汽车发动机电控系统新技术分析

◎孟慧琳

汽车的动力主要来源于发动机，发动机是汽车最重要的组成部件。发动机的良好运转决定着整个汽车的驾驶舒适度和驾驶性能。1950年-1980年，当电子技术逐渐被引用到汽车发动机上时，原本的汽油发动机被电子发动机逐渐取代。上个世纪90年代，汽车电子化逐渐实现计算机控制，随着汽车发动机电控系统的不断改进，发动机的电控系统的重要性越来越凸显出来：发动机燃油的经济性越来越好，发动机排放污染状况也越来越少等。总之，随着电控系统新技术的不断发展，汽车的性能也随之提升到一个崭新的高度。

一、汽车发动机电控系统组成与应用

发动机电控系统是由ECU、传感器以及执行器组成。传感器主要职责是对发动机的运行参数进行检测，并将其参数输送到固定的控制单元。传感器的数量与精确度成正比，传感器越多，检测传送的数据越准确。ECU主要是负责为传感器提供电压参考数据。当ECU接受到传感器传送的信号后，对这些数据进行计算分析，并将分析的结果数据传送到执行器。执行器接收到控制单元输出的信号时，产生相应的执行动作，从而实现对汽车的控制。当汽车在行驶状态时，传感器会传递给ECU不同的信号，ECU会根据收集到的不同信息进行计算并判断发动机的运行情况，及时对发动机进行调整，与此同时向执行器传递相应的信号，从而使得汽车达到最佳的运行状态。

二、汽车发动机电控系统新技术

1.涡轮增压技术。在内燃机和混合动力车领域，发动机排量小型化的趋势愈加明显。涡轮增压技术凭借其在降低油耗及节能减排方面的巨大优势，迎来了极大的市场机遇。例如，博格华纳首创的汽油机可变截面涡轮增压器（VTG）通过改变废气涡轮的进气截面，能大大提升涡轮增压器的响应和增压效率。该技术始于2002年与保时捷的合作，十年间，博格华纳对汽油机VTG涡轮增压技术进行了持续的革新，推出面向各类汽油发动机的VTG涡轮增压器。2017年，博格华纳成功研发出了基于第六代产品设计的汽油机VTG涡轮增压器，在装配和结构上进行了更新换代，进一步提高了空气动力学效率和可靠性。预计该款VTG涡轮增压器将于2019年年中广泛投入市场。汽油机VTG涡轮增压器可与米勒循环发动机组成最佳“黄金组合”，有利于未来搭配电机组成混合动力系统，为混合动力汽车大规模市场化做准备。通过VTG涡轮增压器结合米勒循环工作模式，可兼顾低速和高功率两端的性能要求，提高发动机高转速下的整体效率。另外在较低发动机排放温度下运行的米勒循环，使得汽油VTG采用更为经济的核心调节系统材料变得更加可能，也进一步让汽油VTG技术从原来高端汽车应用变成更具有普适性的技术。

2.可变配气相位。可变配气技术能够根据发动机的转速、负载和外界环境改变气门升程和配气相位，满足各种工况的最佳配气要求，对于提升发动机的有效转矩、降低燃油消耗和减小污染物排放具有重要意义。目前，常用的可变配气技术主要有BMW公司的Val-vetronic和 Vanos、Honda公司的VTEC、奥迪的AVS以及丰田的VVT-i等，然而这些技术或多或少的存在一些产品成本较高、调节复杂、可调范围有限等缺点，因此可变配气技术的发展仍然存在巨大的潜力。作为可变配气技术中的一类，液压可变配气技术及系统发展迅速。有研究提出了一种全可变液压气门机构方案，研究了气门落座的控制措施和压力波动对气门的影响规律。再有研究人研制了一种电液式可变配气系统，利用仿真与实验相结合的方法分析了气门的运动规律。还有研究对电控液压双活塞配气系统进行研究，利用仿真软件搭建了气门运动仿真平台，并根据气门运动控制要求对系统结构参数进行了优化。总结现有技术的发展状况，在液压可变配气技术中，气门运动主要与油压波动、气门弹簧参数、气门落座缓冲性能等多个因素影响，情况比较复杂。因此，对气门运动控制方法研究显得尤为重要。新型液压可变配气系统通过容积调节实现气门相位和升程连续可变，与现有的可变配气系统相比，能够更好地改善发动机性能。

3.缸内直喷技术。缸内直喷技术又称燃料分层喷射技术，将燃油由喷油嘴直接喷入缸内，它实现了在同等排量下发动机动力性和燃油经济性的完美结合，是直喷式汽油发动机领域的一项创新的革命性技术。该技术可以进一步提高汽油机热效率与降低汽油机排放，尤其是低负荷下的燃油消耗降低、动力显着提升。缸内直喷技术采用了两种不同的燃烧模式，即均质燃烧模式和分层燃烧模式。均质燃烧模式是指在进气行程后期向燃烧室内喷入燃油，在进气行程与压缩行程中完成与空气的充分混合，并在点火时刻使缸内形成较为均匀的混合气，确保稳定点火。分层燃烧模式是指在压缩行程喷入燃油，随着压缩行程的进行，燃油与空气混合，直至点火时刻，从火花塞处至缸壁，燃油浓度由浓到稀，保证有效点火，火焰传播也正常，从而提高燃油经济性。而传统的汽油发动机是将汽油喷射到进气管中，与空气混合后再进入气缸内燃烧，优化启动时不稳定循化的排放和输出。虽然有许多优点，也存在一些缺点。因为是新技术，研发成本很大，对于车主来讲较传统电喷车需要更加频繁更换火花塞等零部件。对燃油质量要求比较高，需要使用更高标号的燃油，无形中增加了车主的用车成本。缸内直喷发动机比传统电喷发动机更容易产生积碳，车主需要使用价格昂贵的缸内直喷发动机专用添加剂来解决积碳困扰。

三、汽车发动机电控技术发展趋势

1.汽车发动机的驱动能力发展趋势。传统的汽车发动机的驱动执行器一般是电磁式以及电动式。其主要是以电作为主要能源驱使发动机的相应机构进行工作，为汽车发动机的迅速发展起到了极大的促进作用。但随着时代的进步，其逐渐不能满足汽车发动机的要求。伴随着能源新工艺的不断发展，液动式执行器很快取代了传统的电磁式以及电动式执行器。尤其是随着发动机的不断更新换代，液动式执行器在汽车发动机电控系统中的驱动优势不断显现。

2.ECU处理器的发展趋势。汽车电子化进入新的发展阶段，与微处理器处理器在汽车中的广泛使用有着密切的关系。ECU被广泛的运用于汽车的相关电控系统中，ECU的信息处理速度决定了汽车的信息处理性能。随着汽车电子控制的国际复合化，高驱动，高效率的ECU处理器将成为汽车微处理的主流。ECU也将进一步的不断发展。

3.发动机故障智能处理系统发展趋势。随着人工智能的不断发展，汽车发动机电控系统也越来越智能。之前汽车发动机中经常会出现无法精准判断的故障难题，导致发动机的废弃。但随着发动机电控技术的不断发展，故障智能处理系统应运而生。其不仅能监测修复发动机零部件的故障，更进一步优化了发动机电控系统。