柴油发动机怠速控制柴油机怠速稳定性的意义

怠速是车用柴油机最重要的运行工况之一。汽车保有量以及柴油机在汽车特别是轿车上应用的不断增加]，城市交通状况得不到及时改善，使得柴油机处于怠速工况的运行时间越来越多，车辆燃油消耗有相当大的比例归因于此。车用柴油机怠速工况时存在许多问题，如怠速游车、发动机转速飞升、车辆喘振等，怠速性能对柴油机各项性能指标（如燃油经济型、排放性能、操纵和舒适性）都有很大影响。因此改善柴油机怠速性能是柴油机控制系统必须解决的问题。

柴油发动机怠速控制（idle speed control of diesel engine）主要包括怠速转速的控制和怠速时各缸均匀性控制。柴油机怠速转速控制与汽油机的控制模式不同，它是通过对怠速时喷油系统循环供喷油量的控制来控制怠速转速。怠速时各缸均匀性控制是在各缸工作行程中精确测定出曲轴转速，由电控单元计算出怠速时各缸循环供油量的偏差，然后进行补偿控制。

首先，怠速性能影响柴油机的排放。由于柴油机怠速时压缩温度、压力较低，燃油雾化不好，混合气形成不均，燃烧不充分，使得排放性能变差。在怠速小负荷工况下，HC和颗粒的排放量均较高。因此，改善柴油机怠速性能对提高其排放性能指标具有重大意义。

其次，怠速性能影响柴油机的操纵性和舒适性。车用柴油机怠速时运转不稳，致使柴油机输出扭矩波动，从而激起整个驱动系统的扭振，这种车辆以低频（小于5Hz）前后震动的现象，称为车辆的喘振，它不仅会引起车身振动，使车辆的操纵性能变坏,降低了汽车的舒适性,而且还会产生较大的噪声，影响传动系统的寿命。柴油机的运转不稳还会产生车辆的上下振动，由于驱动系统的反作用，车辆的上下运动引起车辆的前后颠簸，这种颠簸对乘坐舒适性有重大影响。另外，柴油机难以在某些低速区域内稳定运转，易产生发动机转速飞升现象，在外界负荷作用下也可能产生失速等现象，这些现象对车辆的操纵性能都有很大影响。

怠速性能还会对柴油机其它性能产生影响。中低速柴油机的转速工作范围较窄，当出现怠速不稳定现象时，势必造成利用怠速转速升高的方法来提高怠速的稳定性，从而使得柴油机工作转速范围进一步变窄，这将使发动机燃油经济性变差，还会影响发动机与传动系的匹配。

车用柴油机怠速性能改善措施主要有机械改进和电子控制改进两个方面：

柴油发动机怠速控制机械改善方法

通过改进机械式喷油泵的零件结构，进而改善柴油机供油规律，提高柴油机的低速性能。

1)采用削平式出油阀

在喷油泵中出油阀的减压作用可以控制高压油管的残余压力，因此将出油阀减压带的一部分磨平，使出油阀的减压作用削弱，这样燃油可以旁通，可在油管内产生一定的残余压力。在低速小负荷区，第一个供油循环就可实现喷油，从而改善低速的不规则喷油现象，使N—Q曲线平滑。但这种方法会使系统动态性能变差，由于仍存在密集区，易产生喘振。

2)采用双导程柱塞

对于调速弹簧不能减弱的场合，可采用双导程柱塞结构。在低速小负荷工作段加大柱塞导程角，使喷油率变化增大，有助于防止转速飞升。

3)采用两级开启压力喷油器

为解决直喷式柴油机针阀开启压力较高和采用多孔喷油器带来的小供油量调节困难的问题，采用两级开启压力的喷油器。喷油器中用两根弹簧控制两级不同的开启压力，当喷油压力较低时，驱动第一级弹簧使针阀开启，实现喷油；而在高负荷时，驱动第二级弹簧实现喷油，这样使N－Q特性趋于平坦。

4)采用等压出油阀（CVP）

采用等压出油阀结构使高压油管内压力恒定，此时供油系统在低速时有较好的稳定性，消除了不规则喷射，而且具有良好的动态性能。

5)采用部分停缸的方法改善怠速性能

对于采用机械式供油装置的柴油机，为使其正常工作时有合适的供油量，会出现怠速时供油量较小的现象，因此会使怠速性能变差。怠速时可以只留半数气缸工作，从而保持每个工作气缸拥有较高的供油量，使转速不稳定情况得到改善。例如对12缸柴油机，让其中6缸工作，另外6缸停油，增加每缸的供油量，可减小不均匀度。

柴油发动机怠速控制电子控制方法

尽管机械改进方法对改善柴油机怠速性能有一定的效果，但很难从根本上解决问题。例如当怠速弹簧刚度弱时，发动机容易转速飞升，而怠速弹簧刚度强时，发动机容易产生游车。另外，机械式调速装置具有响应速度慢的致命弱点。因此，进一步改善怠速性能需借助于响应速度更快的电子控制系统。

1)采用各缸喷油补偿控制方法改善怠速稳定性能

怠速时各缸喷油量不均是影响柴油机怠速稳定性的一个重要因素，因此可利用电子控制响应速度快的特点进行各缸油量的补偿控制,消除因各缸工作差异引起的转速波动,从而改善柴油机怠速稳定性能。

2)采用学习控制方法进行怠速控制

日本电装公司的ECD－P2电控喷油系统中的ISC控制（IdleSpeedControl）系统，使系统在不同条件下都能保证发动机以稳定怠速运转。该系统用比例电磁线圈进行直列泵齿杆位置控制，采用学习控制方法，确定怠速转速控制范围，检测油量的变化，并对怠速油量变化进行补偿，实现了怠速闭环自学习控制。

3)其他方法

前面介绍的改进柴油机怠速性能的方法主要体现在对喷油系统的改进。此外，还可以通过其他方法如EGR废气再循环的控制减少怠速敲缸的振动和噪声，改善燃烧系统，而且这种方法也可以降低怠速时的油耗、烟度和排放。

功能

1、柴油机控制器带手动及全自动控制功能。当自启动信号输入或人工按下启动按键，控制器便自动完成自启动、机组运行、故障停机保护等程序控制和过程控制。

2、柴油机控制器自动监控功能。自动监控发动机在启动、怠速、升速、全速等过程的速度变化，自动完成启动电机的投入与撤出、转速过高与过低的超限停机、速度正常后输出运行（合闸）信号等。

3、柴油机运行状态显示功能。柴油机控制器根据系统现时运行状况，由指示灯或显示屏指示设备当前所处的状态，包括：待机、开机、供油、自启动、怠速延时、正常运行、冷却停机、紧急停机等。

4、运行参数检测、显示功能。柴油发电机控制屏在系统运行过程中，显示屏显示实时转速并通过翻页显示发电频率、（EP-30、EP-40增加油压、水温显示）、运行时间及蓄电池电压等现时数值。（EP-10、EP-20）的机油压力、冷却水温的参数则由用户原机配套仪表进行测量和显示。

5、故障自诊断、故障显示及自动停机保护功能。机组在自启动及运行过程中出现异常情况时，控制器可根据预设参数判断其故障，并通过面板的显示屏和相应的指示灯同时显示故障原因，外接蜂鸣器用户可接收自动报警信号；机组也将同时停机，对机组实施保护。柴油机控制器自动报警并停机保护的项目包括：无转速信号（启动转速过低、发电机不发电、启动电机与启动飞轮打滑）、超速、低速、低油压、高冷却温度、启动失败、停机失败、外接扩展报警输入等。

本书详细讲述了柴油机电子控制系统，重点是柴油机电控喷油系统，从第一代的位置控制式燃油喷射系统、第二代的时间控制式燃油喷射系统，到第三代的共轨式燃油喷射系统都作了详细介绍，并介绍了控制器、传感器、执行器的分类、结构与理论。在执行器部分，还详细介绍了各种执行器的斗争技术及其相关的基础知识。控制模型与控制算法重点介绍了经典的PIC控制原理及模糊PID控制等新的控制技术。本书还介绍了柴油机电子控制技术在废水涡轮增压器可变喷嘴环、可变进气涡流、可变进排气门及废气再循环等领域里的发展，最后介绍了柴油机电控系统工程实现中的问题。

本书可作为动力机械及工程专业的本科生和研究生的教材，也可供从事柴油机电控系统研究、设计、维修、使用等方面的科技人员、工程技术人员阅读。

柴油机的增压控制主要是由ECU根据柴油机转速信号、负荷信号、增压压力信号等，通过控制废气旁通阀的开度或废气喷射器的喷射角度、增压器涡轮废气进口截面大小等措施，实现对废气涡增压器工作状态和增压压力的控制，以改善柴油机的扭矩特性，提高加速性能，降低排放和噪声。