控制系統的基本組成和動力控制系統的技術路線

隨著汽車電子技術的發展，汽車的電子化程度逐年增加。當前，汽車電子技術進入了優化人、汽車、環境的整體關系階段，向著智能化、網絡化以及安全化方向發展，并為汽車上的集中控制提供了基礎。

電子技術已經在車輛發動機控制、底盤控制、故障診斷以及音響、導航等各個方面得到廣泛應用，顯著提高了車輛的整體性能。今天我們主要來講一講發動機控制系統。

動力控制系統以電子控制單元（ECU）為控制核心，以空氣流量和發動機轉速為控制基礎，以噴油器、怠速空氣調整器等為控制對象，保證獲得與發動機各工況相匹配的最佳混合氣成分和點火時刻，主要由燃油系統、進氣系統和電子控制系統三大部分組成。

1控制系統的基本組成

控制系統是指控制對象與控制器的總稱。

1.控制對象

控制服務的對象,稱控制對象。發動機是發動機控制系統的控制對象，它受兩種干擾量的作用：一種是外界條件的作用,這種作用量稱干擾作用量；另一種是通過調準機構改變的控制量的作用，這種作用稱控制作用量。

2.控制器

用來完成控制的裝置,稱控制器。例如控制發動機轉速的裝置，稱為轉速控制器?？刂破饔啥鄠€元件組成。不同的控制器有不同的元件，但都有敏感元件、放大隨動裝置和執行機構這三個基本部分。

（1）敏感元件

敏感元件又稱測量元件,它感受被控參數或弓|起被控參數變化的干擾量的變化。例如,感受被控參數轉速變化的離心飛重，就是轉速敏感元件；感受引|起被控參數轉速變化的干擾作用量變化的膜盒，就是壓力敏感元件。

（2）放大隨動裝置

放大隨動裝置由放大元件和隨動裝置兩部分組成。在控制器中,由于放大元件與隨動裝置是聯合使用的，有著密切的聯系，通常把它們一起稱為放大隨動裝置。

（3）執行機構

執行機構也稱控制機構,用來改變控制量的大小。發動機轉速控制系統中的油門]開關、柱塞式油泵的斜盤都是執行機構。

控制器除了具有上述三個基本元件外,還常常設有一一些其它元件。如比較元件、計算元件和校正元件等，在此不再敘述。

2動力控制系統的技術路線

為了落實我國汽車發展總體路線，支撐節能汽車、純電動和混合動力汽車、氫燃料電池汽車、智能網聯汽車等重要產品的發展，制定了相關的關鍵技術路線圖。

汽車動力控制技術路線重點在于采用高效燃燒、降摩擦、先進控制等技術提高發動機熱效率，以多檔化和高效化提高傳動效率，采用混合動力技術進一步降低整車油耗。

3熱效率

有關燃油經濟和二氧化碳排放的法規逐漸出臺，迫使汽車制造商們制造更加高效的動力系統。

近年來，馬自達和豐田相繼在內燃機熱效率上取得突破，馬自達的創馳藍天（SKYACTIV-X）汽油發動機最早將最大熱效率推進到了38%。在與馬自達交換技術后，豐田做出了目前最大熱率最高的汽油發動機，達到40%，而混動發動機熱效率更高，達到41%，并將在未來實現50%熱效率。

4燃油噴射技術

1.三大燃油噴射技術

（1）進氣管汽油噴射技術

該技術難以保證節氣門后至進氣門的一段管壁上不形成油膜或油滴，因此進氣歧管的結構對混合氣的輸送和分配有重大影響，燃油經濟性很差。隨著汽車電控技術發展，主流的進氣管噴射技術已經逐漸淘汰。

（2）缸內直噴技術

缸內直噴技術簡單的說，就是直接將燃油噴射到氣缸內，與由進氣歧管導入的空氣在氣缸內混合。這種噴射技術對噴油系統的技術要求很高，因為噴油嘴是安裝在氣缸內，缸內燃燒溫度是一個很大的考驗。其次這種技術的目的是壓榨每一滴燃油的能量，也就是所謂的稀薄燃燒。讓燃油在氣缸內充分燃燒，同時大大減少排期中的碳氫化合物、一氧化碳。

大眾的TSI，奧迪的TFSI，奔馳的CGI，三菱的GDI等等。這些看似很高端的學術名詞，本質上都是缸內直噴技術。

（3）混合噴射技術

將傳統的歧管多點噴射與缸內直噴相結合。低負荷工況時，歧管噴油嘴在氣缸進氣行程時噴油，混合氣進入氣缸，再配合壓縮行程時氣缸內噴油嘴噴油，從而實現分層燃燒；高負荷工況時，只在壓縮行程進行缸內直噴。這樣一來，不僅可以提高發動機的工作效率，還避免了上面提到的在低負荷工況下因氧氣過量導致的排放問題。

混噴技術已經慢慢發展為主流的燃油噴射技術，例如豐田的D-4S技術，在雷克薩斯GS和RC等系列上已經應用，大眾第三代EA888發動機也采用了混噴技術。

2.三大電控主流技術路線

目前國際上實現三次排放的電控方式有三條主流技術路線：分別是電控單體泵、電控泵噴嘴和高壓共軌。

主要國際汽車配件供應商都在進行著柴油共軌噴射系統的開發，如：博世、德爾福、西門子、電裝、VDO和馬格納馬瑞利公司，他們是全球主要的共軌噴射系統供應商，目前在國內生產共軌柴油噴射系統的還只有博世一家。

（1）電控單體泵技術（EUP）

德國博世公司的電控單體泵系統，采用較短的高壓油管，可實現較高的噴油壓力，最高可達250MPa。該系統采用告訴電磁閥控制噴油定時及噴油量。

（2）電控泵噴嘴技術

優良的混合氣體是提高柴油發動機動力性、燃油經濟性、降低排放率、降低噪音率的關鍵因素。這要求噴射系統產生足夠高的噴射壓力，確保燃油霧化良好，同時還必須精確控制噴油始點和噴油量。

（3）高壓共軌技術（CRDI）

共軌系統由高壓泵、噴油管、高壓蓄壓器（共軌）、噴油器、電控單元和傳感器及執行器組成。共軌式噴油系統最大特點是將噴射壓力的產生與噴射過程彼此完全分開，通過油壓實現精確控制，使高壓油管壓力大小與發動機的轉速基本無關，極大程度降低了發動機震動和噪聲，同時將油耗進一步降低，使排放更加清潔。但共軌技術的噴油壓力低于泵噴嘴系統，一般只能達到160MPa左右。

5可變氣門技術

可變氣門正時技術幾乎已成為當今發動機的標準配置，為了進一步挖掘傳統內燃機的潛力，工程人員又在此基礎上研發出可變氣門升程技術，當二者有效的結合起來時，則為發動機在各種工況和轉速下提供了更高的進、排氣效率。

我們最熟悉的可變氣門升程系統是本田的i-vtec，利用第三根搖臂和第三個凸輪即實現了看似復雜的氣門升程變化。這項技術在本田車型上的普及度較高，但是分段式的氣門調節方式還是令發動機的動力輸出不夠線性。

此外比較常見的可變氣門技術還有三菱的MIVEC，寶馬的Valvetronic、Double-VANOS、豐田的雙VVT、奧迪的AVS、菲亞特的Multiair等。

6增壓技術

汽油機增壓技術通過提高發動機充氣密度，從而提高發動機的功率和轉矩，改善熱效率，提高經濟性，降低發動機設計排量，降低噪聲。

對于發動機增壓技術，現在常見的主要是機械增壓和廢氣渦輪增壓技術，也有雙增壓、氣波增壓等技術的應用，同時增壓技術正在不斷進步、創新。

機械增壓：直接將皮帶連接在引擎上，所以它的增壓功率和引擎的轉速成正比，同時沒有增壓的延遲問題。但由于皮帶直接連接在引擎上，也增加了引擎的負擔，而且驅動機械增壓需要消耗發動機功率，因此燃油消耗率比非增壓發動機略高。

廢氣渦輪增壓：最大亮點即是將尾氣動力充分利用，發動機排出的尾氣仍有一定動能和熱量，渦輪增壓器正好可以吸收這部分能量，以彌補進氣時的“泵氣損失”。而且尾氣在經過渦輪之后，溫度會有一定幅度下降，這不單純是將內能傳遞給渦輪，很大程度是將內能向動能轉化的過程。這就進一步利用了燃油產生的能量，優化了能耗。但是在低速時渦輪不能及時介入，帶有一定的滯后性。

氣波增壓：由空氣定子、燃氣定子和轉子組成，利用內燃機廢氣能量使進入氣缸的氣體增壓。由于結構簡單、制造方便、不需要昂貴的耐熱合金材料，而且它的工作適應性能好。但是缺點也很明顯，因為它是利用不穩定流動現象來工作的，它本身就是一個噪聲源。由于需要靠曲軸來驅動，它在內燃機上的安裝位置受到限制，而且重量和體積都比較大。

混合雙增壓：針對廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現象，排氣管上并聯兩只同樣的渦輪（每三個缸一組連接一個渦輪增壓器），在發動機低轉速的時候，較少的排氣即可驅動渦輪高速旋轉以產生足夠的進氣壓力，減小渦輪遲滯效應。如大眾高爾夫GT上裝備的1.4升TSI發動機，設計師就把渦輪增壓器和機械增壓器結合到了一起，形成優勢互補。將機械增壓器安裝到發動機進氣系統上，渦輪增壓器安裝在排氣系統上，從而保證發動機在低速、中速和高速時都能有較好的增壓效果。