现代轿车发动机电控技术的探讨

摘 要： 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(特别是轿车)的基本特征。

关键词： 轿车； 电控技术

中图分类号： U464 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）03-0062-01

一、概述

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。主要有PID控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制以及预测控制等。现代控制理论的发展使得电控系统更能适应复杂的多变量系统、时变系统和非线性系统，甚至对于数学模型不甚精确的系统也能实施精确有效的控制。而这正是发动机电控得以实现的前提。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，并按设定的程序进行计算处理，输出处理结果；执行器则根据ECU输出的电信号驱动执行机构，使之按要求变化。

1．电子控制组件(ECU)

ECU以微机为中心。还包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放大器等。微机运算速度快、精度高，能实时控制，并具备多中断响应等功能。目前，汽车电控系统采用计算机网络技术，把发动机电控系统、车身电控系统、底盘电控系统及信息与通信系统等各系统的ECU相联结，形成机内分布式计算机网络，实现汽车电子综合控制。

2．传感器

汽车传感器的工作条件极为恶劣，因此，传感器能否精确可靠地工作至关重要。

3．执行器

执行器用来精确无误地执行 ECU发出的命令信号。因此 ，执行器工作的精确与否将最终影响电控的成败，正因如此，其工作可靠性和精确性一直作为研究重点而倍受关注。

二、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，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。

目前，电喷系统主要采用开环与闭环控制(反馈控制)相结合的方式。对诸如暖机、怠速等需要供给浓混合气的工况采取开环控制，此外则通过排气管中设置的氧传感器，测量实际空燃比来进行反馈控制。

2．电子点火控制系统

微机控制电子点火系统可控制并维持发动机点火提前角(ESA)在最佳范围以内，使汽油机的点火时刻更接近于理想状态。

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。无分电器点火系统可消除分火头与分电器盖边电极的火花放电现象，减少电磁干扰。

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。

目前，除了怠速转速的稳定性控制之外，怠速控制还可以实现起动控制、暖机控制以及负荷变化控制等功能，这样多种功能的集中，不仅简化了机构，而且也提高了怠速控制的精确性。

4．排气再循环 (EGR)电控系统

国外的早期研究发现，将少量的排气(5%～20%)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。常用的措施是用专门的管道将部分排气引至进气管，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。

5．增压电控系统

发动机中增压系统的安装日渐增多，其目的是为了提高进气效率。电控增压系统的研制开发使增压技术又跨上了一个新台阶。目前，应用较普遍的是电控废气涡轮增压系统。通常增压器是为与发动机低速小负荷工况相匹配而设计的，当发动机大负荷运行时容易导致增压器超速运行而损坏，为此，电控废气涡轮增压系统专门在排气管中废气涡轮室处增加了一旁通气道，由ECU控制切换阀的开度大小进行调整。通常情况下切换阀闭合，废气通过涡轮气室排出，一旦发动机大负荷运行将导致废气涡轮转速升高，当进气压力超过限值时，ECU便会通过相应机构开启切换阀，使旁通气道导通，废气不经涡轮室而直接由旁通气道排出，增压器停止工作。

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。对于传感器，可通过检测其信号是否超出规定范围来直接进行判断，对于执行器，则在其初始电路中增设专门回路来实现监测，对于ECU本身，也有专用程序进行诊断。

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，同时将故障信息以代码的形式保存在微机的存储器中，维修时不仅可以通过故障指示灯间断闪烁来显示，也可以通过专用的检测仪器以数字的形式显示故障代码，以便进一步通过手册查出故障原因。

7．故障保险系统及故障备用控制系统

当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。故障保险系统一般通过软件编程来实现。

8．其他电控系统

（1）进气涡流电控系统

进气涡流可以促进汽油蒸发以及与空气的均匀混合，提高燃烧效率。其结构是在进气口附近增设一―涡流控制阀，通过ECU采集转速、节气门开度、冷却水温等信号，并加以处理后控制其旋转角度，引导气流偏转产生涡流，调节涡流比，实现涡流控制。

（2）可变进气控制系统

可变进气控制系统是从增加进气量、提高进气效率的角度出发来改善发动机动力性能的，该系统有两种类型:一种是可变流通面积控制方式，它通过ECU控制安装在进气管道中的控制阀的旋转角度来改变其进气流通截面，满足不同工况对进气量的需求；另一种是可变流通长度控制方式，由ECU控制进气管道中的控制阀来调整进气管的长度。

（3）进气温度预热控制系统

进气温度预热控制系统通过调节低温起动时的进气温度来促进汽油蒸发，改善排放性能。

三、结语

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。