電控柴油機在工程機械中的應用
發布時間：2013-06-15
來源：中國自動化網
類型：
解決方案
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電控柴油機
導讀：
目前，國內工程機械發動機普遍采用渦輪增壓及中冷技術，高技術含量的電噴技術還沒有被廣泛應用，發動機性能沒有質的提高，影響了我國工程機械行業的整體水平。歐美國家對工程機械(非公路用)已經實施了相應嚴格的排...
目前，國內工程機械發動機普遍采用渦輪增壓及中冷技術，高技術含量的電噴技術還沒有被廣泛應用，發動機性能沒有質的提高，影響了我國工程機械行業的整體水平。歐美國家對工程機械(非公路用)已經實施了相應嚴格的排放標準(歐Ⅱ或TierⅡ)，雖然我國還沒有頒布相應的行業標準，但是頒布排放標準也勢在必行。在工程機械中采用電噴柴油機可以達到排放標準，并獲得較高的動力經濟性能，結合國內外經驗，宜采用中壓共軌或高壓共軌電控柴油機。
1、工程機械用柴油機的特殊要求
(1)柴油機負荷率高、沖擊大。
例如裝載機、鏟運機類最大負荷工況與平均負荷之比為1.6～2.0，其中一個工作循環內大負荷時間為20～80s左右；推土機、單斗挖掘機類最大負荷工況與平均負荷之比為2～3，一個工作循環內最大負荷時間為10～15s。
(2)柴油機性能要適應變負荷工況。
當阻力轉矩大于柴油機標定轉矩時，柴油機進入速度特性區工作，柴油機在較大范圍內波動。其中的低頻小周期波動將使柴油機轉速處于不穩定的工作狀態。由于機械式調速器的慣性滯后作用于載荷產生不適應狀況，這種波動將較大影響燃油供給系正常工作。
2、電控噴油柴油機的原理及優點
原理如圖1所示。
通過各種傳感器檢測出發動機的實際運行狀態，輸入到電子控制單元(ECU)，形成數據MAP，從數據MAP中計算目標噴油量，向執行器發出指令，進行控制，并且反復循環操作。電噴系統有如下的優點。
(1)自由控制噴油壓力。
電控噴油柴油機的噴油壓力不受曲軸轉速以及凸輪形狀的影響，可以根據需要靈活控制，能夠提高噴油壓力、提高供油能量、改善霧化質量、縮短噴油延續時間，從而降低NOx排放。在大負荷工況下可以通過提高噴射壓力。推遲噴油定時的方法求得NOx和PM(顆粒)的折中關系。在低負荷工況下則需要減少混合燃料的比例，同時降低噴油初期的噴射壓力。
(2)精確控制噴油量。
根據傳感器的信息。ECU計算出目標噴油量，計算出噴油裝置需要的供油時間，并向驅動單元發送驅動信號，從而控制噴油量。在基本噴油量、怠速轉速控制、啟動油量控制、各缸不均勻油量補償控制、恒定轉速控制等各種運行狀況下，實現最佳噴油量制。
(3)精確控制噴油定時。
通過各種傳感器監測發動機當時的工況條件和環境條件，并根據這些實時條件計算出最佳噴油時間，將結果送給執行器(定時控制閥TCV)，控制流入或流出提前器的工作油。由于工作油對提前機構的作用，改變燃油壓送凸輪的相位角，或提前、或延遲，從而控制噴油定時。
(4)自由控制噴油率。
電噴柴油機能夠自由地實現對噴油率的控制，不僅能夠實現靴形噴油率，還可以實現圖2所示的多段噴油。各段噴油的作用和效果如表1所示。
(5)擴展了故障診斷、聯絡等功能。
自我故障診斷功能就是由ECU監視、發現電子控制系統中故障產生的位置，并向駕駛員或修理人員提供故障信息的功能。同時可以解決運行參數及監測數據的存儲與傳遞，有利于對機械的動態管理。
3、工程機械中裝配電噴柴油機的應用狀況
采用電控噴射可以按照要求自由控制噴油時間、噴油壓力、噴油量和噴油規律，在一定的意義上實現了可控燃燒。在工程機械上使用電控柴油機，應將柴油機電控系統與主機的控制系統結合，將機械的最大功率與一般功率等模態特征用程序寫入控制單元中，并將工程機械液壓油油壓、油溫以及負載傳感器信號輸入到ECU中，可根據作業情況，選擇包括柴油機冷啟動時的噴油量、低速加濃、最佳噴油提前角、調整特性、怠速、空燃比、正常壓力補償等最優化控制。達到較嚴的排放標準和更佳的經濟性能，自我故障診斷能力可保證機械的可靠運行。
國外的電噴柴油機技術比較成熟，表2列舉了常見的各種電控噴射系統的成熟產品。
工程機械中已經開始采用電控柴油機，如卡特彼勒公司生產的PM-102、PM-200、PM-201型路面冷銑刨機裝配了機械驅動式電控單體噴油系統(MEUI)，它將電子控制技術的先進性與機械直接控制燃油噴射的簡單性互相結合，并且在整個發動機運行速度范圍內對噴射壓力具有優良的控制能力，精確控制的燃燒周期降低了燃燒室溫度，從而減少排放，燃燒更充分，使得燃油費用轉換成更多的工作輸出，滿足TierⅡ和歐Ⅱ排放標準。PM-200型發動機裝有HEUI電子噴射裝置及ADEM A-4模塊，可提高22%的噴射壓力．便于燃油完全、高效燃燒，燃燒效率可提高5%，NOx下降40%，轉矩增加35%，個別工程機械產品的機外噪聲已降至72dB(A)。如北京三環路改造工程為了提高施工速度和質量，減少對環境的污染，采用了瑞典戴納派克公司最新一代PL2100S銑刨機，該機配備了康明斯QSX15型全電控柴油機，具有非常明顯的燃油經濟性和超強動力性，大大降低了發動機的噪聲，尾氣排放達到汽車排放的歐Ⅱ標準。如迪爾采用EUI系統(電控泵噴嘴)，康明斯采用IS系統(一種交互式共軌噴射系統)等，并且有逐步擴大應用的趨勢。
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