汽油機(jī)管理系統(tǒng)的控制目標(biāo)

蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 金小云

汽油機(jī)管理系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)與電子控制技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)晶，集中反映了科研人員為保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源在汽油機(jī)領(lǐng)域所獲得的成果，被廣泛應(yīng)用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。汽油機(jī)管理系統(tǒng)的控制目標(biāo)主要是對(duì)目標(biāo)空燃比、目標(biāo)點(diǎn)火角及排放進(jìn)行控制，如圖1所示。使發(fā)動(dòng)機(jī)在滿足環(huán)保性能指標(biāo)的前提下，再提高燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性等性能指標(biāo)。

圖1 汽油機(jī)管理系統(tǒng)的控制目標(biāo)

1 目標(biāo)空燃比控制

目標(biāo)空燃比控制由進(jìn)氣量控制和燃油供給控制2部分組成，通過(guò)對(duì)這2部分的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣和燃油的調(diào)配，根據(jù)有無(wú)反饋信號(hào)分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)、暖機(jī)、大負(fù)荷、加速等需要加濃的工況，氧傳感器溫度和冷卻液溫度低于正常工作溫度的情況下均采用開(kāi)環(huán)控制，在怠速及部分負(fù)荷時(shí)采用閉環(huán)控制。

在閉環(huán)工況時(shí)，汽油機(jī)管理系統(tǒng)將目標(biāo)空燃比控制在理論空燃比（過(guò)量空氣系數(shù)為1）附近，在過(guò)量空氣系數(shù)為1時(shí)，燃油與空氣混合的可燃混合氣燃燒最徹底，三效催化器轉(zhuǎn)換器的效率最高，各污染物排放最低，如圖2所示。

在開(kāi)環(huán)工況時(shí)，根據(jù)工況的不同對(duì)可燃混合氣的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，如冷啟動(dòng)、暖機(jī)、催化器保護(hù)、加速等工況時(shí)需要加濃，倒拖工況時(shí)進(jìn)行斷油控制。

2 目標(biāo)點(diǎn)火角控制

目標(biāo)點(diǎn)火角控制由點(diǎn)火提前角控制和爆震控制2部分組成，汽油機(jī)管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)這2部分的控制，將點(diǎn)火提前角控制在最佳點(diǎn)火提前角（發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率最大和油耗最低的點(diǎn)火提前角），使可燃混合氣燃燒后產(chǎn)生的溫度和壓力達(dá)到最大值，在顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的同時(shí)，還能提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少有害氣體的排放。

圖2 排放污染物與過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系

圖3 點(diǎn)火正時(shí)對(duì)燃燒壓力的影響

在中等負(fù)荷時(shí)，目標(biāo)點(diǎn)火角控制在最佳點(diǎn)火提前角；在大負(fù)荷，發(fā)生爆震時(shí)，減小點(diǎn)火提前角；在怠速時(shí)，對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行預(yù)留，因?yàn)樵诘∷贂r(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)僅需要克服內(nèi)部的摩擦阻力，如果此時(shí)工作在最佳點(diǎn)火提前角，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率最大，而需要克服的內(nèi)部摩擦阻力不變，必然導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高又將導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)參與燃燒的可燃混合氣增多，從而導(dǎo)致燃油經(jīng)濟(jì)性下降和排放污染物增加，所以，在怠速時(shí)，汽油機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行預(yù)留控制。

3 排放控制

排放控制主要包括尾氣排放控制和其他排放控制。大量的、各不相同的設(shè)計(jì)參數(shù)都會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的生成，而且發(fā)動(dòng)機(jī)也要滿足其他的性能要求，這些性能包括：燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、工作平順性、可靠性等，這意味著每種發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)都需要為了達(dá)到多種相互矛盾的目標(biāo)而不斷進(jìn)行協(xié)調(diào)。在發(fā)動(dòng)機(jī)諸多性能里，因?yàn)榄h(huán)保法規(guī)的要求，要優(yōu)先滿足排放性能，在滿足排放性能的前提下，盡可能優(yōu)化提高其他性能。目前發(fā)動(dòng)機(jī)中有多個(gè)系統(tǒng)是為了降低排放而配置的，如二次空氣噴射、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)等。