汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)技術分析
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摘要：汽車的發(fā)展在很大的程度上體現(xiàn)出了一個國家的工業(yè)水平情況，發(fā)動機是汽車中比較關鍵的部件，其整體的設計水平直接關系著汽車工業(yè)的整體發(fā)展情況。發(fā)動機進行工作的過程，也是進行能量轉換的過程。發(fā)動機能夠把燃料的熱能轉化成相應的機械能，從而推動汽車的前進運動，由于發(fā)動機所使用的燃料不一樣，發(fā)動機的類型也有很大的區(qū)別，現(xiàn)階段，我國在不斷的研發(fā)新的電控系統(tǒng)新技術，從而實現(xiàn)節(jié)能的重要目標。
關鍵詞：汽車發(fā)動機；電控系統(tǒng)；新技術；分析
0引言
發(fā)動機在汽車中是非常關鍵的部位，發(fā)動機的性能直接影響著汽車的整體運動情況，而其電控系統(tǒng)的意義也在不斷的增加，通過使用電控系統(tǒng)，能夠極大的提升發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性，讓汽車能夠在任何情況下，都可以處于最佳的運行模式。隨著電氣系統(tǒng)新技術的發(fā)展，汽車的性能將越來越提高到一個新的高度，如果其中一個系統(tǒng)出現(xiàn)不足，就會導致發(fā)動機出現(xiàn)問題。
1汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)簡介
汽車發(fā)動機的電氣控制技術也是電子技術在汽車領域中主要的運用方式，電子技術在現(xiàn)代汽車的各個部位中都進行了相應的應用，如車身、底盤以及發(fā)動機等。雖然每個組件的功能都不同，但主要的原理是一樣的，這些組件本身與電子技術都是由很大關系的，無論是進行故障排除還是缺陷檢測都比較復雜和困難，通過運用傳統(tǒng)的汽車維修方法，無法有效地解決這些問題。汽車發(fā)動機的電氣控制系統(tǒng)是保障汽車進行正常運行的重要環(huán)節(jié)，汽車中的所有元件都是通過使用電控系統(tǒng)進行控制。汽車發(fā)動機電氣控制技術主要是通過電控點火系統(tǒng)、電子燃油噴射系統(tǒng)以及空轉控制系統(tǒng)進行組成的。汽車發(fā)動機電氣控制技術進行工作的原理是，通過自控制系統(tǒng)發(fā)布相應的指令，然后運用內(nèi)部傳感器，把相應的指令轉換成電信號，通過電子控制模塊對信號進行相應的處理，最后把電氣控制模塊中的指令在汽車控制操作中進行體現(xiàn)。電氣工程對整個汽車工業(yè)的影響是非常大的，能夠極大的提升汽車發(fā)動機的性能以及動能，能夠降低汽車能耗，減少對廢氣的排放，有效降低污染。汽車的電氣控制系統(tǒng)由ECU、傳感器和執(zhí)行裝置共同的組成。傳感器的主要任務是檢查發(fā)動機的運行參數(shù)，并將其傳輸?shù)教囟ǖ目刂颇K。傳感器的數(shù)量與精度成正比，傳感器越多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被檢測得越準確。ECU主要負責向傳感器提供基本的電壓數(shù)據(jù)。當ECU接收傳感器傳輸?shù)男盘枙r，這些數(shù)據(jù)能夠通過計算的方式傳輸?shù)綀?zhí)行器。執(zhí)行器接收信號后，能夠產(chǎn)生相應的執(zhí)行動作對汽車進行有效地控制。在汽車進行行駛的過程中，傳感器能夠傳遞各種信號到ECU，ECU需要結合收集到的信息對發(fā)動機運動進行相應的計算以及評估，及時對發(fā)動機進行調(diào)整，并將相關信號傳輸?shù)綀?zhí)行裝置，讓車輛能夠在最佳的狀態(tài)運行。
2汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
2.1機動車駕駛能力的演變
傳統(tǒng)發(fā)動機中的發(fā)動機驅動裝置通常是電磁式以及電動式的，主要是以電動機為主要的動力的，這在很大程度上促進了汽車發(fā)動機的快速發(fā)展。但隨著時間的推移，逐漸不能滿足發(fā)動機的要求。隨著新能源技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁以及電氣執(zhí)行器開始被流體的動力執(zhí)行器所替代。特別是隨著發(fā)動機的不斷更新，電機電氣控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的傳動裝置越來越多。
2.2ECU處理器的發(fā)展
現(xiàn)在，電子自動化也開始進入到了新的發(fā)展階段，與汽車中微處理器的使用是緊密相連的。ECU在汽車電氣控制系統(tǒng)中的應用范圍比較廣，ECU中的信息處理速度也極大的決定了汽車對信息進行處理的性能。隨著對汽車電子控制進行的重組，高速EU處理器也成為了汽車微處理器中的核心元素。
2.3發(fā)動機故障智能處理系統(tǒng)的發(fā)展
隨著人工智能技術的發(fā)展，汽車發(fā)動機的電控系統(tǒng)也開始向著智能化的方向發(fā)展。以前，汽車發(fā)動機經(jīng)常會出現(xiàn)發(fā)動機的故障不能準確確定的情況，在維修的過程中，需要拆卸發(fā)動機。但隨著電機電控技術的發(fā)展，智能故障排除系統(tǒng)應運而生，這不僅能夠更好的控制發(fā)動機零件的故障修復，還可以對發(fā)動機的電氣控制系統(tǒng)進行相應的優(yōu)化。
3汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)新技術
3.1渦輪技術
在內(nèi)燃機以及混合動力的汽車領域中，越來越開始向著排量的小型化方向進行發(fā)展。通過運用渦輪增壓技術，能夠很好的降低燃料消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，具有巨大的市場機會。例如，在變截面的渦輪增壓器（VTG）中，隨著排氣渦輪進口截面出現(xiàn)的變化，這也極大的提高了渦輪增壓器進行響應以及增壓的速度，現(xiàn)階段，汽油發(fā)動機的VTG渦輪增壓技術在不斷的進行改進，為在不同類型的汽油發(fā)動機中，都開始運用了VTG渦輪增壓引擎。同時，VTG汽油發(fā)動機渦輪增壓器在裝配以及設計過程中也進行了相應的改進，這極大地提升了發(fā)動機的動力效率以及可靠性。VTG汽油發(fā)動機渦輪增壓器與米勒循環(huán)的融合能夠將發(fā)動機與混合動力系統(tǒng)進行有效地結合，更好的推動了混合動力汽車的發(fā)展。融合米勒循環(huán)的VTG渦輪增壓器，能夠更好的對低速、高功率等性能要求進行平衡，從而有效地提升發(fā)動機的整體效率。
3.2可變進氣歧管
進氣歧管是發(fā)動機中，主要的進氣通道，為發(fā)動機提供均勻的進氣，這也是發(fā)動機中比較重要的部件?？勺冞M氣歧管系統(tǒng)是由進氣管的開關閥以及控制機構所組成的。進氣管的開關控制機構主要包含ECU組件、真空電磁閥開關進氣管兩部分，對進氣管的膜盒以及真空裝置進行切換。當發(fā)動機的轉速在3500r/min以下時，ECU能夠結合負載、溫度以及其他信號對真空電磁閥電路進行關閉，當電磁閥發(fā)生損壞，真空放大器以及真空膜之間的真空管道也需要進行關閉，當真空箱膜的兩側的大氣壓增大時，彈性彈簧會將薄膜被壓到腔室的另一側，并推動推桿進行移動，為了使進氣管開關閥關閉，空氣能夠通過長進氣道到達氣缸中，在發(fā)動機轉速比較低的情況下對大扭矩進行開啟。當發(fā)動機轉速的轉速在3500r/min以上時，ECU需要結合負載、溫度等信號進行調(diào)整。這時候進氣管內(nèi)的空氣會通過真空裝置以及電磁閥進到達真空膜中。在這種情況下，膜的空氣室中，大氣壓力與真空壓力存在兩側。這就產(chǎn)生了壓力差，在這種情況下，在壓降作用下，膜能夠更好的客服壓縮彈簧向真空室方向的彈性，旋轉了帶推料器的開關閥，打開開關閥。
3.3可變閥相位
可變閥相位技術能夠結合發(fā)動機轉速、負載以及外部環(huán)境，對氣門進行轉變，從而能夠滿足不同情況下的要求，這能夠極大的提升發(fā)動機的有效扭矩，減少油耗?，F(xiàn)階段，應用比較多的可變閥相位技術主要是寶馬公司的ValVetronic和Vanos以及本田公司的VTEC等，但是，這些技術中都存在一定的不足，比如產(chǎn)品成本高，監(jiān)管的復雜性和受監(jiān)管分布范圍的局限性，這也對可變閥相位技術的發(fā)展提供了廣闊的空間。可變閥相位技術通過運用全變液壓閥的方案，在控制方法以及壓力波動方面進行了相應的轉變，對電液可變氣體分配系統(tǒng)進行了研發(fā)，運用仿真和實驗對閥門的運動規(guī)律進行分析。此外，還能夠對電控液壓雙活塞配氣系統(tǒng)進行相應的，運用仿真軟件對閥門運動仿真平臺進行構建，并結合具體的要求對系統(tǒng)結構參數(shù)進行優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)有技術的發(fā)展，通過運用液壓可變配氣技術，閥門的運動會受油壓差的影響，閥桿彈簧參數(shù)、閥座緩沖性能等影響，情況相對復雜。因此，對閥門運動控制方法進行研究是非常重要的，新型液壓可調(diào)配氣系統(tǒng)能夠運用容積調(diào)節(jié)的方式，實現(xiàn)連續(xù)變相以及閥升，與現(xiàn)有的可變配氣系統(tǒng)進行對比，可以提高發(fā)動機性能。
3.4缸內(nèi)直接噴射技術
缸內(nèi)直接噴射技術也可以被稱之為是燃料分層技術，主要是把燃料從噴嘴直接噴射到氣缸中，讓發(fā)動機功率與燃油的經(jīng)濟性進行完美的結合，這也是汽油直噴發(fā)動機領域中比較具有革命性的技術。通過運用缸內(nèi)直接噴射技術能夠有效地提升汽油機的熱效率，減少汽油發(fā)動機的排放量，能夠有效地減少燃料消耗，提高對燃料的利用效率。氣缸內(nèi)直接噴射的方法包含兩種不同的燃燒模式，即均勻燃燒模式和層狀燃燒模式。平均燃燒模式是指在吸入后期將燃料注入燃燒室，在進氣和壓縮過程中與空氣完全混合，能夠在點火的過程中，在氣缸內(nèi)形成比較均勻的混合物，確保點火穩(wěn)定。層狀燃燒模型是主要是指壓縮過程中注入燃料，能夠把燃料與空氣進行有效地混合，從而確保有效點火，實現(xiàn)正常的火焰?zhèn)鞑?，有效地提升燃料的?jīng)濟性。在缸內(nèi)直接噴射技術中，主要是把汽油注入進氣管，與空氣進行相應的混合，然后在氣缸內(nèi)進行燃燒，對起動時排放和輸出的不穩(wěn)定進行優(yōu)化。由于這是一項新技術，研發(fā)的成本比較高，對于車主來說，缸內(nèi)直接噴射技術需要對點火設備進行頻繁的更換，對燃油質(zhì)量的要求是非常高的，這也會在無形中增加車主的養(yǎng)車成本。在汽缸中，缸內(nèi)直接噴射技術比傳統(tǒng)的電動噴射發(fā)動機也會更容易出現(xiàn)碳的積累，車主需要使用相應的添加劑，對碳積累問題進行解決。
3.5自動啟停系統(tǒng)
應用自動啟停發(fā)動機的優(yōu)點是，可以結合車輛的實際行駛情況對發(fā)動機的啟動和停止進行自動化的檢查。當車輛由于擁堵或交通信號燈停車時，發(fā)動機也可以進行自動停止，從而將車輛正常行駛過程中的燃油消耗問題降至最低，且不干擾正常駕駛。該系統(tǒng)的應用原則是仔細評估駕駛員停止或開始收集各種信息的意圖，以實現(xiàn)發(fā)動機的自動啟動以及關閉。在此過程中，不需要手動檢查，這也保證了車輛的安全。
3.6創(chuàng)新溫度管理系統(tǒng)
這是屬于電子控制系統(tǒng)，能夠對發(fā)動機的熱流分布進行優(yōu)化。由溫度（熱）控制器進行協(xié)調(diào)，該控制器是新開發(fā)的軟件模塊，完全集成到發(fā)動機控制單元中。能夠有效地減少發(fā)動機預熱時間，并有效地條件發(fā)動機溫度，減少對燃料的消耗。
4汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)新技術發(fā)展趨勢
4.1多種技術融合的發(fā)展
傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機都有自己的優(yōu)缺點。汽車工業(yè)在未來的發(fā)展中，具有很多的不定性因素。目前通過運用各種新技術能夠極大的提升發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。同時比較嚴格的排放標準以及燃料經(jīng)濟標準，也需要更多的對“新技術”踐行新運用。平滑和超細燃燒技術將是減少污染物排放的重要方式。就目前的碳排放而言，傳統(tǒng)發(fā)動機和清潔能源系統(tǒng)的性能并不能完全滿足我們的想象，因為煤炭能源仍然占世界的很大一部分。在現(xiàn)階段，大量的資金投入到電動汽車的發(fā)展中，而不增加核能和天然氣能源等清潔能源生產(chǎn)設施，清潔電動汽車的普及將在一定程度上加劇碳排放。因此，各國應制定適合本國國情的目標，而不應盲目否定現(xiàn)有發(fā)動機。運用多樣化的技術方法是正確的解決方案。
4.2新型缸內(nèi)噴射點火技術
未來的發(fā)動機燃燒系統(tǒng)采用了新的噴射和氣缸點火技術。在歐洲，對整個機器的工作條件有明確的了解。在傳統(tǒng)發(fā)動機中，極端工況（如冷起動、低城市速度和低負載、高溫和高負載）處于中心位置。發(fā)動機技術要求注意使用電氣化技術，使發(fā)動機在最佳工作點工作。高壓噴射技術（1巴=105帕）可以顯著改善霧化，增加局部湍流，改善混合，改善快速燃燒。現(xiàn)階段，在許多熱工況下，主要是運用集中燃燒的方式來避免出現(xiàn)爆震的情況，這也極大的降低了發(fā)動機的經(jīng)濟性，而新技術主要是運用蒸汽來冷卻和降低燃燒溫度，爆震的情況可以有進一步的改善。從而能夠讓燃燒系統(tǒng)的點火時間加快，有效地減少空燃比。預混合室的點火系統(tǒng)配有預點火火焰噴射系統(tǒng)。在燃燒室內(nèi)噴涂火焰可以顯著提高燃燒速度，減少爆震傾向。電暈點火不同于正常的爆裂點火。等離子體點火可導致深度燃燒和低燃燒溫度。在燃油噴射方式方面，新的噴射技術以及噴射模型，例如超臨界噴射，能夠達到瞬時汽化的現(xiàn)象，顯著提高霧化程度。
4.3集成模塊化熱管理系統(tǒng)
隨著發(fā)動機熱效率的極大地提升，對發(fā)動機的熱控制系統(tǒng)的要求也在不斷進行提升。這從根本上促進了熱控制系統(tǒng)的轉變，對熱控制部件產(chǎn)生了非常關鍵的影響。傾斜燃燒具有較高的EGR壓力（廢氣再循環(huán)）和較高的熱負荷，但空間較小。我國的燃油經(jīng)濟性法規(guī)要求2020年達到5L/100km，更嚴格的標準將在稍后發(fā)布。其中，對溫度控制的要求也較高。過去，車輛溫度控制系統(tǒng)的功能主要是冷卻，但現(xiàn)在需要始終將每組系統(tǒng)控制在最佳工作范圍內(nèi)。大多數(shù)汽車使用自然吸氣，唯一涉及的部件是熱交換器和水箱。另外，利用廢氣提高油或水的溫度的余熱回收系統(tǒng)，可以盡可能減少加熱階段，從而在有效運行中節(jié)省燃料和減少廢氣。特別是混合動力電力系統(tǒng)，混合動力電力系統(tǒng)中的電機需要進行經(jīng)常的啟動和停止，需要對余熱回收系統(tǒng)進行充分的運用。純電動汽車中包含很多的電子和電氣部件，主要有電子泵、電子水閥以及空調(diào)系統(tǒng)等，也需要進行常規(guī)冷卻。夏季水溫高，所以需要使用電池冷卻模塊與集成泵進行相應的冷卻。隨著需求的增長，熱管理系統(tǒng)必須解決越來越多的問題。通過使用集成和模塊化的方案能夠更好的滿足增長需求。
4.4節(jié)能環(huán)保是未來發(fā)動機的主要發(fā)展方向
現(xiàn)階段，中國對發(fā)動機尾氣有著非常嚴格的標準；在發(fā)動機的發(fā)展中，節(jié)能環(huán)保是發(fā)動機進行發(fā)展的重要趨勢。為了更好的推動汽車工業(yè)進行健康發(fā)展，需要對汽車的發(fā)動機進行不斷改進，新技術的應用也需要滿足現(xiàn)階段的時代要求。在汽油發(fā)動機的發(fā)展的中，面臨的主要挑戰(zhàn)是如何有效地提高燃料的燃燒效率。在采用新技術時，節(jié)省燃料的幅度可達20%以上，這也代表著在使用新技術時，燃料的使用率有了大幅度的增加。例如，在直接氣缸噴射燃燒中，稀薄燃燒可以節(jié)省10%的燃油。
4.5FSI和TSI的完整組合
FSI發(fā)動機能夠運用相應的設備進行燃油分層噴射，從而讓燃油燃燒的更加充分。通過使用高壓泵，燃油能夠按照固定軌道到達相應的位置，汽油在這一過程中會形成漩渦，從而讓燃燒效果達到最大化的程度。同時，當氣體處于半開放狀態(tài)時，還能夠進行分層注油，這不僅能夠提升燃燒的效率，而且也實現(xiàn)了節(jié)能的目標。在汽車行駛的過程中，駕駛員能夠按照不同的路況選擇相應的噴油方式，以最大限度地增加燃油。TSI是一種大眾汽車發(fā)動機，中文名稱為渦輪壓縮和直接氣缸噴射。該發(fā)動機的性能優(yōu)勢非常高。缸內(nèi)直噴能夠使用噴油嘴為氣缸提供燃油，獲得最大的燃燒效果，提升整體的經(jīng)濟性。T是代表內(nèi)燃機在運行產(chǎn)生的廢氣驅動空氣壓縮機的技術。能夠轉變汽車發(fā)動機的進氣情況，提高發(fā)動機的功率以及扭矩，使汽車擁有更大的動力。在正常情況下，渦輪植入式發(fā)動機可以增加40%的能量生產(chǎn)，這也代表著相同排量的發(fā)動機能夠提升40%的功率，但燃油消耗量是相同的。
5結語
隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，汽車的生產(chǎn)工藝水平越來越高，對發(fā)動機電控系統(tǒng)的自動化要求越來越高，缺陷的修復也越來越困難。在維修過程中，需要更多的專業(yè)維修人員，維修人員的專業(yè)知識和工作能力也嚴重影響維修質(zhì)量。維護人員應熟悉發(fā)動機電氣控制系統(tǒng)的工作原理、每個控制單元的結構和功能、發(fā)生故障時的性能以及維護方法。隨著電氣控制系統(tǒng)的不斷完善和對駕駛員的要求逐漸降低，駕駛員仍需要更多地了解自己的汽車，并獲得專業(yè)知識，以幫助維護和延長車輛的使用壽命。換言之，通過不斷積累經(jīng)驗，發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的故障分析能力和維護水平不斷提高。
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作者:張玉清 張波 單位:鄒城高級職業(yè)技術學校
