淺析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

周鵬 茍洪瑞 劉智勇

摘 要：電控系統(tǒng)在維持發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)性能方面具有至關(guān)重要的作用，也是推動(dòng)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。本文通過介紹電控技術(shù)的組成、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提升以及現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)未來汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展給出了一些觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)；節(jié)能減排；電控技術(shù)

一、引言

傳統(tǒng)車用發(fā)動(dòng)機(jī)一般是利用化石燃料在缸內(nèi)燃燒對(duì)外放出機(jī)械功的機(jī)器，由于燃料和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的特性，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能、排放性能和經(jīng)濟(jì)性在實(shí)際工作過程中易受其他因素影響不利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)，電子控制技術(shù)便被引入了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，電控技術(shù)已經(jīng)比較成熟，提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，特別是排放性能和經(jīng)濟(jì)性。

二、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的組成

發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)有三大核心部分組成，包括傳感器、執(zhí)行器和電子控制單元。這三個(gè)部分相互配合，互相支持，實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)的功能。

（一）傳感器

發(fā)動(dòng)機(jī)控制傳感器主要包括溫度傳感、氧傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速-曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、進(jìn)氣流量傳感器、爆震傳感器等，主要收集發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的參數(shù)，比如進(jìn)氣流量傳感器，通過測(cè)量工作過程中的進(jìn)氣量，再根據(jù)測(cè)得的進(jìn)氣量以及發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，并對(duì)照存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的MAP圖，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)需要的供油量。同時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器還可以收集信息，并反映發(fā)動(dòng)機(jī)故障的作用，其有利于發(fā)動(dòng)機(jī)后期的維修工作。

（二）電子控制單元

電子控制單元相當(dāng)于電控系統(tǒng)的大腦，其主要功能是將傳感器收集的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，并且根據(jù)算法計(jì)算相關(guān)參數(shù)并存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)，以此來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，同時(shí)分析汽車對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，最后對(duì)照存儲(chǔ)器中的控制數(shù)據(jù)，從事先存入控制單元內(nèi)的對(duì)照數(shù)據(jù)中，選擇合適的空燃比、點(diǎn)火提前角、進(jìn)排氣門開閉時(shí)刻、節(jié)氣門開度等相關(guān)參數(shù)信息，并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸?shù)綀?zhí)行器，同時(shí)接受反饋信息，不斷調(diào)節(jié)各輸出信號(hào)的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的控制。

（三）執(zhí)行器

執(zhí)行器是控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)任務(wù)的直接執(zhí)行者，電控系統(tǒng)通過執(zhí)行器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最佳狀態(tài)，即燃油消耗率最小、排放最少、功率足以滿足需求的同時(shí)盡量降低噪音的狀態(tài)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中的執(zhí)行器主要包括節(jié)氣門、火花塞、噴油器等。同樣由于發(fā)動(dòng)機(jī)自身工作時(shí)的特性，對(duì)執(zhí)行器提出了很苛刻的要求，比如汽油機(jī)中的火花塞，在工作時(shí)其會(huì)受到周期性變化的高壓電流的沖擊，以及缸內(nèi)變化劇烈的壓力和高溫，同時(shí)還要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要作用

現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)主要有電子燃油噴射系統(tǒng)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)、進(jìn)氣控制系統(tǒng)、排氣控制系統(tǒng)、怠速控制系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)、增壓器控制系統(tǒng)、失效應(yīng)急系統(tǒng)以及備用系統(tǒng)等常見系統(tǒng)。他們共同組成發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)，通過各自程序的控制，調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的較準(zhǔn)確監(jiān)控，并且根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的需求調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工況下保持最佳工作狀況，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能的目的。受利于現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的提高，逐漸發(fā)展起來了復(fù)雜、高效、可靠的電子控制系統(tǒng)，通過它實(shí)現(xiàn)了許多在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)下無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方案。在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作過程中，電控系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提升發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，甚至先進(jìn)的控制系統(tǒng)決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能，而與先進(jìn)國(guó)家電控系統(tǒng)的差距很多時(shí)候就決定了我們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)上的差距。

四、電控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)

近年來，隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的發(fā)展也取得了較大的進(jìn)步，傳感器的精度和質(zhì)量都有提高，同時(shí)電控系統(tǒng)所需的微處理器也已經(jīng)采用專業(yè)化的處理器，性能也有了相當(dāng)大的提高，同時(shí)執(zhí)行器也取得了進(jìn)步，整體而言，發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)相比以前已經(jīng)有了很大的變化，控制更加精確，響應(yīng)速度更快，處理能力也更加強(qiáng)悍。同時(shí)在電控系統(tǒng)所用軟件方面也逐漸發(fā)展起來了各種軟件。發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)各子系統(tǒng)的功能已經(jīng)取得了不錯(cuò)的進(jìn)步，但就整體綜合控制而言還需要深入研究。

就目前來看，車用內(nèi)燃機(jī)在短期內(nèi)很難有突破性的技術(shù)大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，同時(shí)傳統(tǒng)純內(nèi)燃汽車也會(huì)面臨變化，未來混合動(dòng)力汽車應(yīng)該會(huì)有較大的發(fā)展，而發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)也會(huì)朝著越來越精確的方向發(fā)展，即對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制越來越準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)越來越高效。發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)未來在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能以及提高發(fā)動(dòng)機(jī)壽命方面將會(huì)發(fā)揮越來越大的作用。同時(shí)受利與信息技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)也會(huì)向智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，以便于更好的提升汽車在實(shí)際運(yùn)行中的性能，減少排放和油耗。未來電控系統(tǒng)智能操作系統(tǒng)、中央處理器、發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)自控系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)故障智能處理系統(tǒng)以及節(jié)能減排技術(shù)方面將迎來較大的發(fā)展，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到較大的提升。

五、總結(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)是一個(gè)很復(fù)雜的技術(shù)，其結(jié)合了機(jī)械、電子技術(shù)、信息技術(shù)以及控制技術(shù)，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境極端，這些都是發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)發(fā)展面臨的阻礙。我國(guó)目前在發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)方面與美國(guó)、日本和德國(guó)等國(guó)家相比還存在較大差距，使得我們的發(fā)動(dòng)機(jī)與他們的發(fā)動(dòng)機(jī)在各方面都存在巨大差距。對(duì)我國(guó)而言，彌補(bǔ)在發(fā)動(dòng)機(jī)電控發(fā)面的缺陷是提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能至關(guān)重要的一步，只有擁有了先進(jìn)的電控技術(shù)，才能在原有發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，減少排放、提高運(yùn)轉(zhuǎn)性能，才能將我國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)提升到新的高度。

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作者簡(jiǎn)介

周鵬 茍洪瑞 劉智勇 汽車與交通學(xué)院

（作者單位：四川省成都市西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院）