理论教育 汽车发动机电子控制的重要技术

汽车发动机电子控制的重要技术

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:与此同时, 美国和日本各大汽车公司也竞相研制成功与各自车型配合的数字式电控汽油喷射系统。柴油机自19 世纪末期发明以来, 以其良好的动力性和经济性一直是卡车、轮船和发电机组的主要动力。

汽车发动机电子控制的重要技术

电子控制燃油喷射系统是在早期的军用飞机的汽油喷射技术的基础上发展起来的, 它的发展大致经历了三个阶段。 第一阶段, 从20 世纪60—70 年代末, 是电控燃油喷射技术的形成和初步发展的时期。 电控燃油喷射的设想首先是由Bendix 公司于1957 年提出的, 德国的Bosch 公司在1967 年第一个研制成功D -jetronic 电子控制汽油喷射系统, 装备在大众汽车公司VW-1100 型轿车上, 率先达到了美国加州排放法规的要求, 进入美国市场。 这一开创性的工作拉开了汽车电子化的序幕, 对以后汽油机的电子控制的产业化产生了深远的影响。1973 年在D-jetronic 的基础上Bosch 公司又成功地开发了L -jetronic 系统, 进一步发展又形成了LH-jetronic 数字式汽油机综合控制系统, 1979 年Bosch 公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的Motronic 数字式汽油机综合控制系统。 与此同时, 美国和日本各大汽车公司也竞相研制成功与各自车型配合的数字式电控汽油喷射系统。 例如, GM 的DEFI 系统、Ford 的EEC-Ⅲ系统以及日本日产的ECCS 系统、丰田公司的TCCS 等。

进入20 世纪80 年代以后, 尤其是20 世纪80 年代中期以后, 由于电子技术的飞速发展, 电子控制系统的控制功能不断完善, 成本不断降低, 而且由于世界范围内排放法规的日趋严格, 使以EFI 为核心的汽油机电子控制技术的应用得到飞速发展。 同时控制系统本身也不断得到提高和完善。 在这一阶段中最显著的特征就是为满足严格的排放法规的要求, 三元催化转换器(TWC) 和以氧传感器(EGO) 为反馈信号的闭环控制系统得到广泛的应用,而且在控制方法方面出现了自适应和自学习的控制方法。

进入20 世纪90 年代后, 汽油机电控技术迎来了其发展的第三个阶段。 由于排放法规更加严格, 而且排放控制的步伐也越来越快。 排放法规的日趋严格对汽油机电控系统提出了更严格的要求, 这些要求不仅使汽油机电子控制系统的结构组成、控制功能发生变化, 而且也促进了控制系统的内在变化, 即控制方法、控制策略的变革, 现代控制理论和智能控制理论得到应用。(www.daowen.com)

柴油机自19 世纪末期发明以来, 以其良好的动力性和经济性一直是卡车轮船发电机组的主要动力。 在经历了20 世纪20 年代采用机械泵式燃油喷射系统, 50 年代发明增压技术, 70 年代电子控制技术的引入三个阶段后, 已经使其各项性能指标达到了较高的水平。从发展来看, 柴油机电控技术要比汽油机电控技术滞后约10 年, 这主要是因为在执行机构——燃油喷射系统中存在技术难点, 即面对喷油系统很高的压力, 无论是元件的制造技术还是机构的可靠性及控制技术都面临严峻的挑战。 进入20 世纪80 年代, 随着工业技术的进步, 柴油机电控技术有了很大的发展, 国外以德国博世(Bosch)、日本电装(Denso) 及美国卡特彼勒(Caterpillar) 公司为代表的许多公司和研究机构开始推出各有特色的产品, 并全面引发了这一领域的技术进步。 到20 世纪末, 由于排放法规日益严格, 对汽车排放物的限值在大幅度下降, 柴油车的主要排放物氮氧化物和微粒都在成倍减少, 到了EuroⅤ已经达到(2, 0.02)g/(kW·h) 的极高水平, 因而对于柴油车特别是重载柴油车采用技术更先进的燃油喷射系统是大势所趋。 另外, 采用了先进燃油系统并且融合了更多技术内容的新型柴油机的性能又达到一个全新的水平, 许多公司的产品完全可以应对欧Ⅲ、欧Ⅳ排放法规的要求。 柴油机的应用领域又有所拓展——向轿车上发展, 在欧洲每三辆轿车中就有一辆是柴油车。 随着时间的推移, 又有许多新技术如均质压燃HCCI 系统、排气后处理等使柴油机技术的进一步发展成为可能。 柴油机电控喷射系统从控制方式上分为位置控制式和时间控制式, 从发展顺序上看位置控制式在先, 时间控制式在后。 位置控制式的喷油系统多装备在直列泵和分配泵上。 这类产品的特点是保留原有喷油系统的泵-管-嘴的基本机构以及齿条、柱塞偶件等要素, 喷油量的控制通过ECU 控制齿杆或滑套的位移实现, 喷油正时通过液压控制喷油角提前器或者采用可变预行程技术。 在直列泵上采用位置式控制的喷射系统主要有日本Zexel 公司的COPEC 系统、德国博世公司的EDR 系统以及美国Caterpillar 公司的PEEC系统等。 在分配泵上实施位置式控制比较有代表性的喷射系统有日本电装公司的ECD -V1系统、英国Lucas 公司的EPIC 系统等。 时间控制式电控喷射系统利用柱塞泵可承载高压的特性为喷射系统建立供油压力, 用高速电磁阀的开闭控制实现对喷油量和喷油正时的控制,其中电磁阀作用时间的长短确定了供油量的大小, 电磁阀起作用的时刻控制喷油正时, 这种控制方式使燃油的计量成为时间的函数, 与汽油机电控喷射系统有一定的相似之处。 时间控制式的喷射系统通常包括电控分配泵、电控泵喷嘴(单体泵) 以及各种共轨系统。 典型的分配泵时间控制式喷射系统有日本Zexel 公司的Model-1 系统、美国Stanadyne 公司的DS 系统以及德国博世公司的VP44 系统。 电控泵喷嘴系统有美国底特律柴油机公司的DDEC 系统、Lucas 公司和DELPHI 公司的EUI 系统, 单体泵系统方面德国博世公司的产品已经为许多柴油机公司采用。 近些年, 很多学者将共轨系统做了进一步的划分, 称之为第三代电控喷射系统, 因为共轨系统的控制因素除了时间外, 还有油路的压力。 共轨系统的结构很多, 一般通过高压共轨、蓄压或液力增压来建立油压, 有代表性的系统有日本电装公司的ECU -U2 高压共轨喷射系统、美国BKM 公司的Servojet 蓄压共轨喷射系统以及Caterpillar 公司的HEUI 的液压式中压共轨系统等。

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