汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)新技術(shù)探究

摘要：隨著汽車(chē)制造技術(shù)水平的不斷提升，汽車(chē)制造領(lǐng)域呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，用戶對(duì)于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)控制的要求也在不斷提升。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)作為汽車(chē)發(fā)展的重要內(nèi)容，其運(yùn)行質(zhì)量將直接影響著駕駛員的使用體驗(yàn)和車(chē)輛行駛安全。因此，需要切實(shí)提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量，滿足車(chē)輛行駛需求以及保證駕駛員的安全，全面促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)研究領(lǐng)域的健康可持續(xù)發(fā)展?；诖?，對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)新技術(shù)進(jìn)行了分析與探究，研究結(jié)論可供相關(guān)技術(shù)人員參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)；電控系統(tǒng)；燃料；排放

中圖分類(lèi)號(hào)：U464? 收稿日期：2024-02-22

DOI：1019999/jcnki1004-0226202405013

1 前言

發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車(chē)的重要構(gòu)件，其運(yùn)行質(zhì)量直接影響汽車(chē)的實(shí)際運(yùn)行安全，而電控系統(tǒng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心，其運(yùn)行功能以及運(yùn)行質(zhì)量也對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有著直接的影響。本文發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)主要由ECU組件、傳感器以及執(zhí)行器構(gòu)成，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)將采集到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)，傳輸至控制模組。而ECU模組可以為傳感器提供電壓，同時(shí)將傳感器所采集的信號(hào)進(jìn)行接收，并生成輸出信號(hào)，將信號(hào)傳遞至執(zhí)行器，等執(zhí)行器對(duì)信號(hào)接收后，便可以根據(jù)指令完成相應(yīng)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行[1]。

為適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，相關(guān)技術(shù)人員需要不斷地研發(fā)電控系統(tǒng)新技術(shù)，并對(duì)現(xiàn)行的電控系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，全面提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，滿足駕駛?cè)藛T的基本使用需求，促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)的安全高效發(fā)展。根據(jù)筆者自身的工作經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)新技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以期對(duì)相關(guān)工作人員提供參考與借鑒。

2 可變進(jìn)氣歧管技術(shù)

進(jìn)氣歧管是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要構(gòu)件之一，是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要進(jìn)氣路徑，能夠保證汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)吸氣，如圖1所示。開(kāi)關(guān)閥、控制部件等模組共同構(gòu)成可變進(jìn)氣歧管。其中開(kāi)關(guān)閥模組可以分為真空電磁閥開(kāi)關(guān)進(jìn)氣管以及ECU組件，開(kāi)關(guān)閥模組可以切換汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管膜盒和真空設(shè)備。倘若發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度小于3 500 r/min，該組件便可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、負(fù)載等信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)真空電磁閥的電路進(jìn)行關(guān)閉，如果真空電磁閥出現(xiàn)故障，技術(shù)熱源還需要將真空膜與放大器之間的真空管道進(jìn)行關(guān)閉，真空膜的兩側(cè)氣壓會(huì)提高，在彈性彈簧的影響下，真空薄膜會(huì)被擠壓到腔室的另一側(cè)，從而將作用力施加在推桿上。為切實(shí)保證進(jìn)氣管的開(kāi)關(guān)閥處于關(guān)閉狀態(tài)下，空氣可以通過(guò)長(zhǎng)進(jìn)氣道進(jìn)入氣缸，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度相對(duì)較低的條件下提高發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。倘若發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度大于3 500 r/min時(shí)，ECU組件便需要綜合發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度和負(fù)載等情況，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行調(diào)整。在該條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中的空氣會(huì)借助電磁閥和真空裝置進(jìn)入真空膜，真空膜兩側(cè)會(huì)存在真空壓力和大氣壓而差生壓力差，在壓降的作用下，真空膜可以克服壓縮彈簧的彈性作用[2]。

3 直接噴射技術(shù)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直接噴射技術(shù)也被稱為燃料分層技術(shù)，是相對(duì)較為常見(jiàn)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)新技術(shù)之一，被廣泛地應(yīng)用在當(dāng)前的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)之中，受到廣大發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)的青睞。借助該項(xiàng)新技術(shù)，可以使汽車(chē)燃料從噴嘴中直接噴射到氣缸內(nèi)部，使得汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率得到一定的提高，最大限度地提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放量，使得汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率與經(jīng)濟(jì)效益得到有機(jī)統(tǒng)一。

直接噴射技術(shù)可以分為兩大模塊，即均勻模塊與層狀燃燒模塊。均勻模塊是指在發(fā)動(dòng)機(jī)吸入后期，可以減少燃燒室中的燃料噴射數(shù)量，同時(shí)在進(jìn)氣過(guò)程中與空氣進(jìn)行組合，在汽車(chē)點(diǎn)火啟動(dòng)后，氣缸中會(huì)形成均勻的燃燒混合物，從而保證汽車(chē)點(diǎn)火的安全與穩(wěn)定。層狀燃燒模式是指在壓縮中注入燃料，并保證燃料可以與空氣進(jìn)行全面混合，使得汽車(chē)點(diǎn)火成功，最大限度地提高汽車(chē)燃料的使用效率，降低使用成本。

在直接噴射技術(shù)的作用下，汽油進(jìn)入進(jìn)氣管后，與空氣混合，在氣缸中燃燒。該項(xiàng)技術(shù)要求車(chē)主需要對(duì)點(diǎn)火設(shè)備進(jìn)行頻繁的更換，同時(shí)對(duì)汽車(chē)燃料質(zhì)量也有著相對(duì)較高的要求，從而在一定程度上會(huì)提高汽車(chē)運(yùn)行成本。值得注意的是，缸內(nèi)直接噴射是指通過(guò)電腦控制噴油器將燃油直接噴射到氣缸中。在這種方式下，燃油直接進(jìn)入氣缸，與空氣混合后進(jìn)入燃燒室內(nèi)燃燒。相比傳統(tǒng)的供油方式，這種方式可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性更強(qiáng)，并且排放更低，但是這種方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的控制能力提出了更高的要求。

4 多點(diǎn)噴射技術(shù)

根據(jù)常規(guī)汽油機(jī)，控制噴油的方式可以分為兩種：一種是直接控制，另一種是多點(diǎn)噴射。多點(diǎn)噴射技術(shù)需要在汽車(chē)噴油器的出油口與進(jìn)氣歧管之間安裝一個(gè)壓力傳感器，借助ECU組件對(duì)壓力傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，通過(guò)電子控制單元的指令來(lái)控制噴油時(shí)間、噴油壓力和噴油角度等。

多點(diǎn)噴射技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)提高混合氣濃度，還可以實(shí)現(xiàn)降低排放和油耗的目的。當(dāng)前，在轎車(chē)上廣泛使用的多點(diǎn)噴射系統(tǒng)主要為電子節(jié)氣門(mén)多點(diǎn)噴射系統(tǒng)。帶電子節(jié)氣門(mén)的多點(diǎn)噴射系統(tǒng)利用電子控制單元來(lái)控制進(jìn)氣歧管內(nèi)混合氣的形成，其中ECU可通過(guò)油門(mén)踏板、加速踏板和制動(dòng)踏板等傳感器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和節(jié)氣門(mén)位置等參數(shù)進(jìn)行全面的采集，并根據(jù)這些參數(shù)確定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)的混合氣濃度。ECU還可以根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)增加噴油器數(shù)量和噴油角度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣濃度的控制，從而判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于正常工作狀態(tài)，再通過(guò)計(jì)算得出合適的噴油時(shí)刻，最終確定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)混合氣的濃度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，ECU根據(jù)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度和節(jié)氣門(mén)位置傳感器提供的信號(hào)確定最佳噴油時(shí)刻。

總而言之，該項(xiàng)技術(shù)可以使混合氣濃度在整個(gè)工作過(guò)程中保持穩(wěn)定，并降低燃油消耗率。與傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)相比，多點(diǎn)噴射系統(tǒng)在使用相同燃油情況下能使燃油消耗量降低20%～30%[3]。

5 啟停及溫度管理系統(tǒng)技術(shù)

自動(dòng)啟停系統(tǒng)可以根據(jù)汽車(chē)的實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行啟停狀態(tài)自動(dòng)檢查。當(dāng)汽車(chē)處于擁堵路段或是在等待信號(hào)燈的過(guò)程之中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以自動(dòng)停止，從而降低汽車(chē)在行駛過(guò)程中不必要的燃油消耗，同時(shí)不會(huì)影響車(chē)主的正常駕駛。自動(dòng)啟停系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中，會(huì)對(duì)車(chē)主啟動(dòng)或是停止發(fā)動(dòng)機(jī)的意圖信息進(jìn)行采集，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的自動(dòng)啟停，行之有效地確保行駛安全，溫度管理系統(tǒng)屬于典型的電控系統(tǒng)，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)所生產(chǎn)的熱流分布變化情況進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)溫度控制器進(jìn)行控制。溫度管理電控系統(tǒng)屬于軟件模組，可以融合在發(fā)動(dòng)機(jī)的電控單元中，并在應(yīng)用的過(guò)程中，最大限度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)熱時(shí)間，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行溫度，降低汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗。

6 廢氣循環(huán)技術(shù)

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的廢氣，從而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能以及燃油經(jīng)濟(jì)性，而該項(xiàng)技術(shù)可以借助發(fā)動(dòng)機(jī)排氣再循環(huán)，將部分廢氣重新引入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道，以降低尾氣中的有害氣體濃度的一種技術(shù)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速或低速時(shí)，可通過(guò)廢氣再循環(huán)來(lái)降低尾氣中有害氣體的濃度，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在中速或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，則不需再進(jìn)行廢氣再循環(huán)。廢氣再循環(huán)技術(shù)按控制方式分為直接排放式和間接排放式兩種。直接排放式廢氣再循環(huán)是將進(jìn)入汽缸的燃燒廢氣通過(guò)增壓器中的再循環(huán)管路直接排入大氣中；間接排放式廢氣再循環(huán)是將從氣缸內(nèi)排出的燃燒廢氣通過(guò)增壓器中的再循環(huán)管路導(dǎo)入進(jìn)氣道，以降低尾氣中的有害氣體濃度。目前應(yīng)用較多的是間接排放式廢氣再循環(huán)，這種方法主要用于降低HC和CO濃度，對(duì)于改善燃燒過(guò)程、降低尾氣中有害氣體的排放量有一定作用。

7 可變閥相位技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)可以根據(jù)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及實(shí)際運(yùn)行負(fù)載對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)額的氣門(mén)進(jìn)行調(diào)整，從而使得汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)可以滿足不同條件下的運(yùn)行需求，最大限度地提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行扭矩，降低燃油消耗。根據(jù)當(dāng)前的可變閥相位技術(shù)的應(yīng)用情況而言，本田公司的VTEC技術(shù)以及寶馬公司的Vetrnoic技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)較廣。但是這些技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中同樣存在不足之處，例如應(yīng)用成本相對(duì)較高，其監(jiān)管范圍存在一定的缺陷等，這也使得該項(xiàng)技術(shù)具有相對(duì)較為遠(yuǎn)大的前景。

可變閥相位技需要通過(guò)全變液壓閥來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力波動(dòng)控制進(jìn)行優(yōu)化與升級(jí)，同時(shí)技術(shù)人員需要對(duì)電液可變氣體分配系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，通過(guò)模擬仿真以及技術(shù)試驗(yàn)，對(duì)閥門(mén)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行詳實(shí)分析，并且技術(shù)人員還能夠在仿真軟件的幫助下，搭建仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，通過(guò)仿真平臺(tái)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。汽車(chē)閥座緩沖性和閥桿彈簧作用等要素皆會(huì)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)閥門(mén)造成影響，因此，技術(shù)人員需要對(duì)閥門(mén)運(yùn)動(dòng)控制形式進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的連續(xù)變相和閥升，最大限度地提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能，滿足車(chē)主對(duì)于汽車(chē)動(dòng)力性能的基本要求[4]。

8 渦輪技術(shù)

根據(jù)當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)以及混合動(dòng)力在汽車(chē)行業(yè)中的發(fā)展前景，其正在朝排量小型化的方向快速發(fā)展。借助渦輪增壓技術(shù)，可以最大限度地降低汽車(chē)燃料的消耗量，同時(shí)減少汽車(chē)尾氣排放，滿足節(jié)能減排的基本需求。當(dāng)前的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)中，渦輪技術(shù)有著相對(duì)較為廣闊的發(fā)展空間，比如渦輪增壓器。

隨著汽車(chē)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，排氣渦輪進(jìn)口截面出現(xiàn)明顯變化，渦輪增壓的響應(yīng)速度以及熟讀速度得到了明顯的提高。當(dāng)前，渦輪增壓技術(shù)在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造中有著相對(duì)較為普遍的應(yīng)用。技術(shù)人員在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，也會(huì)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，從而保證汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，其動(dòng)力以及運(yùn)行安全得到有效的保障。技術(shù)人員將其與米勒循環(huán)進(jìn)行有效結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的低速以及高功率性能進(jìn)行平衡，行之有效地提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)整體運(yùn)行質(zhì)量。

9 集成化熱管理系統(tǒng)技術(shù)

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的不斷提升，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量也受到了熱效率的影響，在該種情況下，技術(shù)人員需要對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究，并對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)汽車(chē)在溫度控制方面主要是通過(guò)冷卻，但是現(xiàn)在汽車(chē)需要保證所有的控制系統(tǒng)都可以始終處于最好的工作狀態(tài)。由于大部分汽車(chē)都使用了自然吸氣的形式，這便會(huì)涉及熱交換器以及汽車(chē)水箱，因此為進(jìn)一步提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行質(zhì)量，降低燃料耗損，減少排放，技術(shù)人員可以對(duì)集成化熱管理系統(tǒng)進(jìn)行全面的應(yīng)用。例如，借助余熱回收系統(tǒng)，最大限度地降低加熱時(shí)間，從而在一定程度上減低廢氣排放，節(jié)約汽車(chē)燃料。

以新能源汽車(chē)為例，該種汽車(chē)存在很多電子部件，比如電子水閥以及電子泵等，這些電子部件都需要通過(guò)常規(guī)冷卻的形式進(jìn)行溫度控制。而在夏季，需要通過(guò)電池冷卻模塊和汽車(chē)集成泵來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度控制。總而言之，隨著汽車(chē)運(yùn)行需求的不斷提高，集成化熱管理系統(tǒng)的應(yīng)用重要性也將越來(lái)越明顯。

10 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控新技術(shù)進(jìn)行了研究，該技術(shù)不僅可以有效地提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行質(zhì)量，降低燃油消耗，減少?gòu)U氣排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，還可以最大限度地提高駕駛員的行駛體驗(yàn)，保證車(chē)輛行駛安全，促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)的高效平穩(wěn)發(fā)展。因此，技術(shù)人員需要全面提高新技術(shù)研發(fā)力度，并對(duì)現(xiàn)行的電控系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而行之有效地提高汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)研究成效，促進(jìn)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的長(zhǎng)足發(fā)展與進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

江亮根，男，1974年生，工程師，汽車(chē)維修高級(jí)技師，研究方向?yàn)槠?chē)維修技術(shù)及其高校教育教學(xué)。