現代汽車發動機電控技術
怠速控制系統根據進氣量控制方式的不同可分為節氣門直動式和旁通空氣式兩種,后者的應用較廣,其中的執行器—怠速控制閥的發展較快,相應有步進電機型、旋轉電磁閥型、占空比型和開關控制型等,各自在怠速控制中有不同程度的應用。
(四)排氣再循環(EGR)電控系統
國外的早期研究發現,將少量的排氣(5%~20 %)再次循環進入氣缸與新鮮可燃混合氣混合后燃燒,可有效抑制 NOx 的產生。事實上,除了可采用氣門重疊產生排氣回流的內部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氣管,由ECU控制EGR閥改變流通截面來調節排氣量,實現再循環排氣率的變化。通常在發動機暖機、怠速、低負荷、高負荷等工況不需進行EGR控制。
EGR控制的一般過程是:ECU根據發動機的轉速、節氣門開度、冷卻水溫等信號,計算最佳再循環排氣率,再通過控制 EGR閥的開度來實現EGR控制。而ECU對EGR閥的控制,實質上是通過對真空調節閥的控制來實現的。真空調節閥一般是電磁式的,用于將ECU輸出的電信號轉換為氣壓變化,從而實現對氣動式EGR閥的控制。并且,ECU還通過壓力傳感器測量再循環排氣率信號來進行反饋控制。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
發動機中增壓系統的安裝日漸增多,其目的是為了提高進氣效率。電控增壓系統的研制開發使增壓技術又跨上了一個新臺階。目前,應用較普遍的是電控廢氣渦輪增壓系統。通常增壓器是為與發動機低速小負荷工況相匹配而設計的,當發動機大負荷運行時容易導致增壓器超速運行而損壞,為此,電控廢氣渦輪增壓系統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行調整。通常情況下切換閥閉合,廢氣通過渦輪氣室排出;一旦發動機大負荷運行將導致廢氣渦輪轉速升高,當進氣壓力超過限值,ECU便會通過相應機構開啟切換閥,使旁通氣道導通,廢氣不經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
現代轎車發動機的電控系統中,ECU一般都帶有故障自診斷系統,自行監測、診斷發動機控制系統各部分的故障。對于傳感器,可通過檢測其信號是否超出規定范圍來直接進行判斷;對于執行器,則在其初始電路中增設專門回路來實現監測,對于ECU本身,也有專用程序進行診斷。
故障自診斷系統時刻監測各控制系統的工作情況,當出現故障時,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字的形式顯示故障代碼,以便進一步通過手冊查出故障原因。自診斷系統很好地解決了復雜電控系統難以判斷故障的問題。
(七)故障保險系統及故障備用控制系統
當自診 斷系統檢測出傳感器及其電路故障后,ECU中的故障保險系統隨之自動啟動發揮作用。故障保險系統會用程序設定的數據取代故障部分輸入的非正常信號,進行直接控制。故障保險系統一般通過軟件編程來實現。
而當微機或主要傳感器(如進氣歧管壓力傳感器)出現故障時,ECU立即將主控權由微機切換至故障備用系統中,由其代替微機工作。故障備用系統作為 ECU的一個集成電路模塊,根據起動信號和怠速觸點狀態信號,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,而不能達到微機控制時的最佳性能。
(八)其他電控系統
1.進氣渦流電控系統進氣渦流可以促進汽油蒸發以及與空氣的均勻混合,提高燃燒效率。電控進氣渦流在某些轎車(特別是采用稀燃技術的轎車)上應用較多。其結構是在進氣口附近增設一渦流控制閥,通過ECU采集轉速、節氣門開度、冷卻水溫等信號,并加以處理后控制其旋轉角度,引導氣流偏轉產生渦流,調節渦流比,實現渦流控制。
2.可變進氣控制系統可變進氣控制系統是從增加進氣量、提高進氣效率的角度出發來改善發動機動力性能的,該系統有兩種類型:一種是可變流通面積控制方式,它通過ECU控制安裝在進氣管道中的控制閥的旋轉角度來改變其進氣流通截面,滿足不同工況對進氣量的需求;另一種是可變流通長度控制方式,由ECU控制進氣管道中的控制閥來調整進氣管的長度。實踐證明,可變進氣控制系統可增強發動機動力性和經濟性。
3.進氣溫度預熱控制系統 進氣溫度預熱控制系統通過調節低溫起動時的進氣溫度來促進汽油蒸發,改善排放性能。預熱方式主要有排氣管預熱、水溫預熱和正溫度元件(PTC)預熱3種型式。
4 .燃油蒸發電控系統燃油蒸發電控系統用來降低燃油箱中汽油蒸氣排向大氣所造成的污染。目前,活性炭罐蒸發電控裝置得到了廣泛應用。停車期間,利用活性炭罐吸收汽油蒸氣,防止向大氣擴散;發動機運行后,ECU控制活性炭罐與進氣管之間的導通,利用進氣真空度將活性炭罐中吸附的汽油蒸氣吸入進氣管,這樣可有效防止汽油蒸氣的外逸,降低 HC的排放污染。
5.曲軸箱強制通風電控系統曲軸箱強制通風電控系統的目的是將氣缸中經活塞環間隙滲入曲軸箱內的氣體再次循環進入進氣管中,以減少該部分氣體直接排向大氣造成的污染。現代電控系統中,由ECU根據節氣門位置信號、轉速信號等控制強制通風閥,從而實現曲軸箱內氣體與進氣管之間的導通,再利用曲軸箱內氣體。
6.二次空氣噴射系統二次空氣噴射作為早期控制污染物排放的措施之一,目前與催化轉換器配合使用。它同樣由ECU控制二次空氣噴射氣道的導通,將空氣引入催化轉換器中,實現對 NOx、CO、HC的轉變。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。另外,隨著研究的進一步深入,又出現了許多新技術。如停缸控制,它可根據負荷的不同要求,停止部分氣缸的燃油供給與點火控制,減少浪費,提高發動機效率;再如加速踏板電控系統,可避免機械式加速踏板因為磨損而產生的誤差,增加控制精度。
三、結束語
隨著微機、電子技術的日臻完善以及材料工藝的蓬勃發展,再加上控制理論的不斷成熟完善,發動機電控技術有望取得更大的突破。
pid控制相關文章:pid控制原理
pid控制器相關文章:pid控制器原理
熱電偶相關文章:熱電偶原理
評論