柴油發動機電控系統概述

紀元

摘 要：本文主要講解了柴油機電子控制技術的出現與發展、柴油機電子控制系統的主要特點及存在的問題及其發展趨勢，為同行學習本內容提供參考。

關鍵詞：柴油發動機；電控系統

柴油機電子控制技術有了較快的發展，許多功能各異的柴油電子控制裝置和系統相繼開發研制和生產投放市場。20世紀90年代中期以來，電控共軌系統已經達到實用化程度。共軌系統中，在130～160MPa的高壓下可使燃油很好地霧化，通過多段噴射可以細致地控制燃燒，對降低燃油消耗、降低噪聲、降低振動及排放等方面都起到了巨大的作用。柴油機電子控制技術的發展和應用，使柴油機技術水平進入一個新的歷史階段。

1 柴油機電子控制技術出現的必然趨勢

在剛剛過去的20世紀中，一方面科學技術的各種突飛猛進，另一方面人類的生存與發展也遇到了前所未有的挑戰。人類文明已陷入了非常尷尬的境地： 人類在創造一個豐富的物質世界的同時，也付出了犧牲整個生存空間的沉重代價。我國是一個人口眾多、資源相對不足的國家，走一條具有中國特色的可持續發展道路，不僅是對聯合國等世界組織的承諾，而且也符合中國的國情。可持續發展問題已不僅是各國政府的行為，它還是每個地區、每個行業、每個企業、每個社會團體，甚至是每一個人的事情。

面對日益嚴重的能源危機和環境污染，國際內燃機界不停地尋找實現汽車工業可持續發展的途徑。在不斷的技術發展中，人民對柴油機、車用柴油機有了更新、更深入的認識。

柴油機電子控制技術的出現與發展是一個必然趨勢，究其原因，主要有以下兩個方面：

原因之一是由于石油能源危機及嚴重的環境污染，對柴油機這一主要移動式動力裝置的燃油經濟性和排放指標，提出了幾乎是十分苛刻的要求所到制的。原因之二是單片微型計算機的出現，大大地促進了柴油機控制系統的更新換代，使柴油機電子控制技術的出現有發展成為必然趨勢。

2 柴油機微機電子控制系統

盡管目前已發展出許多功能各異的柴油機電子控制系統，如噴油系統控制、調速控制、進/排氣控制及廢氣渦輪增壓器噴嘴環截面控制系統等。其基本組成大體上是相同的，它們均與被控對象（柴油機與動力裝置）構成一個閉環反饋控制系統。一般可將電控柴油機分為四個部分，即被控對象、傳感器、以單片機為核心的控制器及執行器。后三部分組成柴油機電子控制系統。

傳感器的主要功能是檢測發動機的運行參數或狀態。

以單片機為核心的控制器是柴油機電子控制系統的大腦。

執行器是柴油機電子控制系統實現對柴油機進行調控的最終手段，它按照控制器的“意圖”動作。

柴油機電控系統工作流程大體如下：傳感器檢測到的各信號先送入模/數（A/D）轉換器（如果輸入信號是模擬量），然后通過控制器的接口輸入。在控制器的存儲器中，存有所需的發動機的調控參數或狀態的目標數據。這些目標數據是柴油機的各種不同參數和最優運行結果的綜合，一般是通過統計或實測而得到的。當由傳感器檢測到的發動機的某一實際參數進入單片機控制器后，先與存儲器中的相應參數和最優運行結果比較。如果兩者相同，則整個感柴油機電制控制系統保持原狀態，發動機繼續按先前狀態運行。反之，當實際參數偏離目標參數時，單片機控制器則會根據該偏離值的大小和極性（正或負），按一定的控制策略進行有關信息的處理。

讀數字信號的處理主要有兩種方法：第一種是根據預定控制規律的控制算法對輸入信號進行直接運算和處理，然后輸出控制信號，這是較為簡單的控制；第二種是對輸入的數字信號進行特征抽取，即對輸入信號的處理并不是為了得到直接控制決策的作用，而是從大量的輸入信號中抽取那些有用的信息，然后根據所抽取的特征值來決定控制決策信號。這些信號只能以數碼形式出現，它既可以表示數值的大小或極性，控制器以代表約定的確定信息。當執行器所需的是連續時間函數信號（模擬量）時，控制器的輸出信號還必須通過數/模轉換器（D/A），然后再輸給執行器的驅動部分。這樣，執行器就按特定的規律調節發動機的有關機構，使發動機的相應參數或狀態向目標值逼近。逼近程度如何又可由傳感器來檢測，并將檢測結果再次送給單片機控制器。如果循環，就形成了一個閉環反饋控制系統，使發動機按最優狀態運行。上述過程是柴油單片機控制應用中較為普遍的一種控制過程，它類似于最優控制。

3 柴油機電子控制系統的主要特點

柴油機電子控制的一個突出的特點是借助單片機的功能，可以實現更為復雜的控制規律，而這在以前則是不可能的。在采用單片機電子控制系統之后，柴油機的面貌大為改觀，且隨著單片機電子控制系統的逐步發展和不斷成熟，人們對柴油機所提出的種種苛刻要求逐步得以滿足。下面介紹單片機控制系統的特點：

1.改善柴油機的經濟性和排放。

2.提高發動機的工作可靠性。

3.響應快、控制精度高。

響應要快是對一個控制系統的基本要求。控制系統從接受到一個信息開始，到處理完畢并輸出控制信號所需的時間一般為毫秒級。這個時間要遠遠小于發動機或其他機械控制機構的響應的時間。因此，一旦發動機機器系統的運行參數或狀態稍微偏離目標值，微機控制系統就能立即進行跟蹤并予以實時調節和控制。正是由于響應快這一特點，使得單片機控制系統能實現機械制系統所不能實現的一系列的功能。

控制系統的控制精度越高，被控對象的性能指標就越容易接近最優值。單片機控制的高控制精度主要體現在四個方面：

1.輸入信號的高保真；

2.單片機控制器內部的數據處理或傳輸；

3.高分辨率的輸出信號；

4.控制策略靈活。

4 柴油機電子控制系統存在的問題及其發展趨勢

由于柴油機單片機電子控制系統具有許多獨特的優點，因而能迅速躋身于柴油機控制領域，并逐步取代傳統的機械式控制系統和模擬電路控制系統。但是也應看到，柴油機電子控制系統并不是萬能的，也表示十全十美的。

首先，說它不是萬能的，是因為它參與柴油機的控制的主要作用，是使被控對象柴油機能在接近于其最優運行狀態下工作，而該最優運行狀態則完全取決于發動機本身，與控制系統的存在與否無關。換言之，發動機是否具有內在的高性能，取決于發動機的設計者，而高性能則在很大程度上依賴于單片機電子控制系統。

其次，柴油機微單片機電子控制系統也存在一些固有缺陷，可靠性問題首當其沖。在實際應用中，柴油機電子控制系統遇到了一些機械式控制系統從來沒有遇到的問題，既電磁干擾問題。抑制干擾是單片機控制系統必須解決的重要問題，若不采取有效的抗干擾措施，控制系統是無法工作的。

柴油機電子控制系統是一門多學科的綜合性技術，對于各分學科來講，一般并沒有不可逾越的重大技術障礙，同時單片機電子控制系統的應用也并不需要專門的技術和技能，只要掌握一般技巧便可使用，加之這種系統的性/價比較高，經濟效益較為明顯，因此，隨著時間推移，預計柴油機電子控制系統不久就會占領大部分柴油機市場。另一方面，柴油機電子控制系統的控制水平也會逐步發展和提高，控制過程將會越來越復雜，相應地其所帶來的經濟效益也會越來越高，用戶也將越來越樂意采用這種系統。在工業技術發達的國家，柴油機電子控制系統已從研制階段轉向批量生產階段，許多產品已系列化并投放市場，取得了明顯的經濟效益。相信不要多久，柴油機電控應用的鼎盛時期就會到來。

參考文獻

[1]丁鳴朝.渠樺等.汽車維修技師培訓教材.人民交通出版社，2003年3月出版

[2]徐家龍.柴油機電控噴油技術.人民交通出版社，2004年3月出版

[3]王尚勇.楊青.柴油機電子控制技術.機械工業出版社，2005年1月出版

[4]Bauer H. Diesel Engine Management. Robert Bosch GmbH，1999

[5]陳三昧.汪祥本.柴油機共軌電控燃油噴射技術.汽車電器，2005.9