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產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)業(yè)升級——中國車用柴油機工業(yè)的歷史教訓(xùn)

2014-07-27 14:54 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:孫 喜 來源:中國工業(yè)報
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  三.柴油機電控技術(shù)的發(fā)展:向復(fù)雜(系統(tǒng))產(chǎn)品的演變
  1970年代以來ICT的滲透,雖然沒有改變柴油機“吸油-泵油”循環(huán)的工作原理,卻徹底改變了柴油機的結(jié)構(gòu)與工藝條件,使其從最初的機械結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)展為多部件、多技術(shù)、信息技術(shù)密集的復(fù)雜產(chǎn)品:電子技術(shù)從噴油系統(tǒng)向空氣系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)延伸,并逐漸形成一個完整的電控系統(tǒng)。對整機運行與設(shè)計的理解因此成為主機企業(yè)利用信息技術(shù)的必要條件。
  在傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)中,直列泵、泵噴嘴和分配泵三種噴油系統(tǒng)都是通過調(diào)整機械泵凸輪的噴油提前角和曲軸曲拐來實現(xiàn)產(chǎn)品系列化(調(diào)整額定功率)的目標(biāo),這種工作“(油泵)車間里的老師傅自己摸著做,不出一個禮拜就能改出來?!?0年代之后相繼出現(xiàn)的位置控制技術(shù)和脈動式時間控制技術(shù)都保留了凸輪結(jié)構(gòu),而通過凸輪結(jié)構(gòu)和噴油提前角控制油壓、油量的設(shè)計存在一個先天缺陷:這種設(shè)計在小負(fù)荷時容易出現(xiàn)燃燒不充分,在大負(fù)荷下又會動力不足。
  這為穩(wěn)壓式時間控制技術(shù)創(chuàng)造了機會。90年代中后期,戴姆勒-奔馳公司的研究證實了穩(wěn)壓式噴油系統(tǒng)在降噪減排方面的優(yōu)勢,也為穩(wěn)壓式控制技術(shù)路線的全面發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。為了徹底消除噴油脈動,穩(wěn)壓式系統(tǒng)將泵油和噴油功能分開,油泵將燃油泵入各缸共用的油管——共軌,共軌以相對獨立穩(wěn)定的壓力(有中壓和高壓之分)將燃油壓入油嘴。其中,高壓共軌系統(tǒng)后來成為穩(wěn)壓式系統(tǒng)的主流。獨立形成的噴油壓力和快速響應(yīng)的噴油作業(yè),使控制器(ECU)能夠根據(jù)工況實時控制共軌壓力、噴油始點及持續(xù)期,這就為穩(wěn)定可控的多次噴射創(chuàng)造了條件。
  在噴油系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步的同時,環(huán)保法規(guī)的升級刺激了其他領(lǐng)域、尤其是空氣系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步。其中,進(jìn)氣方面的渦輪增壓和中冷技術(shù)大幅提高了燃燒效率;后處理(如廢氣催化)和再循環(huán)(EGR,ExhaustGasRecycle)則成為尾氣處理的熱點。尾氣處理及電噴技術(shù)的合理匹配是發(fā)動機滿足歐Ⅳ以上排放標(biāo)準(zhǔn)的必要條件。
  在這種情況下,ECU不再是單純的噴油系統(tǒng)控制器,而成為協(xié)調(diào)、監(jiān)控柴油機整體運行的微型電腦:遍布于噴油、燃燒、空氣各子系統(tǒng)的傳感器將柴油機運行和車輛行駛中的全方位狀態(tài)信息實時傳輸給ECU按照預(yù)先設(shè)定的控制策略,ECU根據(jù)輸入信號來判定實際工況并決定輸出信號、向噴油開關(guān)、增壓壓力控制閥等執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,實現(xiàn)各子系統(tǒng)的動態(tài)匹配;其中,控制策略是一個與發(fā)動機及整車性能高度相關(guān)的數(shù)據(jù)庫,是ECU執(zhí)行控制功能的基礎(chǔ)。這使ECU取代了噴油泵在柴油機工作過程中的核心地位,并從根本上改變了柴油機的產(chǎn)品升級路徑,噴油泵升級(加裝新泵)被反求難度更大的ECU升級所替代。這意味著:主機企業(yè)再也無法通過對機械結(jié)構(gòu)的反求模仿來開發(fā)新產(chǎn)品,而必須理解柴油機的各項技術(shù)原理,正向開發(fā)新的電控系統(tǒng)和新機型,才能實現(xiàn)各部分的動態(tài)匹配和整機運行的最佳狀態(tài)。這使車用柴油機主機企業(yè)的系統(tǒng)集成能力(復(fù)雜產(chǎn)品工業(yè)中的產(chǎn)品開發(fā)能力)變得日益重要。

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