電子控制技術在汽車發(fā)動機中的應用
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1. 引言
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/196498.htm1)汽車發(fā)動機基本原理和構造
當今世界上的汽車發(fā)動機工作過程基本上都由四個沖程組成，即進氣、壓縮、膨脹和排氣。利用燃料和空氣的混合氣在氣缸內燃燒產生的高溫高壓氣體的膨脹，發(fā)動機借助于曲柄連桿機構通過曲軸對外輸出扭矩而作功。發(fā)動機按照所用燃料可分成汽油機、柴油機和燃氣發(fā)動機;按照點火方式可分成點燃式和壓燃式;汽油機按照空氣和燃油的比例可分成理論當量燃燒和稀薄燃燒;按照汽油噴射地點可分成中央噴射、進氣口噴射和缸內噴射。
發(fā)動機的各個部分按其功能可分成燃油供應系統、進氣排氣系統、點火系統、曲柄連桿傳動機構、潤滑系統、冷卻系統和輔助系統如發(fā)電機、起動機、空調壓縮機和各種泵等。
發(fā)動機工況可分成冷起動、起動后、暖機、怠速、部分負荷、全負荷、加速、減速和倒拖滑行等。這些工況主要根據負荷與轉速，結合發(fā)動機溫度(即冷卻液溫度)來區(qū)分。
2)電子控制在發(fā)動機中的重要意義
汽車電子控制始于發(fā)動機電子控制。電子控制之于1957年引入發(fā)動機以及于1967年商品化，其初衷是為了滿足越來越嚴格的排放法規(guī)要求，同時提高汽車的動力性、燃油經濟性和舒適性。現代汽車和發(fā)動機技術離開了電子控制是不可思議的。電子產品的產值在整個汽車中所占的比例隨著汽車級別的提升而升高，可達30%以上。
3)發(fā)動機電子控制的核心問題
汽油機電子控制的核心問題是燃油定量和點火定時。柴油機電子控制的核心問題是燃油定量和噴油定時。
2. 汽車和發(fā)動機電子控制系統的組成
汽車和發(fā)動機電子控制系統跟其它電子控制系統一樣，也是由傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器組成。
1)傳感器
(1)目前汽油機電子控制系統常用的傳感器有：
l 進氣岐管絕對壓力傳感器(提供進氣岐管絕對壓力信息供計算負荷等)
l 燃油壓力傳感器(提供油軌燃油壓力信息)
l 燃油箱壓力傳感器(提供燃油箱壓力信息)
l 機油壓力傳感器(提供機油壓力信息)
l 冷卻液溫度傳感器提供(提供發(fā)動機溫度信息)
l 進氣溫度傳感器(提供進氣溫度信息供計算空氣密度等)
l 空調蒸發(fā)器溫度傳感器(提供空調蒸發(fā)器溫度信息)
l 空調冷凝器溫度傳感器(提供空調冷凝器溫度信息)
l 空氣流量傳感器(提供空氣流量信息供計算負荷等)
l 節(jié)氣門位置傳感器(提供負荷信息、負荷范圍信息、加速減速信息)
l 油門踏板位置傳感器(提供負荷信息、負荷范圍信息、加速減速信息等)
l 霍爾傳感器(提供轉速信息、曲軸位置和相位信息)
l 感應式轉速傳感器(提供轉速信息和曲軸位置信息)
l 燃油箱液面位置傳感器(提供燃油箱液面位置信息)
l 爆震傳感器(提供發(fā)動機機體接收到的振動信息)
l 排氣再循環(huán)閥閥桿位移傳感器(提供排氣再循環(huán)閥開度信息)
l 氧傳感器(提供過量空氣系數l是大于1還是小于1的信息)
(2)目前柴油機電子控制系統常用的傳感器有：
l 增壓壓力傳感器(提供增壓壓力信息)
l 燃油壓力傳感器(提供共軌燃油壓力信息)
l 機油壓力傳感器(提供機油壓力信息)
l 冷卻液溫度傳感器(提供發(fā)動機溫度信息)
l 燃油溫度傳感器(提供燃油溫度信息)
l 進氣溫度傳感器(提供進氣溫度信息)
l 排氣溫度傳感器(提供排氣口和排氣管的溫度信息)
l 空調蒸發(fā)器溫度傳感器(提供空調蒸發(fā)器溫度信息)
l 空調冷凝器溫度傳感器(提供空調冷凝器溫度信息)
l 空氣流量傳感器(提供空氣流量信息)
l 節(jié)氣門位置傳感器(提供節(jié)氣門位置信息用于排氣再循環(huán)控制)
l 轉角傳感器(提供分配泵軸轉角信息)
l 油門踏板位置傳感器(提供負荷信息、負荷范圍信息、加速減速信息)
l 霍爾傳感器(提供轉速和曲軸相位信息)
l 海拔高度傳感器(提供海拔高度信息)
l 車速傳感器(提供車速信息)
l 感應式轉速傳感器(提供轉速信息和曲軸位置信息)
l 燃油箱液面位置傳感器(提供燃油箱液面位置信息)
l 排氣再循環(huán)閥閥桿位移傳感器(提供排氣再循環(huán)閥開度信息)
l 氧傳感器(提供過量空氣系數l的具體數值)
l 壓差傳感器(提供微粒物捕集器的壓差信息)
l NOX傳感器(提供排氣后處理系統的NOX濃度信息)
2)電子控制單元
電子控制單元(ECU)接受傳感器提供的各種信息并加以處理，根據處理向執(zhí)行器發(fā)出指令給，對發(fā)動機實施控制。電子控制單元由微型計算機和模擬電路組成。隨著發(fā)動機技術的不斷發(fā)展，電子控制單元的信息處理量越來越大，現在所用的芯片已經達到32位，晶體管數量可超過700萬個，匹配參數可超過6000個，針腳數目可超過150個。
3)執(zhí)行器
(1)目前汽油機電子控制系統常用的執(zhí)行器有：
l 電動燃油泵
l 電磁噴油器
l 點火線圈
l 各種怠速執(zhí)行器
l 炭罐控制閥
l 排氣再循環(huán)控制閥
l 電動節(jié)氣門(又稱電子油門)
l 液壓回路電磁閥(用于可變氣門定時控制等)
l 氣動回路電磁閥(用于可變進氣管長度控制等)
l 全可變氣門電子控制執(zhí)行器
l 渦輪增壓廢氣放空控制閥
l 電動二次空氣泵
l 三效催化轉化器加熱執(zhí)行元件
l 冷卻風扇
l 空調壓縮機電磁離合器
l 發(fā)動機上的其他輔助設備
(2)目前柴油機電子控制系統常用的執(zhí)行器有：
l 電動輸油泵
l 各種燃油噴射泵
l 噴油量執(zhí)行器(集成于燃油噴射泵內)
l 噴油提前角執(zhí)行器(集成于燃油噴射泵內)
l 燃油切斷閥(集成于燃油噴射泵內)
l 共軌高壓泵
l 共軌壓力控制閥
l 各種共軌噴油器
l 單元噴嘴系統和單元泵系統的高壓燃油電磁閥
l 熾熱塞
l 排氣再循環(huán)控制閥
l 電動節(jié)氣門(又稱電子油門)
l 可變氣門控制執(zhí)行器
l 可變進氣管長度執(zhí)行器
l 渦輪增壓廢氣放空控制閥
l 冷卻風扇
l 空調壓縮機電磁離合器
l 發(fā)動機上的其他輔助設備
一部分柴油機傳感器和執(zhí)行器集成于燃油噴射設備之內，因所用的柴油噴射設備而異。
3. 汽油機基本的電子控制項目
1)燃油定量。這是汽油機最重要的電子控制項目?？刂茖ο笫沁M入發(fā)動機的空氣與燃油的質量比例，由ECU根據發(fā)動機的負荷、轉速和冷卻液溫度等參數決定。負荷就是駕車人對發(fā)動機的扭矩要求，通過吸入空氣量或油門踏板位置傳遞給ECU。執(zhí)行器是電動燃油泵和電磁噴油器。燃油定量影響汽車的動力性、燃油經濟性、舒適性、排放和零部件的安全。
2)點火定時。點火定時通常用點火發(fā)生時活塞在壓縮沖程上止點之前多少度曲軸轉角，即點火提前角來表征，也要根據發(fā)動機的負荷、轉速和冷卻液溫度等工況參數決定。執(zhí)行器是點火線圈。點火定時同樣影響汽車的動力性、燃油經濟性、舒適性、排放和零部件的安全。
3)爆震控制。汽油機爆震會損壞發(fā)動機，惡化排放和燃油經濟性。通過電子控制避免爆震的主要途徑是減小點火提前角。所以爆震控制通過點火定時控制實施。但是過小的點火提前角會影響燃油經濟性。爆震控制的目的就是使點火提前角保持在恰好不發(fā)生爆震的臨界點。
4)油箱蒸發(fā)排放物控制。油箱蒸發(fā)排放物都是碳氫化合物，是有害物質，必須利用活性炭罐加以吸附，并在適當的時候用新鮮空氣清洗活性炭罐。清洗氣流通過進氣管送入氣缸燃燒。并不是任何工況下都可以進行清洗，所以要利用炭罐控制閥對清洗氣流加以控制。
4. 柴油機基本的電子控制項目
柴油機基本的電子控制項目就是燃油定量和噴油定時。這兩者都由噴射設備根據轉速、負荷和冷卻液溫度等信息控制。這里，負荷信息由油門踏板傳感器提供。如果說汽油機可以采用，也可以不采用油門踏板位置傳感器的話，那么柴油機必須采用。
5. 擴展的發(fā)動機電子控制項目
1)擴展的汽油機電子控制項目
l 可變進氣管長度電子控制。用于提高發(fā)動機動力性。
l 可變氣門電子控制。用于提高發(fā)動機動力性、經濟性和舒適性，降低有害物質排放。
l 增壓壓力電子控制。用于提高發(fā)動機動力性和經濟性，降低有害物質排放。
l 排氣再循環(huán)電子控制。用于降低發(fā)動機氮氧化物排放。
l 二次空氣電子控制。用于滿足歐4以上法規(guī)對碳氫化合物和一氧化碳排放的要求。
l 三效催化轉化器燃油加熱或電加熱電子控制。用于滿足歐4以上法規(guī)對排放的要求。
l 停車-起動運行電子控制。用于提高發(fā)動機經濟性和滿足歐4以上法規(guī)對排放的要求。
l 氣缸封閉和氣門封閉電子控制。用于提高發(fā)動機經濟性，降低有害物質排放。
l 噴油壓力和噴油定時控制。用于汽油直噴，提高動力性和經濟性，降低有害物質排放。
2)擴展的柴油機電子控制項目
l 噴油壓力電子控制。用于提高發(fā)動機動力性和經濟性，降低有害物質排放。
l 噴油規(guī)律電子控制。用于提高發(fā)動機動力性和經濟性，降低有害物質和噪聲排放。
l 多次噴油電子控制。用于提高發(fā)動機動力性和經濟性，降低有害物質和噪聲排放。
l 可變進氣管長度電子控制。用于提高發(fā)動機動力性。
l 可變氣門電子控制。用于提高發(fā)動機動力性、經濟性和舒適性，降低有害物質排放。
l 增壓壓力電子控制。用于提高發(fā)動機動力性和經濟性，降低有害物質排放。
l 排氣再循環(huán)電子控制。用于降低發(fā)動機氮氧化物排放。
l 停車-起動運行電子控制。用于提高發(fā)動機經濟性和滿足歐4以上法規(guī)對排放的要求。
l 氣缸封閉和氣門封閉電子控制。用于提高發(fā)動機經濟性，降低有害物質排放。
l 微粒物捕集器再生電子控制。用于降低發(fā)動機微粒物排放。
6. 展望和結語
1)發(fā)動機電子控制系統是一個非常有潛力的市場。隨著排放法規(guī)的逐步趨嚴和燃油經濟性要求的逐步提高，發(fā)動機技術正在飛速發(fā)展，新的電子控制技術還在不斷涌現。
2)都說世界制造業(yè)的重心正在向中國轉移。汽車行業(yè)，包括汽車電子行業(yè)，也在一定程度上出現了這種趨勢。但是，目前中國發(fā)動機電子控制系統的原配套產品基本上都出自外資企業(yè)。這些企業(yè)組裝產品用的元件幾乎都不是在中國生產的。由此我國喪失了許多GDP和就業(yè)崗位。國營和民營企業(yè)技術水平低下，只能仿造外資企業(yè)的產品，跟在外資企業(yè)后面從維修備件市場分一點殘羹冷飯。有的甚至還偷偷摸摸地打著外資企業(yè)的招牌，干著生產假冒偽劣產品的勾當。這種局面應當扭轉。政府應當看到，這個行業(yè)的發(fā)展將會帶來巨大的GDP增長，并創(chuàng)造大量的就業(yè)機會。所以政府應當做出規(guī)劃，對這一行業(yè)加以扶植和整頓。
3)若要振興中國自己的發(fā)動機電子控制工業(yè)，首先必須具備一個先決條件：汽車廠和發(fā)動機廠要與發(fā)動機電子控制零部件生產商攜手合作，共擔風險，并承諾：一旦實踐證明國產的發(fā)動機電子控制系統能夠滿足要求，就在自己生產的發(fā)動機上采用國產產品。
4)企業(yè)的生命力在于新產品開發(fā)。發(fā)動機電子控制技術是伴隨著發(fā)動機技術一起發(fā)展的。我國轎車行業(yè)一貫放棄發(fā)動機技術的獨立開發(fā)，他們無從知曉下一代的發(fā)動機會是怎樣的。零部件行業(yè)，包括發(fā)動機電子控制行業(yè)，也就無從開發(fā)自己的新產品，所以永遠落后于國外同行，永遠依靠引進技術。若要改變這種局面，首先要發(fā)動機廠摒棄一貫的所謂“拿來主義”，逐步從引進技術過渡到自行開發(fā)，并吸收零部件生產商參與產品的系統開發(fā)和同步開發(fā)，這樣才能共同有所創(chuàng)新。舍此別無它路可循。政府應當進行引導和制定鼓勵政策。
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