隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展,汽車的電子化程度逐年增加。當(dāng)前,汽車電子技術(shù)進(jìn)入了優(yōu)化人、汽車、環(huán)境的整體關(guān)系階段,向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及安全化方向發(fā)展,并為汽車上的集中控制提供了基礎(chǔ)。
電子技術(shù)已經(jīng)在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)控制、底盤控制、故障診斷以及音響、導(dǎo)航等各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用,顯著提高了車輛的整體性能。今天我們主要來(lái)講一講發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。
動(dòng)力控制系統(tǒng)以電子控制單元(ECU)為控制核心,以空氣流量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為控制基礎(chǔ),以噴油器、怠速空氣調(diào)整器等為控制對(duì)象,保證獲得與發(fā)動(dòng)機(jī)各工況相匹配的最佳混合氣成分和點(diǎn)火時(shí)刻,主要由燃油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)三大部分組成。
1控制系統(tǒng)的基本組成
控制系統(tǒng)是指控制對(duì)象與控制器的總稱。
1.控制對(duì)象
控制服務(wù)的對(duì)象,稱控制對(duì)象。發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制對(duì)象,它受兩種干擾量的作用:一種是外界條件的作用,這種作用量稱干擾作用量;另一種是通過(guò)調(diào)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)改變的控制量的作用,這種作用稱控制作用量。
2.控制器
用來(lái)完成控制的裝置,稱控制器。例如控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置,稱為轉(zhuǎn)速控制器??刂破饔啥鄠€(gè)元件組成。不同的控制器有不同的元件,但都有敏感元件、放大隨動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)這三個(gè)基本部分。
(1)敏感元件
敏感元件又稱測(cè)量元件,它感受被控參數(shù)或弓|起被控參數(shù)變化的干擾量的變化。例如,感受被控參數(shù)轉(zhuǎn)速變化的離心飛重,就是轉(zhuǎn)速敏感元件;感受引|起被控參數(shù)轉(zhuǎn)速變化的干擾作用量變化的膜盒,就是壓力敏感元件。
(2)放大隨動(dòng)裝置
放大隨動(dòng)裝置由放大元件和隨動(dòng)裝置兩部分組成。在控制器中,由于放大元件與隨動(dòng)裝置是聯(lián)合使用的,有著密切的聯(lián)系,通常把它們一起稱為放大隨動(dòng)裝置。
(3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)也稱控制機(jī)構(gòu),用來(lái)改變控制量的大小。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中的油門]開(kāi)關(guān)、柱塞式油泵的斜盤都是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
控制器除了具有上述三個(gè)基本元件外,還常常設(shè)有一一些其它元件。如比較元件、計(jì)算元件和校正元件等,在此不再敘述。
2動(dòng)力控制系統(tǒng)的技術(shù)路線
為了落實(shí)我國(guó)汽車發(fā)展總體路線,支撐節(jié)能汽車、純電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車、氫燃料電池汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等重要產(chǎn)品的發(fā)展,制定了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)路線圖。
汽車動(dòng)力控制技術(shù)路線重點(diǎn)在于采用高效燃燒、降摩擦、先進(jìn)控制等技術(shù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率,以多檔化和高效化提高傳動(dòng)效率,采用混合動(dòng)力技術(shù)進(jìn)一步降低整車油耗。
3熱效率
有關(guān)燃油經(jīng)濟(jì)和二氧化碳排放的法規(guī)逐漸出臺(tái),迫使汽車制造商們制造更加高效的動(dòng)力系統(tǒng)。
近年來(lái),馬自達(dá)和豐田相繼在內(nèi)燃機(jī)熱效率上取得突破,馬自達(dá)的創(chuàng)馳藍(lán)天(SKYACTIV-X)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)最早將最大熱效率推進(jìn)到了38%。在與馬自達(dá)交換技術(shù)后,豐田做出了目前最大熱率最高的汽油發(fā)動(dòng)機(jī),達(dá)到40%,而混動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率更高,達(dá)到41%,并將在未來(lái)實(shí)現(xiàn)50%熱效率。
4燃油噴射技術(shù)
1.三大燃油噴射技術(shù)
(1)進(jìn)氣管汽油噴射技術(shù)
該技術(shù)難以保證節(jié)氣門后至進(jìn)氣門的一段管壁上不形成油膜或油滴,因此進(jìn)氣歧管的結(jié)構(gòu)對(duì)混合氣的輸送和分配有重大影響,燃油經(jīng)濟(jì)性很差。隨著汽車電控技術(shù)發(fā)展,主流的進(jìn)氣管噴射技術(shù)已經(jīng)逐漸淘汰。
(2)缸內(nèi)直噴技術(shù)
缸內(nèi)直噴技術(shù)簡(jiǎn)單的說(shuō),就是直接將燃油噴射到氣缸內(nèi),與由進(jìn)氣歧管導(dǎo)入的空氣在氣缸內(nèi)混合。這種噴射技術(shù)對(duì)噴油系統(tǒng)的技術(shù)要求很高,因?yàn)閲娪妥焓前惭b在氣缸內(nèi),缸內(nèi)燃燒溫度是一個(gè)很大的考驗(yàn)。其次這種技術(shù)的目的是壓榨每一滴燃油的能量,也就是所謂的稀薄燃燒。讓燃油在氣缸內(nèi)充分燃燒,同時(shí)大大減少排期中的碳?xì)浠衔?、一氧化碳?/p>
大眾的TSI,奧迪的TFSI,奔馳的CGI,三菱的GDI等等。這些看似很高端的學(xué)術(shù)名詞,本質(zhì)上都是缸內(nèi)直噴技術(shù)。
(3)混合噴射技術(shù)
將傳統(tǒng)的歧管多點(diǎn)噴射與缸內(nèi)直噴相結(jié)合。低負(fù)荷工況時(shí),歧管噴油嘴在氣缸進(jìn)氣行程時(shí)噴油,混合氣進(jìn)入氣缸,再配合壓縮行程時(shí)氣缸內(nèi)噴油嘴噴油,從而實(shí)現(xiàn)分層燃燒;高負(fù)荷工況時(shí),只在壓縮行程進(jìn)行缸內(nèi)直噴。這樣一來(lái),不僅可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率,還避免了上面提到的在低負(fù)荷工況下因氧氣過(guò)量導(dǎo)致的排放問(wèn)題。
混噴技術(shù)已經(jīng)慢慢發(fā)展為主流的燃油噴射技術(shù),例如豐田的D-4S技術(shù),在雷克薩斯GS和RC等系列上已經(jīng)應(yīng)用,大眾第三代EA888發(fā)動(dòng)機(jī)也采用了混噴技術(shù)。
2.三大電控主流技術(shù)路線
目前國(guó)際上實(shí)現(xiàn)三次排放的電控方式有三條主流技術(shù)路線:分別是電控單體泵、電控泵噴嘴和高壓共軌。
主要國(guó)際汽車配件供應(yīng)商都在進(jìn)行著柴油共軌噴射系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),如:博世、德?tīng)柛!?a href="http://srfitnesspt.com/tags/西門子/" target="_blank">西門子、電裝、VDO和馬格納馬瑞利公司,他們是全球主要的共軌噴射系統(tǒng)供應(yīng)商,目前在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)共軌柴油噴射系統(tǒng)的還只有博世一家。
(1)電控單體泵技術(shù)(EUP)
德國(guó)博世公司的電控單體泵系統(tǒng),采用較短的高壓油管,可實(shí)現(xiàn)較高的噴油壓力,最高可達(dá)250MPa。該系統(tǒng)采用告訴電磁閥控制噴油定時(shí)及噴油量。
(2)電控泵噴嘴技術(shù)
優(yōu)良的混合氣體是提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放率、降低噪音率的關(guān)鍵因素。這要求噴射系統(tǒng)產(chǎn)生足夠高的噴射壓力,確保燃油霧化良好,同時(shí)還必須精確控制噴油始點(diǎn)和噴油量。
(3)高壓共軌技術(shù)(CRDI)
共軌系統(tǒng)由高壓泵、噴油管、高壓蓄壓器(共軌)、噴油器、電控單元和傳感器及執(zhí)行器組成。共軌式噴油系統(tǒng)最大特點(diǎn)是將噴射壓力的產(chǎn)生與噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi),通過(guò)油壓實(shí)現(xiàn)精確控制,使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速基本無(wú)關(guān),極大程度降低了發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)和噪聲,同時(shí)將油耗進(jìn)一步降低,使排放更加清潔。但共軌技術(shù)的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng),一般只能達(dá)到160MPa左右。
5可變氣門技術(shù)
可變氣門正時(shí)技術(shù)幾乎已成為當(dāng)今發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置,為了進(jìn)一步挖掘傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的潛力,工程人員又在此基礎(chǔ)上研發(fā)出可變氣門升程技術(shù),當(dāng)二者有效的結(jié)合起來(lái)時(shí),則為發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況和轉(zhuǎn)速下提供了更高的進(jìn)、排氣效率。
我們最熟悉的可變氣門升程系統(tǒng)是本田的i-vtec,利用第三根搖臂和第三個(gè)凸輪即實(shí)現(xiàn)了看似復(fù)雜的氣門升程變化。這項(xiàng)技術(shù)在本田車型上的普及度較高,但是分段式的氣門調(diào)節(jié)方式還是令發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出不夠線性。
此外比較常見(jiàn)的可變氣門技術(shù)還有三菱的MIVEC,寶馬的Valvetronic、Double-VANOS、豐田的雙VVT、奧迪的AVS、菲亞特的Multiair等。
6增壓技術(shù)
汽油機(jī)增壓技術(shù)通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)充氣密度,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,改善熱效率,提高經(jīng)濟(jì)性,降低發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)排量,降低噪聲。
對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù),現(xiàn)在常見(jiàn)的主要是機(jī)械增壓和廢氣渦輪增壓技術(shù),也有雙增壓、氣波增壓等技術(shù)的應(yīng)用,同時(shí)增壓技術(shù)正在不斷進(jìn)步、創(chuàng)新。
機(jī)械增壓:直接將皮帶連接在引擎上,所以它的增壓功率和引擎的轉(zhuǎn)速成正比,同時(shí)沒(méi)有增壓的延遲問(wèn)題。但由于皮帶直接連接在引擎上,也增加了引擎的負(fù)擔(dān),而且驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓需要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率,因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)略高。
廢氣渦輪增壓:最大亮點(diǎn)即是將尾氣動(dòng)力充分利用,發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣仍有一定動(dòng)能和熱量,渦輪增壓器正好可以吸收這部分能量,以彌補(bǔ)進(jìn)氣時(shí)的“泵氣損失”。而且尾氣在經(jīng)過(guò)渦輪之后,溫度會(huì)有一定幅度下降,這不單純是將內(nèi)能傳遞給渦輪,很大程度是將內(nèi)能向動(dòng)能轉(zhuǎn)化的過(guò)程。這就進(jìn)一步利用了燃油產(chǎn)生的能量,優(yōu)化了能耗。但是在低速時(shí)渦輪不能及時(shí)介入,帶有一定的滯后性。
氣波增壓:由空氣定子、燃?xì)舛ㄗ雍娃D(zhuǎn)子組成,利用內(nèi)燃機(jī)廢氣能量使進(jìn)入氣缸的氣體增壓。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、不需要昂貴的耐熱合金材料,而且它的工作適應(yīng)性能好。但是缺點(diǎn)也很明顯,因?yàn)樗抢貌环€(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象來(lái)工作的,它本身就是一個(gè)噪聲源。由于需要靠曲軸來(lái)驅(qū)動(dòng),它在內(nèi)燃機(jī)上的安裝位置受到限制,而且重量和體積都比較大。
混合雙增壓:針對(duì)廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象,排氣管上并聯(lián)兩只同樣的渦輪(每三個(gè)缸一組連接一個(gè)渦輪增壓器),在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候,較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力,減小渦輪遲滯效應(yīng)。如大眾高爾夫GT上裝備的1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī),設(shè)計(jì)師就把渦輪增壓器和機(jī)械增壓器結(jié)合到了一起,形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。將機(jī)械增壓器安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)上,渦輪增壓器安裝在排氣系統(tǒng)上,從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低速、中速和高速時(shí)都能有較好的增壓效果。
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原文標(biāo)題:獨(dú)家|發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)路線及現(xiàn)狀解析
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