還有很長的路要走。

2 柴油機電控系統(tǒng)概述

2.1 柴油機電控技術(shù)發(fā)展歷程

從歷史發(fā)展情況看， 柴油機電子控制系統(tǒng)的開發(fā)處于前列，且已實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展，如電子控制柴油噴射系統(tǒng)，其基本組成如圖1 所示。

圖1 電子控制柴油噴射系統(tǒng)基本組成示意圖

截至目前， 電控柴油噴射系統(tǒng)已經(jīng)歷了3 次控制形式的變化：位置控制式電控柴油噴射系統(tǒng)、時間控制式電控柴油噴射系統(tǒng)[1]、高壓共軌式電控柴油噴射系統(tǒng)。

2.2 柴油機電控系統(tǒng)功能及特點

柴油機電控系統(tǒng)的功能呈多樣化特征，一方面，其能對燃油噴射進行控制，另一方面，其還具備綜合控制柴油機與自動變速器、故障自診斷和失效保護、巡航控制、啟動控制、排放控制、增壓控制、進氣控制及怠速控制的功能。

柴油機電控系統(tǒng)具有傳統(tǒng)機械控制系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢，其可強化發(fā)動機的經(jīng)濟性和動力性，并減少柴油機運行過程中諸如微粒、氮氧化物一類的污染物排放，同時實現(xiàn)發(fā)動機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、低溫啟動性的優(yōu)化與改善，且更好地控制渦輪增壓，使發(fā)動機能在更廣泛的場景中應(yīng)用。 可見，電控柴油機自身的控制精度更高，且能在更短時間內(nèi)做出響應(yīng)。

3 柴油機電控系統(tǒng)工作原理

柴油機電控系統(tǒng)在反饋柴油機工況時， 主要以柴油機自身的負荷和轉(zhuǎn)速作為基本信號，與此同時，相關(guān)試驗將柴油機的各種運行工況與噴油定時MAP 及噴油量相對應(yīng)，進而明確噴油定時與噴油量。 此后，以大氣壓力、油溫、水溫等因素為依據(jù)， 對柴油機進行補償， 以實現(xiàn)噴油正時和噴油量的最佳條件，并使用執(zhí)行器完成控制輸出。

電控單元（ECU）、傳感器及執(zhí)行器是組成柴油機電子控制系統(tǒng)的三大構(gòu)成要素。任何柴油機電控系統(tǒng)的工作原理基本一致，均圍繞電控單元，將其作為系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)控制基礎(chǔ)為各種傳感器，控制對象為執(zhí)行器，從而使系統(tǒng)中每個部件處于最佳工作狀態(tài)。 柴油機發(fā)動機的控制原理如圖2 所示。

圖2 柴油發(fā)動機電子控制原理示意圖

柴油機電子控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用時通過各類傳感器完成信號的輸入，包括冷卻液溫度、燃油溫度、進氣溫度、進氣壓力、噴油時刻、加速踏板位置及轉(zhuǎn)速等，將信號輸送至A/D 轉(zhuǎn)換器后，憑借電子控制單元的接口完成輸入。 值得一提的是，進入A/D 轉(zhuǎn)換器中的信號必須為模擬量的狀態(tài)[2]。 另外，在ECU 儲存器中， 儲存有傳感器所需的狀態(tài)目標(biāo)參數(shù)或發(fā)動機調(diào)控參數(shù)，對于電子控制系統(tǒng)傳感器輸入的各類信息，柴油機電控單元能判斷、 處理并運算相關(guān)信號， 以參數(shù)圖譜（MAP圖）或已儲存的設(shè)定參數(shù)值為依據(jù)，將處理后的信號與之進行比較。 當(dāng)既定參照值與被比較數(shù)據(jù)一致時，柴油機電子系統(tǒng)整體將保持在原有狀態(tài)，且繼續(xù)運行；一旦被比較數(shù)據(jù)與既定參數(shù)值之間存在差距時，ECU 將按照偏離值的正負或大小，采取相應(yīng)策略對相關(guān)信息進行控制或處理。

此外， 柴油機電控系統(tǒng)中的執(zhí)行器會遵循電子控制單元的指令， 對電磁閥關(guān)閉持續(xù)的時間或供油齒條的位置進行控制，從而達到控制噴油量的目標(biāo)。 同時，在通過執(zhí)行器控制電磁閥關(guān)閉始點、正時控制閥開閉的基礎(chǔ)上，還可以對噴油正時進行有效控制。 不僅如此，為優(yōu)化柴油機的運行狀態(tài)，使其處于良好工況，執(zhí)行器還可控制多個具體的執(zhí)行機構(gòu),如預(yù)熱塞、廢氣再循環(huán)閥等，以發(fā)揮柴油機電控系統(tǒng)效能。

4 柴油機電控系統(tǒng)的控制功能

就實際應(yīng)用成果而言， 柴油機電控系統(tǒng)在具體使用的過程中，具備多重控制功能，這些控制功能主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

第一，柴油機電控系統(tǒng)能夠?qū)⒁酝裼蜋C在使用期間存在的較為嚴重的尾氣排放污染問題進行有效改善，在實現(xiàn)這一目的的過程中，柴油機電控系統(tǒng)的控制功能基本體現(xiàn)在控制柴油機噴油時間和噴油量等方面， 這可以使混合氣的燃燒更加充分。 一方面，可以實現(xiàn)燃料利用率的充分提升，另一方面，也可以達成更加可觀的環(huán)境保護效果。

第二， 柴油機電控系統(tǒng)還能做到有效控制故障診斷、EGR閥、渦輪增壓、空調(diào)、燃油噴油、發(fā)動機怠速進氣等多個方面。

第三， 高壓共軌系統(tǒng)依托于壓力傳感器能夠?qū)τ蛙墐?nèi)部的燃油壓力進行精準測量， 以此達成對油泵供油量進行精準調(diào)整的目標(biāo)。 與此同時，通過對噴油器電磁閥開啟時間的長短進行控制，還可以對噴油時間進行有效控制，以此實現(xiàn)柴油機運行性能的充分優(yōu)化。

5 柴油機電控系統(tǒng)的組成要素

構(gòu)成柴油機電控系統(tǒng)的要素主要涉及3 種， 分別為柴油機電控單元、傳感器及執(zhí)行器。

5.1 柴油機電控單元

電控單元（ECU）即柴油機控制模塊，是柴油機電控系統(tǒng)中的電子控制器。該部分的主要功能是對各類開關(guān)和傳感器的信號進行接收，并以此為基礎(chǔ)開展運算、判斷、比較、分析。在此之后，通過電控單元中存儲的發(fā)動機促使程序向電控系統(tǒng)中的執(zhí)行器下發(fā)相應(yīng)的執(zhí)行命令，從而達成控制噴油量和噴油正時的目的。 憑借CAN 總線，電控單元還能與其他控制系統(tǒng)開展信息傳輸和交流，以便對整個車體的運行進行控制，如SRS 系統(tǒng)的電控單元、AC 系統(tǒng)及汽車底盤傳感裝置系統(tǒng)等。

除上述功能外，電控系統(tǒng)還可進行故障診斷，當(dāng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生異常問題或故障時，電控單元可針對其展開識別，一旦確定為故障，將以“碼”的方式存儲在相應(yīng)系統(tǒng)中，與此同時，汽車中相應(yīng)的指示燈亮起， 從而使駕駛?cè)藛T獲悉車輛出現(xiàn)故障的基本情況并開展檢修工作。 在柴油機電控系統(tǒng)中的電控單元涉及多項內(nèi)容，包括控制功能、硬件、軟件、標(biāo)定與調(diào)試。

1）控制功能。 電控單元在柴油機電控系統(tǒng)中居于中樞地位，除ECU 外的機械部件主要作用是賦予柴油機設(shè)備某種功能，倘若不存在電控單元，這些機械部件將形同虛設(shè)。

2）硬件。 電控單元外觀為金屬材質(zhì)的扁盒子，其內(nèi)部設(shè)有擁有多路連接器的集成電路板， 這些連接器的主要功能是連接對外連接器與其他部件。

3）軟件。 電控單元自身可被劃分至微型計算機系統(tǒng)范疇，意味著軟件是控制電控單元每項工作的實際主體。

4）標(biāo)定與調(diào)試。 當(dāng)柴油機受電控單元控制時，存在部分專用控制參數(shù)，當(dāng)此類參數(shù)的取值存在差異時，最終的控制結(jié)果不同。

5.2 傳感器

柴油機實現(xiàn)電控的一項重要儀器即傳感器， 其能對車輛和發(fā)動機的運行狀態(tài)進行感知和檢驗，此后，還可將感知和檢驗的結(jié)果進行轉(zhuǎn)換，使之在傳送至電控單元時能作為電信號。通常而言，相較于汽油機電控技術(shù)，在柴油機電控系統(tǒng)中的燃料噴射控制系統(tǒng)采用的傳感器設(shè)備大致與前者相同， 在發(fā)動機電控技術(shù)中，氧傳感器、進氣壓力與溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器及各種機械元件所處位置的傳感器必不可少。 除此以外，在發(fā)動機電控單元中還具有開關(guān)量采集電路， 其目的是對不同開關(guān)量的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行檢測，如巡航控制、車輛制動、檔位、離合器和空調(diào)等開關(guān)量。 通過電控單元信息收集功能模塊的各種數(shù)據(jù)均需處理，此后即可傳送至發(fā)動機上的ECU，成為發(fā)動機控制動作的重要基礎(chǔ)[3]。

5.3 執(zhí)行器

執(zhí)行器是柴油機電控系統(tǒng)中用于執(zhí)行指令的構(gòu)成要素，其在運行期間所接受的指令基本來源于電控單元， 在此基礎(chǔ)上將所需調(diào)控任務(wù)予以完善， 主要是對噴油量和噴油正時進行調(diào)節(jié)，以此對柴油機設(shè)備的運行工況進行調(diào)整。 當(dāng)柴油機電控系統(tǒng)的燃油噴射系統(tǒng)不同時， 系統(tǒng)中存在的執(zhí)行元件表現(xiàn)出較大差異。 柴油機電控系統(tǒng)中執(zhí)行器的水平直接影響柴油機自身的性能。

柴油機電控系統(tǒng)存在多種形式的執(zhí)行器。

1）電控高壓燃油設(shè)備，這類設(shè)備是柴油機電控系統(tǒng)中最關(guān)鍵的執(zhí)行器。 盡管其存在多種形式，且每種形式的設(shè)備結(jié)構(gòu)原理存在差異，但在控制控油時間時，基本是借助供油控制的電脈沖而實現(xiàn)的。 針對每個噴射的供油時間進行控制時，往往利用供油控制電脈沖功能，限制了其寬度。

2）廢氣再循環(huán)閥，此種執(zhí)行器是一種氣閥，由真空腔體控制器或比例電磁鐵控制的一類執(zhí)行器。 通常，氣閥的開度可對廢棄的再循環(huán)量造成直接作用， 直接關(guān)系到汽油發(fā)動機污染物質(zhì)中的氮氧化物的濃度。 除此以外，柴油發(fā)動機電控系統(tǒng)中的執(zhí)行器還包含控制開關(guān)等。

6 結(jié)語

隨著電子控制技術(shù)和微處理器的不斷進步， 柴油機實現(xiàn)了通過電控系統(tǒng)控制運行的目的， 彌補了以往傳統(tǒng)機械調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在的缺陷，其本身的適應(yīng)性和反應(yīng)速度更加優(yōu)良。 研究可知，柴油機電控單元、傳感器和執(zhí)行器是電控系統(tǒng)之中的3 大組成要素，決定了柴油機電控系統(tǒng)性能。整體而言，電控柴油機能有效改善以往柴油機的缺陷，即減少污染物質(zhì)排放，因此，其可謂實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的有效路徑。