汽車發動機電控系統新技術分析

白煒 鄒雙寅

摘要：汽車是人們生活的重要交通工具之一，汽車在使用的過程中難免會發生各種故障。電控系統是汽車發動機的核心部件，其性能會直接影響汽車的正常運行和行車安全。隨著電控系統新技術的不斷發展，會越來越將汽車的性能提高到一個嶄新的高度，如果其中某一系統出現問題，發動機便出現故障。本文對汽車發動機電控系統的組成及工作原理進行分析，然后對一些電控系統的新技術進行研究，希望對以后的研究可以有一些參考作用。

關鍵詞：汽車發動機;電控系統;新技術分析

1汽車發動機電控系統介紹

汽車發動機電控技術是電子技術在汽車領域的應用，電子技術遍布現代汽車的各個部位，包括車身、底盤、發動機等等，雖然每個部位功能各異，但是基本原理都是一樣的。由于這類部件本身與電子技術和微電子技術有關，所以通常遇到的問題比較復雜，在故障的解決和排查上都有很大的難度，傳統的汽車修理辦法在這方面毫無用武之地。汽車電控系統是保證汽車正常運轉的關鍵部分，汽車中的每一個關鍵部分都會受到電控系統的指揮。在本文重點探討的部分，汽車發動機電控技術的主要組成部分是電控點火系統、電子燃油噴射系統和怠速控制系統。汽車發動機電控技術的工作原理首先通過內部傳感器對控制系統發出的指令進行控制，通過指令輸入裝置將指令轉化為電信號傳輸到各個電子控制單元，然后控制單元對信號進行處理，最后由執行器將各個來自于電控單元的指令變成對汽車具體的控制操作。電控技術對整個汽車工業有著巨大的影響，提高了汽車發動機的性能和動能，減少了汽車能耗，也減少了廢氣的排放，減少了污染。

2汽車發動機電控系統新技術

2.1渦輪增壓技術

在內燃機和混合動力車領域，發動機排量小型化的趨勢愈加明顯。渦輪增壓技術憑借其在降低油耗及節能減排方面的巨大優勢，迎來了極大的市場機遇。例如，博格華納首創的汽油機可變截面渦輪增壓器（VTG）通過改變廢氣渦輪的進氣截面，能大大提升渦輪增壓器的響應和增壓效率。該技術始于2002年與保時捷的合作，十年間，博格華納對汽油機VTG渦輪增壓技術進行了持續的革新，推出面向各類汽油發動機的VTG渦輪增壓器。2017年，博格華納成功研發出了基于第六代產品設計的汽油機VTG渦輪增壓器，在裝配和結構上進行了更新換代，進一步提高了空氣動力學效率和可靠性。預計該款VTG渦輪增壓器將于2019年年中廣泛投入市場。汽油機VTG渦輪增壓器可與米勒循環發動機組成最佳“黃金組合”，有利于未來搭配電機組成混合動力系統，為混合動力汽車大規模市場化做準備。通過VTG渦輪增壓器結合米勒循環工作模式，可兼顧低速和高功率兩端的性能要求，提高發動機高轉速下的整體效率。另外在較低發動機排放溫度下運行的米勒循環，使得汽油VTG采用更為經濟的核心調節系統材料變得更加可能，也進一步讓汽油VTG技術從原來高端汽車應用變成更具有普適性的技術。

2.2可變進氣歧管

進氣歧管是發動機進氣的主要通道，為發動機提供均勻的進氣，是發動機的重要零件之一。可變長度進氣歧管系統主要由進氣管轉換閥、進氣管轉換閥控制機構等組成。進氣管轉換閥控制機構包括ECU、進氣管轉換真空電磁閥、進氣管轉換真空膜盒和真空作用器等部件。當發動機轉速低于3500r/min時，ECU根據負荷、溫度等信號將真空電磁閥的電路切斷，電磁閥不工作。真空作用器與真空膜盒間的真空管路被關閉，真空膜盒真空腔通過電磁閥與空氣相通，這時，真空膜盒膜片兩側均為大氣壓力，膜片在彈簧彈力的作用下被壓向空氣腔一側，并帶動推桿移動，使進氣管轉換閥處于關閉狀態，空氣通過較長進氣道進入氣缸，使發動機在低轉速時可獲得較大的扭矩。當發動機轉速超過3500r/min時，ECU根據負荷、溫度等信號將電磁閥電路接通，電磁閥工作，將真空作用器與真空膜盒之間的管路接通。此時進氣管內的真空度經真空作用器、電磁閥被傳入到真空膜盒的真空腔。這時，膜片的空氣腔一側為大氣壓力，真空腔一側為真空壓力，并形成壓力差△P（△P=PO-PU），在此壓力差的作用下，膜片克服壓縮彈簧的彈力被壓向真空腔一側，并通過推桿帶動轉換閥轉動，使轉換閥打開。此時空氣通過較短的軌跡流入氣缸內可降低沿程阻力，使發動機高轉速時獲得較大的功率。

2.3可變配氣相位

可變配氣技術能夠根據發動機的轉速、負載和外界環境改變氣門升程和配氣相位，滿足各種工況的最佳配氣要求，對于提升發動機的有效轉矩、降低燃油消耗和減小污染物排放具有重要意義。目前，常用的可變配氣技術主要有BMW公司的Val-vetronic和Vanos、Honda公司的VTEC、奧迪的AVS以及豐田的VVT-i等，然而這些技術或多或少的存在一些產品成本較高、調節復雜、可調范圍有限等缺點，因此可變配氣技術的發展仍然存在巨大的潛力。作為可變配氣技術中的一類，液壓可變配氣技術及系統發展迅速。有研究提出了一種全可變液壓氣門機構方案，研究了氣門落座的控制措施和壓力波動對氣門的影響規律。再有研究人研制了一種電液式可變配氣系統，利用仿真與實驗相結合的方法分析了氣門的運動規律。還有研究對電控液壓雙活塞配氣系統進行研究，利用仿真軟件搭建了氣門運動仿真平臺，并根據氣門運動控制要求對系統結構參數進行了優化。總結現有技術的發展狀況，在液壓可變配氣技術中，氣門運動主要與油壓波動、氣門彈簧參數、氣門落座緩沖性能等多個因素影響，情況比較復雜。因此，對氣門運動控制方法研究顯得尤為重要。新型液壓可變配氣系統通過容積調節實現氣門相位和升程連續可變，與現有的可變配氣系統相比，能夠更好地改善發動機性能。

2.4缸內直噴技術

缸內直噴技術又稱燃料分層噴射技術，將燃油由噴油嘴直接噴入缸內，它實現了在同等排量下發動機動力性和燃油經濟性的完美結合，是直噴式汽油發動機領域的一項創新的革命性技術。該技術可以進一步提高汽油機熱效率與降低汽油機排放，尤其是低負荷下的燃油消耗降低、動力顯著提升。缸內直噴技術采用了兩種不同的燃燒模式，即均質燃燒模式和分層燃燒模式。均質燃燒模式是指在進氣行程后期向燃燒室內噴入燃油，在進氣行程與壓縮行程中完成與空氣的充分混合，并在點火時刻使缸內形成較為均勻的混合氣，確保穩定點火。分層燃燒模式是指在壓縮行程噴入燃油，隨著壓縮行程的進行，燃油與空氣混合，直至點火時刻，從火花塞處至缸壁，燃油濃度由濃到稀，保證有效點火，火焰傳播也正常，從而提高燃油經濟性。而傳統的汽油發動機是將汽油噴射到進氣管中，與空氣混合后再進入氣缸內燃燒，優化啟動時不穩定循化的排放和輸出。雖然有許多優點，也存在一些缺點。因為是新技術，研發成本很大，對于車主來講較傳統電噴車需要更加頻繁更換火花塞等零部件。對燃油質量要求比較高，需要使用更高標號的燃油，無形中增加了車主的用車成本。缸內直噴發動機比傳統電噴發動機更容易產生積碳，車主需要使用價格昂貴的缸內直噴發動機專用添加劑來解決積碳困擾。

3結束語

科學技術的進步與發展給汽車行業注入了勃勃生機，原有的技術經過改良衍生而成了新的技術體系，更為符合新時期汽車產業的發展需要。本文主要對發動機電控系統進行了研究分析，得出了其組成及控制系統的具體工作過程，最后對發動機電控系統的一些新技術進行分析。本文的工作為后續對發動機電控系統的研究提供一定的參考。

參考文獻

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（作者單位：長城汽車股份有限公司）