引言

随着电子技术的迅猛发展，单片机在船舶柴油机动力控制以及检测领域的应用越来越广泛。基于提高动力装置的经济性、动力性，实现适时调节控制的需求，电控柴油机已成为船舶柴油机领域的重点发展方向。所谓电控型柴油机也称为智能型柴油机，即将电子设备及软件应用于船用柴油机并成为其基本组成部分的一种新型柴油机。

1柴油机电控系统概述

1.1柴油机电控技术发展历程

从历史发展情况看，柴油机电子控制系统的开发处于前列，且已实现大规模发展，如电子控制柴油喷射系统。电子控制柴油喷射系统基本组成示意图截至目前，电控柴油喷射系统已经历了3次控制形式的变化：位置控制式电控柴油喷射系统、时间控制式电控柴油喷射系统、高压共轨式电控柴油喷射系统。

1.2柴油机电控系统功能及特点

柴油机电控系统的功能呈多样化特征，一方面，其能对燃油喷射进行控制，另一方面，其还具备综合控制柴油机与自动变速器、故障自诊断和失效保护、巡航控制、启动控制、排放控制、增压控制、进气控制及怠速控制的功能。柴油机电控系统具有传统机械控制系统所不具备的优势，其可强化发动机的经济性和动力性，并减少柴油机运行过程中诸如微粒、氮氧化物一类的污染物排放，同时实现发动机运转稳定性、低温启动性的优化与改善，且更好地控制涡轮增压，使发动机能在更广泛的场景中应用。可见，电控柴油机自身的控制精度更高，且能在更短时间内做出响应。

2柴油机电控系统工作原理

柴油机电控系统在反馈柴油机工况时，主要以柴油机自身的负荷和转速作为基本信号，与此同时，相关试验将柴油机的各种运行工况与喷油定时MAP及喷油量相对应，进而明确喷油定时与喷油量。此后，以大气压力、油温、水温等因素为依据，对柴油机进行补偿，以实现喷油正时和喷油量的最佳条件，并使用执行器完成控制输出。电控单元（ECU）、传感器及执行器是组成柴油机电子控制系统的三大构成要素。任何柴油机电控系统的工作原理基本一致，均围绕电控单元，将其作为系统的控制核心，系统控制基础为各种传感器，控制对象为执行器，从而使系统中每个部件处于最佳工作状态。

柴油机电子控制系统在实际应用时通过各类传感器完成信号的输入，包括冷却液温度、燃油温度、进气温度、进气压力、喷油时刻、加速踏板位置及转速等，将信号输送至A/D转换器后，凭借电子控制单元的接口完成输入。值得一提的是，进入A/D转换器中的信号必须为模拟量的状态。另外，在ECU储存器中，储存有传感器所需的状态目标参数或发动机调控参数，对于电子控制系统传感器输入的各类信息，柴油机电控单元能判断、处理并运算相关信号，以参数图谱（MAP图）或已储存的设定参数值为依据，将处理后的信号与之进行比较。当既定参照值与被比较数据一致时，柴油机电子系统整体将保持在原有状态，且继续运行；一旦被比较数据与既定参数值之间存在差距时，ECU将按照偏离值的正负或大小，采取相应策略对相关信息进行控制或处理。此外，柴油机电控系统中的执行器会遵循电子控制单元的指令，对电磁阀关闭持续的时间或供油齿条的位置进行控制，从而达到控制喷油量的目标。同时，在通过执行器控制电磁阀关闭始点、正时控制阀开闭的基础上，还可以对喷油正时进行有效控制。不仅如此，为优化柴油机的运行状态，使其处于良好工况，执行器还可控制多个具体的执行机构,如预热塞、废气再循环阀等，以发挥柴油机电控系统效能。

3柴油机电控系统应用情况

随着美国、欧盟、日本等国家持续升级排放法规,我国也对柴油机实行了全新的国Ⅵ排放标准,对于碳氢化合物、氮氧化物及悬浮颗粒的排放量限制更为严格,这要求柴油机技术进一步突破传统模式制约,充分利用电控技术提升动力性能,优化能源利用率和排放性能。电控技术在柴油机上的应用历史悠久,其与柴油机的结合主要经历了3个阶段:第一阶段为电子调速器电控柴油机技术阶段,这一技术是在传统柴油机机械结构的基础上进行的简单电气升级,能利用电动执行器的移动控制喷油量,并通过电控液压提前器调整喷油提前角,对于柴油机的其他功能不进行改变和控制;第二阶段为时间控制式电控柴油机技术阶段,在电子调速器技术的基础上,利用电磁阀保证喷射控制的时间精度,利用电磁阀的开闭时间控制供油量,并增加了部分传感器技术监测柴油机状态,且ECU对软硬件实时性要求更加严格;第三阶段采用了现阶段应用广泛的共轨式电控柴油喷射技术,是一种全新的供油喷射技术,充分利用了高压油泵、压力传感器和ECU的功能优势,实现对油压、供油量的精确控制,且供油压力与柴油机转速不直接相关,有效优化了柴油机的工作状态。

电控系统的应用有效实现了柴油机的技术升级,其应用价值主要体现在以下几个方面:1)有效提高了柴油机运转的控制精度,使控制指令的滞后性极大缩短;2)显著增强了柴油机的工作可靠性,针对温度、油压、排气等进行全面监测能有效避免故障发生;3)有效改善了柴油机的经济性和排放性能,且对于恶劣工况的适应性能得到提升。

4主要功能电

4.1供油控制

供油质量是影响柴油机性能的最主要因素之一,电控系统对于供油控制的主要方式包括:1)供油量控制;2)供油时机控制;3)供油逻辑控制;4)供油压力控制。在共轨式电控柴油喷射技术中,能够精确控制喷油正时,并根据柴油机的负载及转速等多种参数优选最合理的供油逻辑,改善循环燃烧过程,并能够通过压力传感器实时监测共轨燃油压力,通过调整供油压力改变供油量,并改善喷射压力。

4.2进气控制

进气质量是影响柴油机燃烧做功的另一个重要因素,电控系统对于进气质量的优化功能包括:1)配气控制技术,包括正时控制和涡流控制两类,正时控制主要是结合柴油机的关键运转参数运算和决策配气逻辑,利用正时机构优化柴油机的配气相位,保证在不同工况下达到最佳配气相位,涡流控制也是结合柴油机的运转工况进行的优化控制,通过进气涡流比脉谱图逻辑控制进气强度,以满足不同转速下对进气强度的需求;2)进气预增温技术,通过分析冷却液温度,控制加热装置对进气增温,以改善柴油机在寒冷环境下的使用性能及启动稳定性。

4.3排气控制

电控系统能有效实现对柴油机排气的优化,常用技术包括排气再利用技术和排气增压技术。排气再利用技术主要是利用控制装置将排出的废气重新收集并使其参与柴油机运转,进而减少氮氧化物等有害物质的排放量;排气增压技术是利用废气对涡轮进行驱动,进而增加柴油机动力性能,并利用电控技术监测涡轮装置压力,改善涡轮驱动性能和安全性。

结束语

随着电子控制技术和微处理器的不断进步，柴油机实现了通过电控系统控制运行的目的，弥补了以往传统机械调节系统存在的缺陷，其本身的适应性和反应速度更加优良。整体而言，电控柴油机能有效改善以往柴油机的缺陷，即减少污染物质排放，因此，其可谓实现节能环保的有效路径。

参考文献

[1]郭海洲,褚全红,龚思扬,等.基于区块链技术的柴油机电控系统数据共享平台研究[J].现代电子技术,2022,45(19):173-177.

[2]丁行海,朱洪涛.柴油机电控系统中供电模块故障排除解析[J].汽车维修,2021(4):28-29.

[3]潘跃.农用国Ⅲ柴油机电控系统故障诊断方法[J].农业装备技术,2020,46(6):54-55.

[4]杨柏枫,王玉国,殷长春,等.基于模糊分析的电控柴油机掺烧丁醇性能优化[J].大连海事大学学报,2021,47(3):86-95+119.