農用電控柴油發動機技術培訓研究

周翔 閆威

電控柴油發動機是指采用電控柴油噴射技術的發動機，它由發動機控制單元（ECU）控制柴油機燃油噴射時刻、噴射脈寬和噴射規律。與傳統的機械噴射系統相比，電控噴射技術可以有效地提高柴油機的動力性和經濟性，大幅度降低尾氣污染。隨著《非道路移動機械用柴油機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、進口和銷售的農用機械全面配裝國三柴油發動機。國三柴油機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，需對農用柴油發動機進行一系列技術改進，其中最為重要的就是使用電控柴油噴射技術。

1 技術類型

目前，市場上的農用國三柴油發動機，除極少部分采用“機械柴油發動機+廢氣再循環（EGR）”架構外，大部分采用電控柴油噴射技術。電控柴油噴射技術分為三類：

1.1 電控高壓共軌技術

技術原理：利用高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成閉環系統，將噴射壓力的產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動機燃燒室的油量，從而保證柴油發動機達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

單體泵是用于產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的發動機，噴油器仍然采用機械式噴油器，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，由凸輪軸驅動單體泵上的滾輪，推動套筒內的柱塞向上運動，產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

電控分配泵是在VE 型分配泵的基礎上改進而來，通過傳感器、ECU 和執行器實現電控。其組成與電控直列式燃油噴油系統相似，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是將VE 分配泵中的機械調速器換成電控執行機構，保留溢油環，采用旋轉式電磁鐵控制溢油環的位置從而控制噴油量；而時間控制式電控分配泵系統，則取消了原VE 型分配泵上的溢油環，在進油通路上設置一個電磁溢流閥，從而控制噴油時間。

以上三類電控柴油噴射技術的使用，配合增壓中冷技術、廢氣再循環技術和配氣系統等機體優化，可以使農用柴油發動機達到國三階段排放標準。待國四排放標準正式實施時，電控單體泵技術和電控分配泵技術也將正式退出農用柴油機的歷史舞臺，“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（EGR）+氧化催化轉化(DOC)+柴油機顆粒捕集(DPF)”所代表的“電控高壓共軌+機外排氣處理”技術將成為國四階段農用柴油發動機的主要技術。

2 技術特點

2.1 帶有電控系統

帶有電控系統是電控柴油機區別于傳統柴油機的最大特點。電控系統一般由電控單元（ECU）、傳感器和執行器三大部分組成。其中，ECU 為控制核心，傳感器為控制基礎，執行器為控制對象。電控系統既能夠對柴油機噴油量和噴油時間進行有效控制，又能夠對發動機怠速、進氣、燃油噴油、空調、渦輪增壓、EGR 閥、故障診斷等進行控制，可減少機械誤差，保證發動機平穩運轉，提高動力性和經濟性。

2.2 自我診斷

ECU 是柴油機電控系統的控制模塊，其作用是接收各種傳感器和開關信號，進行運算、分析、比較、判斷，并根據預先設定的程序向執行器發出指令［3］，實現發動機控制。當傳感器及其連接電路出現故障時，ECU 會進行識別，確認后以故障碼的形式進行存儲，點亮故障指示燈，提醒駕駛人進行檢修；必要時可以啟動安全保護功能。維修時，可以通過儀器讀取故障碼、數據流以及波形，實現快速維修。

2.3 低溫啟動

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

2.4 排放性能好

電控柴油機可以根據發動機的轉速和負荷精確控制噴油量，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，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有效減少顆粒物和降低排放量。

3 培訓要求

3.1 培訓內容更廣

電控柴油機相比傳統機械柴油機，從結構、功能、原理到故障檢測與維修都發生了很大變化，傳統的培訓內容已經不能完全適應新的培訓要求。中壓增冷、廢氣再循環、電子控制等新技術的引入，以及傳感器、電子控制器和電磁閥等電子元件的使用，使培訓內容的寬度和廣度都得到了擴展，教學內容亟待更新。

3.2 技術要求更高

與傳統柴油發動機相比，電控柴油機結構更加復雜，其核心的電子技術、傳感技術、自動控制理論等都是傳統農機培訓的“弱勢點”，提高培訓的深度和學員的接受度，是培訓組織者和教學人員面臨的新要求。

3.3 設備要求高

傳統的柴油發動機培訓，除了拆裝工具外，通常只需要量缸表、百分表、千分尺等量具。而電控柴油機培訓，還需要增加用于讀取ECU 數據的故障診斷儀、電腦，以及用于檢查線束、電子元件的萬用表、示波器等設備設施。

3.4 安全生產要求高

電控柴油發動機工作時，高壓油路內的燃油壓力可以達到150 MPa，如果發生泄漏或飛濺，可以輕易擊穿人體，造成安全事故。電控柴油發動機在正常工作時，嚴禁拆卸高壓油路系統，即便是停機后，也必須按照說明書要求等高壓系統完全泄壓后再進行有關作業。因此，在開展電控柴油機培訓時，必須做好安全宣傳和技術規范宣貫工作。

4 做好技術培訓的對策與建議

4.1 合理設置培訓課程

對普通的農機駕駛人員，應重點培訓電控柴油發動機的安全使用要領，解答機具操作疑惑，以提高其作業效率；對機具管理人員，應重點培訓電控柴油機的維護保養知識，以提高機具使用壽命；對機具維修人員，應重點培訓現代化檢測設備的使用方法，提升其排除電控系統故障的能力。

4.2 不斷改進教學手段

通過制作flash 動畫和三維動圖等手段，將語言文字和現實中很難展現的燃油系統和電控系統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，增強受訓人員的直觀感受，加深其對知識的理解；通過制作教學模型和教學視頻，提高受訓人員的視聽感受，提升培訓質量。

4.3 科學編制培訓教案

電控柴油發動機培訓涉及先進的電子、電氣和控制技術，部分內容較為深奧，不容易理解和掌握。因此，教學人員應該首先弄通吃透教學內容，再根據不同培訓對象的特點，科學合理地編制教學文案，采用通俗易懂的教學語言，讓參訓人員能夠更加簡單、明了地接受培訓內容。

4.4 全面提升師資水平

加強師資隊伍建設是提高農機培訓質量的必然要求。農機培訓教學人員應積極鉆研業務，主動學習掌握電控柴油發動機相關知識，增強理論修養和操作技能，不斷提高服務“三農”的能力和水平。