淺談電控發(fā)動機的發(fā)展和趨勢

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摘要： 隨著化油器的發(fā)展達到極限，尤其是發(fā)動機排放量限制濃度值日趨嚴格，不能滿足發(fā)動機各種工作下混合器質(zhì)量要求，影響了發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性。電子控制（下面簡稱電控）燃油噴射發(fā)展初期，可追溯到四沖程柴油機上所取的良好的經(jīng)驗，即成功地裝備燃油噴射系統(tǒng)。 

abstract: along with the development of the carburetor, especially the engine emission density limit is strict; it can’t meet the quality requirements of mixer quality at all kinds of work condition, which impacts the engine performance and fuel economy. at the electronic control (hereinafter referred to as the electric control) fuel injection development initial period, we can back to the good experience of four stroke diesel engine, which successfully equipment fuel injection system.  關(guān)鍵詞： 電控發(fā)動機；發(fā)展；趨勢  key words: electronic-controlled engine；development；trend  1  電控發(fā)動機的發(fā)展背景  在40年代，德國戴姆勒-奔馳公司、拜耳發(fā)動機制造廠首次將燃油噴射系統(tǒng)裝備汽車發(fā)動機上，但由于各種原因，只是在德軍飛機上采用機械式燃油噴射系統(tǒng)。  50年代，德國戴姆勒-奔馳公司在其生產(chǎn)的奔馳300l型汽車裝備機械式燃油缸內(nèi)噴射系統(tǒng)。1953年美國bendix（朋迪克斯）公司開始開發(fā)電子控制燃油噴射系統(tǒng)，1957年朋迪克斯公司電子控制燃油噴射系統(tǒng)問世，并裝備在克菜斯勒轎車上。  60年代，由于電子技術(shù)發(fā)展非?；钴S，加之一國家對汽車廢氣排放濃度限制，一度出現(xiàn)世界能源危機，各國汽車制造廠家對化油器做了各種改進，仍無法滿足日益嚴格的限制。1967年，德國bosch（波許）公司首次開發(fā)一jetronic電控燃油噴射系統(tǒng)，并應用伏克斯瓦根vw-1600轎車上，對美國大量出口，率先達到一些國家廢氣排放濃度的限制。  1973年，德國bosch(波許)公司推出l—jetronic型電子控制燃油噴射系統(tǒng)。質(zhì)量流量控制lh—jetronic型電控燃油噴射系統(tǒng)。1979年，德國bosch(波許)公司生產(chǎn)了集電子點火和電控燃油噴射于一體的motronic數(shù)字式發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)。1980年美國gm（通用）公司ford（福特）公司首先推出spi單點噴射式電控燃油噴射系統(tǒng)。新技術(shù)的進展，大有取代傳統(tǒng)式化油器的趨勢。  80年代，電子控制燃油噴射系統(tǒng)在汽車上應用已廣泛。據(jù)統(tǒng)計，1993年采用電控燃油噴射系統(tǒng)比重：美國100%，日本80%，德國98%。不僅在轎車上，而且在個種類型車上采用了電控燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)，充分顯示了它強大的生命力。  電子燃油噴射代替?zhèn)鹘y(tǒng)化油器，大大改善了發(fā)電機的動力性能，提高了發(fā)電機的最大輸出功率；高空燃控制精度是電子燃油噴射的最大優(yōu)點，無論是環(huán)境中氣溫=大氣壓等條件變化或是加速、減速、過度等非穩(wěn)定工況以及起動、暖機、高溫行使、再起動等冷熱工況時，發(fā)電機都能獲得精確符合要求的空燃比，從而全面地改善了使用性能。在穩(wěn)定工況下，電子控制噴射利用氧氣傳感器反饋控制空燃比，集合三觸媒反映器的作用，可以獲得最佳的排氣凈化效果。而在其他工況，由于空燃比的精確控制，能實現(xiàn)按需供油，因而降低了燃油消耗量。  電噴技術(shù)的出現(xiàn)是微型計算機控制技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。今后隨著微型計算機功能和控制技術(shù)的進步，發(fā)電機控制將會向全面集中控制的方向發(fā)展，電子控制汽油噴射裝置將作為集中控制系統(tǒng)中的一個主要部分與之配合發(fā)展。同時，隨著控制理論和技術(shù)的進步，在電控技術(shù)中新控制原理的應用和實用化也必將成為一個重要的發(fā)展方向和研究課題。  電噴發(fā)動機是21世紀我國車用發(fā)動機發(fā)展的方向。按照汽車電子裝備產(chǎn)品“十五”規(guī)劃，我國將在“十五”期間加快發(fā)展汽車電噴系統(tǒng)、abs和安全氣囊三大電子裝備。efi系統(tǒng)是我國集中發(fā)展、扶植的汽車產(chǎn)品關(guān)鍵總成和系統(tǒng)零部件。目前國內(nèi)efi系統(tǒng)產(chǎn)品有單點噴射式和多點噴射式，控制方式即有單獨控制，也有集中控制，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。但關(guān)鍵部件國產(chǎn)化進程緩慢，部件關(guān)鍵工藝有待國產(chǎn)化，中央處理器正在過產(chǎn)化過程中。我國的目標是經(jīng)過“十五”技改后，產(chǎn)品水平和工藝水平達到國外20實際90年代水平。  2  電控發(fā)動機的發(fā)展概況  早期的汽油噴射系統(tǒng)采用機械式控制方式，在飛機發(fā)動機上得到應用。二戰(zhàn)結(jié)束后，汽油噴射技術(shù)在汽車發(fā)動機上得到應用，但由于成本高，技術(shù)難度大，只應用于一些高級轎車及賽車。  60年代，由于電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和受汽車排放法規(guī)的影響，汽油噴射技術(shù)向一般汽車推廣使用。  進入70年代，能源危機和電子技術(shù)的發(fā)展使電控汽油噴射成為汽車工業(yè)的重要發(fā)展方向，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電控汽油噴射系統(tǒng)經(jīng)歷了從晶體管，集成電路到微機控制，從模擬式到數(shù)字式的發(fā)展過程。1967年，德國bosch公司bendix公司專利基礎(chǔ)上，率先開發(fā)出一套d-jetronic汽油噴射系統(tǒng)，并于70年代首次批量生產(chǎn)，率先達到當時美國加州汽車排放法規(guī)的要求，開創(chuàng)了汽油噴射電子控制系統(tǒng)的應用歷史。為了改善d-jetronic系統(tǒng)工況變化時的不良控制效果，bosch公司又開發(fā)出質(zhì)量流量控制的l-jetronic電控噴油系統(tǒng)。之后，l-jetronic系統(tǒng)進一步發(fā)展成lh-jetronic系統(tǒng)。lh-jetronic系統(tǒng)即可精確測量空氣流量，又能補償大氣壓力和溫度變化的影響，又進一步減小了進氣阻力，響應速度更快，性能更加優(yōu)越。大規(guī)模集成電路和微型計算機的發(fā)展為汽車發(fā)動機達到綜合性能指標最佳的綜合控制系統(tǒng)的誕生創(chuàng)造了有利條件。1979年，bosch公司開始生產(chǎn)集電子點火和電子噴油于一體的motronic數(shù)字發(fā)動機綜合控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)能對空燃比、點火時刻、怠速轉(zhuǎn)速和廢氣再循環(huán)等方面進行綜合控制。隨后，世界各大汽車生產(chǎn)廠家相繼推出自己的產(chǎn)品，包括gm公司的efi系統(tǒng)和tbi系統(tǒng)、ford公司的eec系統(tǒng)、chrysler公司的cfi系統(tǒng)、日產(chǎn)eccs系統(tǒng)、豐田tccs系統(tǒng)、三菱ect-jet系統(tǒng)和lucas的ems系統(tǒng)，與此同時，傳感器和汽車專用控制芯片得到了迅速發(fā)展。  80年代以前，汽油機噴射多采用多點汽油噴射系統(tǒng)，1980年，gm公司首先研制成功一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉的tbi系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用低壓噴射，使用更低的噴油壓力和較少的噴油器就能夠滿足當時的法規(guī)要求，得到迅速普及和發(fā)展。1983年，bosch也推出了mono-jetronic單點汽油噴射系統(tǒng)。  80年代末90年代初，由于對發(fā)動機性能結(jié)構(gòu)要求的進一步提高，法規(guī)要求的進一步嚴格，多點汽油噴射系統(tǒng)重新顯現(xiàn)出優(yōu)勢并再次占據(jù)主導地位。隨著微處理器在汽車上的應用，汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)的首要任務是根據(jù)各種性能指標確定發(fā)動機系統(tǒng)的最佳特征，可以相應于各種工況、環(huán)境和狀態(tài)自動作相應調(diào)整和補償，使發(fā)動機始終保持在最優(yōu)狀況運行。  目前電控的內(nèi)容主要包括：燃油噴射控制、點火及爆震控制，此外還有怠速控制、超速保護、減速斷油、廢氣再循環(huán)控制、增壓控制、可變氣閥定時控制、發(fā)動機故障自診斷和故障安全系統(tǒng)等。  3  電控發(fā)動機的發(fā)展趨勢  隨著排放法規(guī)的不斷嚴格和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，汽油機電控技術(shù)取得了顯著的進步，作為一種新技術(shù)已在汽車工業(yè)中建立了堅實的基礎(chǔ)。目前，汽油機電子控制的發(fā)展趨勢還十分強勁。汽油機電控系統(tǒng)的研究和發(fā)展主要表現(xiàn)在幾個方面：  3.1 控制器  隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)動機的控制器在小型化的同時功能越來越強。目前，電控單元的硬件不斷豐富，集成化程度越來越高，數(shù)據(jù)采集、計算和通訊速度不斷提高，對燃燒壓力的瞬態(tài)變化也能進行實時處理。發(fā)動機控制向綜合控制方向發(fā)展，不僅是實現(xiàn)對發(fā)動機本身的控制還同時兼有車輛自動變速、主動懸架及車速控制等的汽車綜合管理系統(tǒng)。當前，16位機取代8位機成為車用微機的主流機型，而且向32位機邁進，這將有力地支持控制系統(tǒng)發(fā)展更多、更高級的功能。  3.2 傳感器  傳感器的發(fā)展趨勢是走向小型化、集成化及智能化，能夠?qū)囟?、電壓進行自動補償，并自動恢復由于長期使用造成的性能衰退；具備自診斷及自修復功能，并直接輸出數(shù)字信號，簡化控制單元；傳感器本身有較強抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。目前新型傳感器的開發(fā)主要集中在燃燒數(shù)據(jù)傳感器研制和發(fā)動機輸出參數(shù)檢測兩個領(lǐng)域。  3.3 控制軟件的發(fā)展  突出表現(xiàn)在新型控制理論在發(fā)動機控制中的實際應用，汽油機的控制理論從開環(huán)控制走向閉環(huán)控制，從最優(yōu)控制走向自適應、自學習控制，最終走向神經(jīng)網(wǎng)絡智能控制。未來一段時間內(nèi)，控制軟件發(fā)展主要表現(xiàn)在幾個方面：  ①為新的變量開發(fā)控制算法；  ②為開發(fā)控制算法進行仿真研究；  ③為車外診斷的專家系統(tǒng)和在車內(nèi)使用的控制系統(tǒng)進行仿真應用研究。  新一代電控發(fā)動機的研制包括：  a）汽油機稀薄燃燒技術(shù)的研究；  b）汽油機缸內(nèi)直噴技術(shù)的研究。  總之，電子控制在當前發(fā)動機控制發(fā)展中起了核心作用。今后的發(fā)動機電控將隨著社會的各種要求和各種新技術(shù)、新材料的發(fā)展向高精度、緊湊化方向發(fā)展。  參考文獻：  [1]陳康儀.汽車化油器及電控汽油噴射系統(tǒng):人民交通出版社，1997.8.  [2]崔心存,金國棟.內(nèi)燃機排氣凈化:華中理工大學出版社,1991.  [3]趙琢.汽車電控燃油噴射系統(tǒng)的運用與檢修:人民交通出版社,1996.14～1.