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产品开发与产业升级——中国车用柴油机工业的历史教训

2014-07-27 14:54 性质:转载 作者:孙 喜 来源:中国工业报
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  三.柴油机电控技术的发展:向复杂(系统)产品的演变
  1970年代以来ICT的渗透,虽然没有改变柴油机“吸油-泵油”循环的工作原理,却彻底改变了柴油机的结构与工艺条件,使其从最初的机械结构逐渐发展为多部件、多技术、信息技术密集的复杂产品:电子技术从喷油系统向空气系统和燃烧系统延伸,并逐渐形成一个完整的电控系统。对整机运行与设计的理解因此成为主机企业利用信息技术的必要条件。
  在传统机械结构中,直列泵、泵喷嘴和分配泵三种喷油系统都是通过调整机械泵凸轮的喷油提前角和曲轴曲拐来实现产品系列化(调整额定功率)的目标,这种工作“(油泵)车间里的老师傅自己摸着做,不出一个礼拜就能改出来。”70年代之后相继出现的位置控制技术和脉动式时间控制技术都保留了凸轮结构,而通过凸轮结构和喷油提前角控制油压、油量的设计存在一个先天缺陷:这种设计在小负荷时容易出现燃烧不充分,在大负荷下又会动力不足。
  这为稳压式时间控制技术创造了机会。90年代中后期,戴姆勒-奔驰公司的研究证实了稳压式喷油系统在降噪减排方面的优势,也为稳压式控制技术路线的全面发展奠定了基础。为了彻底消除喷油脉动,稳压式系统将泵油和喷油功能分开,油泵将燃油泵入各缸共用的油管——共轨,共轨以相对独立稳定的压力(有中压和高压之分)将燃油压入油嘴。其中,高压共轨系统后来成为稳压式系统的主流。独立形成的喷油压力和快速响应的喷油作业,使控制器(ECU)能够根据工况实时控制共轨压力、喷油始点及持续期,这就为稳定可控的多次喷射创造了条件。
  在喷油系统技术进步的同时,环保法规的升级刺激了其他领域、尤其是空气系统的技术进步。其中,进气方面的涡轮增压和中冷技术大幅提高了燃烧效率;后处理(如废气催化)和再循环(EGR,ExhaustGasRecycle)则成为尾气处理的热点。尾气处理及电喷技术的合理匹配是发动机满足欧Ⅳ以上排放标准的必要条件。
  在这种情况下,ECU不再是单纯的喷油系统控制器,而成为协调、监控柴油机整体运行的微型电脑:遍布于喷油、燃烧、空气各子系统的传感器将柴油机运行和车辆行驶中的全方位状态信息实时传输给ECU按照预先设定的控制策略,ECU根据输入信号来判定实际工况并决定输出信号、向喷油开关、增压压力控制阀等执行机构发出指令,实现各子系统的动态匹配;其中,控制策略是一个与发动机及整车性能高度相关的数据库,是ECU执行控制功能的基础。这使ECU取代了喷油泵在柴油机工作过程中的核心地位,并从根本上改变了柴油机的产品升级路径,喷油泵升级(加装新泵)被反求难度更大的ECU升级所替代。这意味着:主机企业再也无法通过对机械结构的反求模仿来开发新产品,而必须理解柴油机的各项技术原理,正向开发新的电控系统和新机型,才能实现各部分的动态匹配和整机运行的最佳状态。这使车用柴油机主机企业的系统集成能力(复杂产品工业中的产品开发能力)变得日益重要。

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