浅谈电控发动机的发展和趋势

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摘要： 随着化油器的发展达到极限，尤其是发动机排放量限制浓度值日趋严格，不能满足发动机各种工作下混合器质量要求，影响了发动机动力性和经济性。电子控制（下面简称电控）燃油喷射发展初期，可追溯到四冲程柴油机上所取的良好的经验，即成功地装备燃油喷射系统。 

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.  关键词： 电控发动机；发展；趋势  key words: electronic-controlled engine；development；trend  1  电控发动机的发展背景  在40年代，德国戴姆勒-奔驰公司、拜耳发动机制造厂首次将燃油喷射系统装备汽车发动机上，但由于各种原因，只是在德军飞机上采用机械式燃油喷射系统。  50年代，德国戴姆勒-奔驰公司在其生产的奔驰300l型汽车装备机械式燃油缸内喷射系统。1953年美国bendix（朋迪克斯）公司开始开发电子控制燃油喷射系统，1957年朋迪克斯公司电子控制燃油喷射系统问世，并装备在克菜斯勒轿车上。  60年代，由于电子技术发展非常活跃，加之一国家对汽车废气排放浓度限制，一度出现世界能源危机，各国汽车制造厂家对化油器做了各种改进，仍无法满足日益严格的限制。1967年，德国bosch（波许）公司首次开发一jetronic电控燃油喷射系统，并应用伏克斯瓦根vw-1600轿车上，对美国大量出口，率先达到一些国家废气排放浓度的限制。  1973年，德国bosch(波许)公司推出l—jetronic型电子控制燃油喷射系统。质量流量控制lh—jetronic型电控燃油喷射系统。1979年，德国bosch(波许)公司生产了集电子点火和电控燃油喷射于一体的motronic数字式发动机综合控制系统。1980年美国gm（通用）公司ford（福特）公司首先推出spi单点喷射式电控燃油喷射系统。新技术的进展，大有取代传统式化油器的趋势。  80年代，电子控制燃油喷射系统在汽车上应用已广泛。据统计，1993年采用电控燃油喷射系统比重：美国100%，日本80%，德国98%。不仅在轿车上，而且在个种类型车上采用了电控燃油喷射系统技术，充分显示了它强大的生命力。  电子燃油喷射代替传统化油器，大大改善了发电机的动力性能，提高了发电机的最大输出功率；高空燃控制精度是电子燃油喷射的最大优点，无论是环境中气温=大气压等条件变化或是加速、减速、过度等非稳定工况以及起动、暖机、高温行使、再起动等冷热工况时，发电机都能获得精确符合要求的空燃比，从而全面地改善了使用性能。在稳定工况下，电子控制喷射利用氧气传感器反馈控制空燃比，集合三触媒反映器的作用，可以获得最佳的排气净化效果。而在其他工况，由于空燃比的精确控制，能实现按需供油，因而降低了燃油消耗量。  电喷技术的出现是微型计算机控制技术发展的结果。今后随着微型计算机功能和控制技术的进步，发电机控制将会向全面集中控制的方向发展，电子控制汽油喷射装置将作为集中控制系统中的一个主要部分与之配合发展。同时，随着控制理论和技术的进步，在电控技术中新控制原理的应用和实用化也必将成为一个重要的发展方向和研究课题。  电喷发动机是21世纪我国车用发动机发展的方向。按照汽车电子装备产品“十五”规划，我国将在“十五”期间加快发展汽车电喷系统、abs和安全气囊三大电子装备。efi系统是我国集中发展、扶植的汽车产品关键总成和系统零部件。目前国内efi系统产品有单点喷射式和多点喷射式，控制方式即有单独控制，也有集中控制，具有很大的发展潜力。但关键部件国产化进程缓慢，部件关键工艺有待国产化，中央处理器正在过产化过程中。我国的目标是经过“十五”技改后，产品水平和工艺水平达到国外20实际90年代水平。  2  电控发动机的发展概况  早期的汽油喷射系统采用机械式控制方式，在飞机发动机上得到应用。二战结束后，汽油喷射技术在汽车发动机上得到应用，但由于成本高，技术难度大，只应用于一些高级轿车及赛车。  60年代，由于电子技术的迅猛发展和受汽车排放法规的影响，汽油喷射技术向一般汽车推广使用。  进入70年代，能源危机和电子技术的发展使电控汽油喷射成为汽车工业的重要发展方向，随着电子技术的发展，电控汽油喷射系统经历了从晶体管，集成电路到微机控制，从模拟式到数字式的发展过程。1967年，德国bosch公司bendix公司专利基础上，率先开发出一套d-jetronic汽油喷射系统，并于70年代首次批量生产，率先达到当时美国加州汽车排放法规的要求，开创了汽油喷射电子控制系统的应用历史。为了改善d-jetronic系统工况变化时的不良控制效果，bosch公司又开发出质量流量控制的l-jetronic电控喷油系统。之后，l-jetronic系统进一步发展成lh-jetronic系统。lh-jetronic系统即可精确测量空气流量，又能补偿大气压力和温度变化的影响，又进一步减小了进气阻力，响应速度更快，性能更加优越。大规模集成电路和微型计算机的发展为汽车发动机达到综合性能指标最佳的综合控制系统的诞生创造了有利条件。1979年，bosch公司开始生产集电子点火和电子喷油于一体的motronic数字发动机综合控制系统，这种控制系统能对空燃比、点火时刻、怠速转速和废气再循环等方面进行综合控制。随后，世界各大汽车生产厂家相继推出自己的产品，包括gm公司的efi系统和tbi系统、ford公司的eec系统、chrysler公司的cfi系统、日产eccs系统、丰田tccs系统、三菱ect-jet系统和lucas的ems系统，与此同时，传感器和汽车专用控制芯片得到了迅速发展。  80年代以前，汽油机喷射多采用多点汽油喷射系统，1980年，gm公司首先研制成功一种结构简单、价格低廉的tbi系统，该系统采用低压喷射，使用更低的喷油压力和较少的喷油器就能够满足当时的法规要求，得到迅速普及和发展。1983年，bosch也推出了mono-jetronic单点汽油喷射系统。  80年代末90年代初，由于对发动机性能结构要求的进一步提高，法规要求的进一步严格，多点汽油喷射系统重新显现出优势并再次占据主导地位。随着微处理器在汽车上的应用，汽车发动机电控系统的首要任务是根据各种性能指标确定发动机系统的最佳特征，可以相应于各种工况、环境和状态自动作相应调整和补偿，使发动机始终保持在最优状况运行。  目前电控的内容主要包括：燃油喷射控制、点火及爆震控制，此外还有怠速控制、超速保护、减速断油、废气再循环控制、增压控制、可变气阀定时控制、发动机故障自诊断和故障安全系统等。  3  电控发动机的发展趋势  随着排放法规的不断严格和电子技术的迅速发展，汽油机电控技术取得了显著的进步，作为一种新技术已在汽车工业中建立了坚实的基础。目前，汽油机电子控制的发展趋势还十分强劲。汽油机电控系统的研究和发展主要表现在几个方面：  3.1 控制器  随着电子技术的飞速发展，发动机的控制器在小型化的同时功能越来越强。目前，电控单元的硬件不断丰富，集成化程度越来越高，数据采集、计算和通讯速度不断提高，对燃烧压力的瞬态变化也能进行实时处理。发动机控制向综合控制方向发展，不仅是实现对发动机本身的控制还同时兼有车辆自动变速、主动悬架及车速控制等的汽车综合管理系统。当前，16位机取代8位机成为车用微机的主流机型，而且向32位机迈进，这将有力地支持控制系统发展更多、更高级的功能。  3.2 传感器  传感器的发展趋势是走向小型化、集成化及智能化，能够对温度、电压进行自动补偿，并自动恢复由于长期使用造成的性能衰退；具备自诊断及自修复功能，并直接输出数字信号，简化控制单元；传感器本身有较强抗干扰能力，增强了系统的可靠性。目前新型传感器的开发主要集中在燃烧数据传感器研制和发动机输出参数检测两个领域。  3.3 控制软件的发展  突出表现在新型控制理论在发动机控制中的实际应用，汽油机的控制理论从开环控制走向闭环控制，从最优控制走向自适应、自学习控制，最终走向神经网络智能控制。未来一段时间内，控制软件发展主要表现在几个方面：  ①为新的变量开发控制算法；  ②为开发控制算法进行仿真研究；  ③为车外诊断的专家系统和在车内使用的控制系统进行仿真应用研究。  新一代电控发动机的研制包括：  a）汽油机稀薄燃烧技术的研究；  b）汽油机缸内直喷技术的研究。  总之，电子控制在当前发动机控制发展中起了核心作用。今后的发动机电控将随着社会的各种要求和各种新技术、新材料的发展向高精度、紧凑化方向发展。  参考文献：  [1]陈康仪.汽车化油器及电控汽油喷射系统:人民交通出版社，1997.8.  [2]崔心存,金国栋.内燃机排气净化:华中理工大学出版社,1991.  [3]赵琢.汽车电控燃油喷射系统的运用与检修:人民交通出版社,1996.14～1.