控制系統(tǒng)的基本組成和動(dòng)力控制系統(tǒng)的技術(shù)路線

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。