电子控制技术在汽车发动机上的应用与

摘 要：文章阐述了现代汽车发动机采用电子控制的历程,现代汽车发动机采用电子控制是必然趋势,介绍了采用发动机电控燃油喷射、可变气门正时及升程以及电子控制节气门等现代新技术.

关 键 词：现代汽车发动机；电子控制；应用

在现代汽车上,电子技术的应用越来越广泛,今天的汽车已经进人了电脑控制的时代.电子技术和计算机技术的发展为汽车技术性能的提高,经济性和舒适性的改善,乃至对减少汽车废气污染都创造了良好的条件.汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命,汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志,是用来开发新车型,改进汽车性能最重要的技术措施.据统计,从1989年至2000年,平均每辆车的电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16%增至23%以上.在一些豪华轿车上使用单片微型计算机的数量已经达48个,电子产品占到整车成本的50%以上.目前电子技术的应用几乎已经深人汽车,尤其是发动机上所有的系统.

发动机采用电子控制是必然趋势

由于汽车的保有量不断增加,人们对生活质量也越来越注重,因而,汽车排放的有害气体对大气的污染日益引起人们的重视,特别是在美国洛杉矾以及日本发生光化学烟雾事件后,造成很大影响.一些发达国家的政府开始研究制定法规对汽车的排放进行限制.美国、日本及欧洲一些国家在20世纪60年代末相继提出限制排放的法规,而且不断地严格.美国有的州甚至还提出了低污染或无污染车的要求.这样日趋严格的要求,用传统的结构是无法达到的,于是电子技术起了很大的作用.也可以说是排放法规推动了电子技术在发动机上的应用,大量采用电子控制是从发动机管理开始的.

采用电子控制发动机

发动机采用电子管理是从20世纪60年代应用电子点火开始.当时是一种比较简单的、用锗功率晶体管结构,非常昂贵并对环境很敏感.到70年代,电子点火在轿车上已成为标准装置.电子点火系统大致有白金晶体管点火系统、霍尔电压发生器晶体管点火系统、感应脉冲波发生器晶体管点火系统及电容器放电式点火系统等.

电子点火系统与传统结构的不同之处在于它不是靠触点断电,而是由信号发生器发出信号使点火控制器进行控制.由于其点火线圈的一次电流像普通点火系统那样受触点控制,可以增大；因而提高了点火能量.此外,由于信号发生器的信号不是由机械凸轮控制,点火的正时可以更为精确,取消了触点也就不存在触点火花的问题,因此工作可靠,也无需维护与保养,大大方便了用户.

由于电子技术的不断发展,又出现了微机控制点火系统,由微机接收水温、进气压力、空气流量及曲轴位置与转速等信号,经微机分析处理,按最佳燃烧的要求,控制点火线圈三极管的导通和截止.这样,就可以更精确地根据发动机工况来控制点火正时.

电子点火系统

电子点火系统是指利用半导体器件（如三极管、可控硅代传统点火系统的机械开关,接通或断开初级电流的点火系统.电子点火系统由微机、传感器及其接口、执行机构等几部分构成.该系统可根据传感器送来的发动机各种参数进行运算、判断,然后进行点火时刻的调节,这样可以节约燃料,减少空气污染.根据储能方式不同,电子点火系统可以分为电感点火系统和电容点火系统两大类.

电控燃油喷射

电子控制燃油喷射系统（简称EFI）是用计算机控制燃油供给量的装置,它能在各种工况下,精确地控制混合气空燃比,各缸混合气的分配在质与量两个方面都较为均匀,从而使各气缸都能获得良好的混合气,保证燃烧得完全与及时,保证发动机始终工作在最佳状态,使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气.与传统的化油器装置相比,它具有易于起动发动机,且起动时间短、省油、排放污染少、加速性能好,以及动力性强等优点.到20世纪纪70年代后期,电子控制化油器及电子控制燃油喷射系统快速发展.这是由于开始可以提供微控制器,电控喷油技术比电子点火系统要复杂多了.但它使精确及灵活的控制成为可能,使直喷式汽油机的梦想得以实现,并达到稀薄燃烧,大大改善燃烧效率,提高燃油经济性15%并改善排放.同时对冷启动、瞬时加速、过渡状态的平稳I生等发动机性能都有帮助.国外20世纪8O年代以后的小型汽车都普遍采用这种装置,我国近年来也大力普及采用这种装置,逐渐淘汰了化油器装置.

燃油喷射有单点喷射及多点喷射两种形式.定喷射系统是通过设在空气流量传感器与分油盘之间的连杆,使活塞往上或往下移,以调整空气,燃油混合比.气流控制喷射系统,即通过空气流量传感器与电子控制器监控发动机状况,利用电磁式喷射器开启时间的变化来增减供油量、调整混合比.其控制是根据空气流量、发动机温度、发动机转速、进气温度、节流阀位置、进气压力及氧传感器的信息通过计算机来进行的.

电控燃油喷射系统用于汽车已二十多年.在这期间,有了很多改进,特别是直喷式汽油机的推广,推动了发动机电子控制系统的发展.该系统将原来各自独立的电子控制燃油喷射系统与电子控制点火系统组合在一起,共用一套传感器和一个控制单元,使喷油与点火真正能达到精确的优化匹配,使发动机能更好地适应各种工况及外部环境.其工作机理主要是靠电子监测对发动机扭矩的需求来控制发动机的各种功能及负荷.扭矩需求的输入信号主要是根据驾驶信号操纵加速踏板的状况,同时也考虑其他系统,如防抱制动及驱动防滑电子控制系统的输入信号.发动机的外部负荷及内部控制功能,如发动机的启动、怠速速度控制以及三元催化转换器的加热等,也都一样组合在一起.所有这些输人数据,皆由电子控制单元加权处理并转换成一简单的扭矩要求,以此对每一个特定工况确定节气阀位置、点火提前角及喷油量.用这种优化匹配的结果,既可降低油耗,同时还降低了排放.

连续可变气门正时及升程

发动机采用电子控制的另一个新领域就是连续可变气门正时及升程.通用汽车公司将此结构用于雪弗兰车型上.福特汽车公司亦已在其1.7L发动机上应用.丰田汽车公司则在其3L的直列6缸发动秽1（用于丰田1998年的Supra及GS300、SC300车型）,以及4L的V8发动机（用于Ls400及GS400车型）上作为标准装置投放于美国市场.除了可以降低排放及降低油耗外,还可加大输出功率.本田及福特是首先将这种结构用于低档车正在开发一种液力驱动式气门机构,取消凸轮轴、推杆、摇臂等气门驱动机构.用到6.4L的V8秽1（用于轻卡）上.西门子公司也在研究电磁式气门,这都将为电子控制开辟新的应用领域.

电子控制节气门

电子控制节气门是一个发展较快的电子技术.通用、丰田、西门子以及飞亚特公司均已开始生产并装于汽车上.此装置可替代行驶车速控制系统.在欧洲这一结构发展较快,现已从豪华高档车发展到普通国民车（大众汽车公司的新型甲壳虫车涡轮柴油机上）.

控制模块的安装位置

控制模块的安装位置也是一个重要的问题.20世纪70年代,电子控制单元承受不了发动机舱内的严酷环境,都装在客舱内的前围下方,因此,就有大量的线柬穿过前围板进入发动机舱.到了80年代,一些新材料开发出来,使控制单元可以进入发动机舱,但仍远离发动机.新一代电子模块已可以做得非常严实,不仅可装在发动机舱内,而且可以装在发动机上,因而大大简化了布线.这种模块完全采用了不同的技术,功能强,尺寸小,具有更强的计算能力.同时,它能耐高温环境和承受强烈的振动,并将集成更多的控制功能于一体.

克莱斯勒汽车公司开发的动力传动系统控制模块SBECIIIA,是一种第三代的单板电子控制器.它具有先进的爆震传感器输出信号,根据发动机转速区分出噪声与爆震.它能提供很低的怠速转速,即保持500r/min的稳定转速.而当蓄电池电压过低需提高充电率时,或在停放车辆过程中需加大动力转向助力时,以及使用空调降低车内温度时,可将怠速转速提高到650r/min.这种控制器的软件可在任何时候进行更新,如需要改变性能或排放控制,在装配厂或经销商处就可以很快地更改,比更换整个控制器便宜得多.由此可以看出在发动机电子控制方面的技术进步及集成化、模块化的趋势.今后,将会把电子控制节气门、电子控制变速器、行驶速度控制器等都集成为一个动力传动系统电子控制模块.

发动机其它电子控制装置

除上述之外,在发动机上利用电子技术的内容还有：直喷柴油机、废气再循环、怠速控制、电动油泵、发动机输出、冷却风扇、发动机排量、节气门正时、二次空气喷射、发动机增压、油气蒸发及系统自我诊断功能等.由于排放的要求越来越严格,对降低油耗的压力也越来越大,降低CO对汽车来说也就降低油耗.这一切都要求对发动机的燃烧过程有更好的控制,而目前的传感器及微处理器的运算能力、存储能力都还不理想,这将仍是今后的一项重要课题.