浅谈电控发动机的当前发展状况

浅谈电控发动机的当前发展状况

摘要 现代汽车用的发动机多为往复活塞式内燃机，简称活塞式内燃机。它是将燃料在气缸内燃烧，使其热能直接转化成机械能的机器。 Moder nautomobile use more for the engine and piston-type internal-combustion engine, abbreviation piston internal-combustion engine. It is the fuel burning in cylinders make its heat directly into mechanical energy of machine

关键词 柴油机电控 现代轿车发动机电控技术 发动机电控技术及其应用

Keyword Diesel engines Modern car engine control technology Electronic engine control technology and its application

一 柴油机电控技术

首先从柴油机的电控技术发展谈起，查资料所知，柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代 以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通 用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十 铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满 足日益严格的排放法规要求。，电控技术在柴油机上的应用发展十分迅速，新柴油机在设计阶段就把电控系统纳入计划。电控系统与柴油机本体的一体化，以至发展为整个动力装置的控制系统或电控一诊断系统已成为当前发展的新特点。 由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点，柴油

机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠 传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。柴油机采用电控技术的优点

1．具有多功能自动调节性能新一代的柴油机要求低油耗、低排放和高可靠性，用于车辆的柴油机更要求在其整个运行区域(不同转速负载)内处于最佳工况参数调节。2．减轻重量、缩小尺寸．提高柴油机的紧凑性。电控系统中的一个重要功能是随转速和负荷的变化而自动择优确定供油提前角。3.部件安装连接方便，提高了维修性

采用自动控制系统，相关部件尺寸减小(特别是燃油供给系 统)，安装部位免受空间位置的约束，连接简便，有利于柴油机 日常维护及修理。4．扩展了诊断、联络等功能.采用自动控制系统，可方便地与微型计算机相连，很容易实现柴油机性能检测与故障诊断功能，柴油机运行及检测数据的存储与传递等问题也很容易解决，方便于管理和使用。

实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOX排放量与汽油机相近，只是排气微 粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、 汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展 以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预 喷射、分段喷射等可

以有效的改善排放。那么什么是电喷柴油机呢？电喷柴油机即为采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机。 电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分 组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以 及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位 置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等 传感器，将实时检测的参数同时输入计算机(ECU)，与已储存 的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较，经过处理计算按 照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据 ECU指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳。

柴油机电子控制技术的发展趋势：1高的喷射压力。2独立的喷射压力控制。3改善柴油机燃油经济性。4独立的燃油喷射正时控制。5可变的预喷射控制能力。6最小油量的控制能力。7快速断油能力。8降低驱动扭矩冲击载荷.从以上几方面可知：满足排放法规的要求，柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷，柴油机的燃油消耗率，喷入汽缸的油量，预喷射控制能力，供油系统的控制能力，断油的控制以及喷射系统的扭矩等的控制至关重要。现在着重分析一下以上几个方面的影响：1，柴油喷射压力的提高能使燃烧更 迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。2，喷射压力控制使柴油 机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。3，燃油的消耗率是对于柴油机燃油经济性的考虑。4，燃油喷射的正时控制是在燃

油消耗率和排放之间实现最佳平衡的关键措施。5，预喷射可以降低颗粒排放，又不增加NOX排放，因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。 6，为了不使怠速工况的出现，因此对最小油量的控制也至关重要。7，如果不能快速断油，在低压力下喷射的柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加HC排放，故对断油的控制也很重要。8，电喷柴油机技术中的高压共轨技术大大降低了驱动扭矩冲击载荷。纵观电控柴油机的发展，对我们还是很有利的，其结合了生活，联系实际，是很实用的。

二 汽车发动机的电控

现代汽车用的发动机多为往复活塞式内燃机，简称活塞式内燃机。它是将燃料在气缸内燃烧，使其热能直接转化成机械能的机器。随着现代电子技术的飞速发展 ,特别是微机技术在汽车上的广泛应用,使得汽车的内涵和功能不断拓展和延伸,汽车机电一体化——汽车电子化正逐渐成为现代汽车的基本特征。现代轿车电控技术的理论基础就是现代控制理论。从早期的经典控制到目前的智能控制 ,控制理论在汽车电控中得到了广泛的应用。

就其结构而言 ,电控系统主要由传感器、电子控制组件 (ECU)、执行器 3个部分组成。传感器作为输入部分 ,用于测量物理信号 (温度、压力等 ) ,将其转换为电信号。ECU的作用是接收传感器的输入信号 ，输出处理结果。80年代以来，发动机的电子控制技术已有很大的发展，其目标是保持发动机运行参数最佳值，以求得发动机动力、经济排放等性能指标的最佳化，并监视运行工况。这是电子控制喷射

技术的主要目标。发动机电控作为汽车电控中的重要一环,为适应日趋严格的排放、安全法规,已受到国内外汽车厂商的高度重视,并得到了空前发展。汽油机通常由曲柄连杆、配气两大机构和燃料供给、润滑、冷却、点火、起动五大系统组成。柴油机通常由两大机构和四大系统组成（无点火系）。1．曲柄连杆机构 。曲柄连杆机构是由气缸体、气缸盖、活塞、连杆、曲轴和飞轮等组成。这是发动机产生动力，并将活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。2．配气机构 。配气机构是由进气门、排气门、气门弹簧、挺杆、凸轮轴和正时齿轮等组成。其作用是将新鲜气体及时充入气缸，并将燃烧产生的废气及时排出气缸。 3．燃料供给系 ，由于使用的燃料不同，可分为汽油机燃料供给系和柴油机燃料供给系。 4．冷却系。5．润滑系 ，润滑系由机油泵、滤清器、油道、油底壳等组成。其作用是将润滑油分送至各个相对运动零件的摩擦面，以减小摩擦力，减缓机件磨损，并清洗、冷却摩擦表面。 6．点火系，汽油机点火系由电源（蓄电池和发电机）、点火线圈、分电器和火花塞等组成，其作用是按规定时刻及时点燃气缸内被压缩的可燃混合气。7．起动系，起动系由起动机和起动继电器等组成，用以使静止的发动机起动并转入自行运转状态。

发动机电控技术及应用：发动机电控技术可分为电控汽油喷射、电子点火、怠速控制、排气再循环控制、增压控制、故障自诊断、故障保险、备用控制以及其它控制技术。1．电控汽油喷射 (EFI)系统， 电控汽油喷射系统 (简称电喷系统 )是 60年代末开始发展起来的 ,

较之早期普遍使用的化油器供油系统 ,其突出优点在于空燃比的控制更为精确 ,可实现最佳空燃比 ;而且电喷技术提高了汽油的雾化、蒸发性能 ,加速性能更好 ,发动机功率和扭矩显著升高。2．电子点火控制系统。早在 2 0世纪初 ,点火系统在汽车发动机上已开始应用 ,从有触点式、普通无触点式、集成电路式 ,发展到现今的微机控制电子点火系统。在微机控制点火系统中 ,目前出现了一种无分电器点火 (DLI)系统 ,它取消了普通微机控制点火系统中的分电器 ,改由 ECU内部控制各缸配电。这样点火线圈产生的高压电 ,不需经过分电器分配 ,直接就送至火花塞发生点火。在发动机的点火控制中 ,同样采用了开环和闭环相结合的控制形式。起动阶段的点火时刻由 ECU中的专门信号进行开环控制 ;正常运行期间 ,则通过增设爆震传感器进行爆震反馈控制 ,根据爆震传感器的反馈信号调整点火时刻使发动机在临界爆震状态。3．怠速控制 (ISC)系统。怠速性能的好坏是评价发动机性能优越与否的重要指标 ,怠速性能差将导致油耗增加 ,排污严重 ,因此 ,需进行必要的控制。怠速控制的基本原理 是 ECU根据冷却水温、空调负荷、空档信号等计算目标转速 ,并与实际转速相比较 ,同时检测节气门全关信号及车速信号 ,判断是否处于怠速状态 ,确认后则按目标转速与实际转速之间的差值来驱动执行器调整控制进气量。4．排气再循环 (EGR)电控系统，研究发现 ,将少量的排气 (5%～ 2 0 %)再次循环进入气缸与新鲜可燃混合气混合后燃烧 ,可有效抑制 NOx 的产生。由 ECU控制 EGR阀改变流通截面来调节排气量 ,实现再循环排气率的变化。通常在发动机暖机、怠

速、低负荷、高负荷等工况不需进行 EGR控制。EGR控制的一般过程是 :ECU根据发动机的转速、节气门开度、冷却水温等信号 ,计算最佳再循环排气率 ,再通过控制 EGR阀的开度来实现 EGR控制。5．增压电控系统，增压系统的安装目的是为了提高进气效率，目前 ,应用较普遍的是电控废气涡轮增压系统。增压技术所带来的一个不可忽视的负面影响就是燃烧爆震倾向增加了 ,为此 ,专门用爆震传感器对点火系统进行反馈控制 。6．故障自诊断系统，现代轿车发动机的电控系统中 ,ECU一般都带有故障自诊断系统 ,自行监测、诊断发动机控制系统各部分的故障。 故障自诊断系统时刻监测各控制系统的工作情况 ,当出现故障时 ,一般轿车仪表板上的故障指示灯可闪烁报警。7．故障保险系统及故障备用控制系统。自诊断系统检测出传感器及其电路故障后 ,ECU中的故障保险系统随之自动启动发挥作用。故障保险系统会用程序设定的数据取代故障部分输入的非正常信号 ,进行直接控制。当微机或主要传感器 (如进气歧管压力传感器 )出现故障时 ,ECU立即将主控权由微机切换至故障备用系统中 ,由其代替微机工作。说明的是故障保险系统一般通过软件编程来实现。8．其他电控系统。这里就简要介绍几种系统：1）进气涡流电控系统。2）可变进气控制系统。3) 燃油蒸发电控系统.4）二次空气喷射系统等。

三 现代电喷发动机的故障诊断与维修

1、插接件联接故障。电控系统的电路中有很多插接件，常常因为使用时间长造成插件老化，或由于多次拆装使插件接头松动而接触不良导致发动机工作不稳定（时好时坏）。还有其它种种故障也都是源于

“接触不良”或“短路”，譬如一台车的发动机两缸不工作，竟是仅仅因为电控喷油阀的电源插线脱落而致。可见，插接件虽小，却轻视不得。

2、传感器故障。汽车用传感器虽结构不尽相同，但大致是以下几种类型，如热敏电阻式、真空压力式、电磁式、机械传动式等。

3、管路密封不严。如胶管老化、管口破裂或卡子松弛，会造成气、水、油的渗漏，结果导致混合气过稀，润滑、冷却失效等。

4、电控燃油喷射系统的汽油雾化，颇类似于柴油机的高压喷嘴喷油雾化的情况。

5、电子控制燃油喷射系统的故障

诊断方法：电喷系统的可靠性比较高，在使用中一般不容易出现故障和损坏现象。多数故障为电气和电子装置的插接件的接触不良而导致故障，接触不良常常是因为其表面氧化物和污染物绝缘的结果。常拆装或研磨各触点，能改善各连接插接件间的导电性。

（1）外观检查：系统各部件外观接线、连接管是否松动或脱落等；

（2）基本检查：接上该车型的故障诊断仪，打开点火开关，运行5min，检查车上电子控制单元中的故障记忆；

（3）诊查具体原因：按故障记忆提示内容检查线路和传感器；

（4）发动机熄火并关闭点火开关，按故障显示或故障代码检查需检项目；

（5）按查明的原因检修；

（6）用故障诊断仪再查询并清除故障记忆，验明故障是否确已排除。

从上述发动机电控系统的应用技术中不难看出 ,轿车汽油发动机的微机控制时代已经来临,并且随着微机、电子技术的日臻完善以及材料工艺的蓬勃发展,再加上控制理论的不断成熟完善,发动机电控技术有望取得更大的突破。因此,可以确切地讲,发动机电控技术的开发研究仍将是2 1世纪汽车工业的重要课题，因此学习电控技术这些方面的知识固然很重要。

参考文献 1，《汽车发动机燃油喷射技术》李春明主编 北京理工大学出版社 2，《汽车柴油机构造与使用》蒋向佩主编 机械工业出版社 3，皇甫鉴 范明强 《现代汽车电子技术与装置》 4，吴际璋等 《汽车构造》