現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)電控技術(shù)
怠速控制系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)氣量控制方式的不同可分為節(jié)氣門直動式和旁通空氣式兩種,后者的應(yīng)用較廣,其中的執(zhí)行器—怠速控制閥的發(fā)展較快,相應(yīng)有步進(jìn)電機(jī)型、旋轉(zhuǎn)電磁閥型、占空比型和開關(guān)控制型等,各自在怠速控制中有不同程度的應(yīng)用。
(四)排氣再循環(huán)(EGR)電控系統(tǒng)
國外的早期研究發(fā)現(xiàn),將少量的排氣(5%~20 %)再次循環(huán)進(jìn)入氣缸與新鮮可燃混合氣混合后燃燒,可有效抑制 NOx 的產(chǎn)生。事實上,除了可采用氣門重疊產(chǎn)生排氣回流的內(nèi)部EGR方式外,更常用的措施是用專門的管道將部分排氣引至進(jìn)氣管,由ECU控制EGR閥改變流通截面來調(diào)節(jié)排氣量,實現(xiàn)再循環(huán)排氣率的變化。通常在發(fā)動機(jī)暖機(jī)、怠速、低負(fù)荷、高負(fù)荷等工況不需進(jìn)行EGR控制。
EGR控制的一般過程是:ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、冷卻水溫等信號,計算最佳再循環(huán)排氣率,再通過控制 EGR閥的開度來實現(xiàn)EGR控制。而ECU對EGR閥的控制,實質(zhì)上是通過對真空調(diào)節(jié)閥的控制來實現(xiàn)的。真空調(diào)節(jié)閥一般是電磁式的,用于將ECU輸出的電信號轉(zhuǎn)換為氣壓變化,從而實現(xiàn)對氣動式EGR閥的控制。并且,ECU還通過壓力傳感器測量再循環(huán)排氣率信號來進(jìn)行反饋控制。在實施反饋控制時,最初使用的是獨立式壓力或壓差傳感器,而今又出現(xiàn)了與EGR閥共為一體的EGR位置傳感器,提高了控制精度。
(五)增壓電控系統(tǒng)
發(fā)動機(jī)中增壓系統(tǒng)的安裝日漸增多,其目的是為了提高進(jìn)氣效率。電控增壓系統(tǒng)的研制開發(fā)使增壓技術(shù)又跨上了一個新臺階。目前,應(yīng)用較普遍的是電控廢氣渦輪增壓系統(tǒng)。通常增壓器是為與發(fā)動機(jī)低速小負(fù)荷工況相匹配而設(shè)計的,當(dāng)發(fā)動機(jī)大負(fù)荷運行時容易導(dǎo)致增壓器超速運行而損壞,為此,電控廢氣渦輪增壓系統(tǒng)專門在排氣管中廢氣渦輪室處增加了一旁通氣道,由ECU控制切換閥的開度大小進(jìn)行調(diào)整。通常情況下切換閥閉合,廢氣通過渦輪氣室排出;一旦發(fā)動機(jī)大負(fù)荷運行將導(dǎo)致廢氣渦輪轉(zhuǎn)速升高,當(dāng)進(jìn)氣壓力超過限值,ECU便會通過相應(yīng)機(jī)構(gòu)開啟切換閥,使旁通氣道導(dǎo)通,廢氣不經(jīng)渦輪室而直接由旁通氣道排出,增壓器停止工作。
(六)故障自診斷系統(tǒng)
現(xiàn)代轎車發(fā)動機(jī)的電控系統(tǒng)中,ECU一般都帶有故障自診斷系統(tǒng),自行監(jiān)測、診斷發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)各部分的故障。對于傳感器,可通過檢測其信號是否超出規(guī)定范圍來直接進(jìn)行判斷;對于執(zhí)行器,則在其初始電路中增設(shè)專門回路來實現(xiàn)監(jiān)測,對于ECU本身,也有專用程序進(jìn)行診斷。
故障自診斷系統(tǒng)時刻監(jiān)測各控制系統(tǒng)的工作情況,當(dāng)出現(xiàn)故障時,一般轎車儀表板上的故障指示燈可閃爍報警,同時將故障信息以代碼的形式保存在微機(jī)的存儲器中,維修時不僅可以通過故障指示燈間斷閃爍來顯示,也可以通過專用的檢測儀器以數(shù)字的形式顯示故障代碼,以便進(jìn)一步通過手冊查出故障原因。自診斷系統(tǒng)很好地解決了復(fù)雜電控系統(tǒng)難以判斷故障的問題。
(七)故障保險系統(tǒng)及故障備用控制系統(tǒng)
當(dāng)自診 斷系統(tǒng)檢測出傳感器及其電路故障后,ECU中的故障保險系統(tǒng)隨之自動啟動發(fā)揮作用。故障保險系統(tǒng)會用程序設(shè)定的數(shù)據(jù)取代故障部分輸入的非正常信號,進(jìn)行直接控制。故障保險系統(tǒng)一般通過軟件編程來實現(xiàn)。
而當(dāng)微機(jī)或主要傳感器(如進(jìn)氣歧管壓力傳感器)出現(xiàn)故障時,ECU立即將主控權(quán)由微機(jī)切換至故障備用系統(tǒng)中,由其代替微機(jī)工作。故障備用系統(tǒng)作為 ECU的一個集成電路模塊,根據(jù)起動信號和怠速觸點狀態(tài)信號,一般只能確定維持汽車運行的最簡單的控制方案,保證轎車“緩慢回家”以便修理,而不能達(dá)到微機(jī)控制時的最佳性能。
(八)其他電控系統(tǒng)
1.進(jìn)氣渦流電控系統(tǒng)進(jìn)氣渦流可以促進(jìn)汽油蒸發(fā)以及與空氣的均勻混合,提高燃燒效率。電控進(jìn)氣渦流在某些轎車(特別是采用稀燃技術(shù)的轎車)上應(yīng)用較多。其結(jié)構(gòu)是在進(jìn)氣口附近增設(shè)一渦流控制閥,通過ECU采集轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、冷卻水溫等信號,并加以處理后控制其旋轉(zhuǎn)角度,引導(dǎo)氣流偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生渦流,調(diào)節(jié)渦流比,實現(xiàn)渦流控制。
2.可變進(jìn)氣控制系統(tǒng)可變進(jìn)氣控制系統(tǒng)是從增加進(jìn)氣量、提高進(jìn)氣效率的角度出發(fā)來改善發(fā)動機(jī)動力性能的,該系統(tǒng)有兩種類型:一種是可變流通面積控制方式,它通過ECU控制安裝在進(jìn)氣管道中的控制閥的旋轉(zhuǎn)角度來改變其進(jìn)氣流通截面,滿足不同工況對進(jìn)氣量的需求;另一種是可變流通長度控制方式,由ECU控制進(jìn)氣管道中的控制閥來調(diào)整進(jìn)氣管的長度。實踐證明,可變進(jìn)氣控制系統(tǒng)可增強(qiáng)發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)性。
3.進(jìn)氣溫度預(yù)熱控制系統(tǒng) 進(jìn)氣溫度預(yù)熱控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)低溫起動時的進(jìn)氣溫度來促進(jìn)汽油蒸發(fā),改善排放性能。預(yù)熱方式主要有排氣管預(yù)熱、水溫預(yù)熱和正溫度元件(PTC)預(yù)熱3種型式。
4 .燃油蒸發(fā)電控系統(tǒng)燃油蒸發(fā)電控系統(tǒng)用來降低燃油箱中汽油蒸氣排向大氣所造成的污染。目前,活性炭罐蒸發(fā)電控裝置得到了廣泛應(yīng)用。停車期間,利用活性炭罐吸收汽油蒸氣,防止向大氣擴(kuò)散;發(fā)動機(jī)運行后,ECU控制活性炭罐與進(jìn)氣管之間的導(dǎo)通,利用進(jìn)氣真空度將活性炭罐中吸附的汽油蒸氣吸入進(jìn)氣管,這樣可有效防止汽油蒸氣的外逸,降低 HC的排放污染。
5.曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)電控系統(tǒng)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)電控系統(tǒng)的目的是將氣缸中經(jīng)活塞環(huán)間隙滲入曲軸箱內(nèi)的氣體再次循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣管中,以減少該部分氣體直接排向大氣造成的污染?,F(xiàn)代電控系統(tǒng)中,由ECU根據(jù)節(jié)氣門位置信號、轉(zhuǎn)速信號等控制強(qiáng)制通風(fēng)閥,從而實現(xiàn)曲軸箱內(nèi)氣體與進(jìn)氣管之間的導(dǎo)通,再利用曲軸箱內(nèi)氣體。
6.二次空氣噴射系統(tǒng)二次空氣噴射作為早期控制污染物排放的措施之一,目前與催化轉(zhuǎn)換器配合使用。它同樣由ECU控制二次空氣噴射氣道的導(dǎo)通,將空氣引入催化轉(zhuǎn)換器中,實現(xiàn)對 NOx、CO、HC的轉(zhuǎn)變。在將空氣引入排氣管的方式中,除了空氣泵控制外,還可用排氣脈沖波來實現(xiàn)。另外,隨著研究的進(jìn)一步深入,又出現(xiàn)了許多新技術(shù)。如停缸控制,它可根據(jù)負(fù)荷的不同要求,停止部分氣缸的燃油供給與點火控制,減少浪費,提高發(fā)動機(jī)效率;再如加速踏板電控系統(tǒng),可避免機(jī)械式加速踏板因為磨損而產(chǎn)生的誤差,增加控制精度。
三、結(jié)束語
隨著微機(jī)、電子技術(shù)的日臻完善以及材料工藝的蓬勃發(fā)展,再加上控制理論的不斷成熟完善,發(fā)動機(jī)電控技術(shù)有望取得更大的突破。
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