汽车动力系统的电控技术

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1、汽车动力系统的电控技术1    前言   汽车已经成为普及到家庭的大众交通工具。迄今为止，发动机(内燃机)是汽车动力的源泉，但是，随着能源和大气环境问题越来越受到关注，新的汽车动力也不断出现，特别是存在电机驱动的纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等技术，近几年得到了很快发展。   无论汽车采取什么动力，提高经济性、动力性及降低排放污染是不变的主题，采用电子控制技术是实现这些指标的重要途径。而在这些方面国内目前在经验和技术上都有相当的差距。2    发动机控制技术   汽车普遍使用四冲程发动机。轿车多用汽油发动机，商用车多用柴油发动机。发动机控制技术的发展动力来自于两个方面：

2、一是用户对经济性和动力性越来越高的追求，一方面是来自政府的对排放污染物越来越严的要求。为了达到这些要求，过去十几年发动机技术有了很大的发展，图1是汽油机的电控系统示意图，集中体现了发动机电控技术的内容。图1 发动机电控系统   2.1可变配气正时技术VVT（VariableValveTiming）   可变配气正时控制系统就是根据发动机的状态控制凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，提高进气充量，使充量系数增加，从而在所有速度范围内提高扭矩，并能改善燃油经济性，有效提高汽车的功率与性能，减少油耗和废气排放。图2VVT基本原理图   一般都采用顶置双

3、凸轮轴机构，如图2所示。一种是仅配置在进气凸轮轴上的；另一种是进、排气凸轮轴上都进行配置。像BMW的双可变配气相位系统（DoubleVanossystem），就能同时改变进气凸轮轴和排气凸轮轴的相位角，从而获得与转速更匹配的气门叠加角，因此其拥有更高的配气效率。这就是为什么BMWM33.2发动机（升功率为100匹）拥有比前一代仅配备了进气门可变相位系统的M33.0发动机（升功率为95匹）更高的性能。   可变配气技术，从大类上分，包括可变气门正时和可变气门行程两大类。发动机的气门行程是受凸轮轴转角长度控制的，在普通的发动机上，凸轮轴的转角长度固定，气门行程也是固定不变的。而采用

4、可变行程技术的发动机，气门行程能随发动机转速的改变而改变。在高转速时，采用长行程来提高进气效率，让发动机的呼吸更顺畅，在低速时，采用短行程，能产生更大的进气负压及更多的涡流，让空气和燃油充分混合，因而提高低转速时的动力性能。本田的VTEC和丰田的VVT-i是同时具有可变气门正时和可变气门行程的电子控制系统。   目前，正在开发的新一类VVT系统中，发动机的凸轮轴被彻底的抛弃了，每个气门，或每几个气门的动作直接由专门的电磁系统驱动，ECU需要它们怎么动，它们就怎么动，这也正是VVT技术追求的最高境界！   2.2废气涡轮增压技术VNT   涡轮增压技术是在不改变发动机本体基本尺寸

5、的情况下，有效提高发动机动力输出的有效技术手段。早期使用的机械增压是将增压装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐管里。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面，还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。因此，被广泛应用的是废气涡轮增压系统，其基本原理如图3所示。   （1）电磁阀、（2）气缸燃烧室、（3）中冷器、（4）空气滤清器、（5）叶轮   （6）涡轮、（7）排气旁通阀图3涡轮增压原理图   其增压器与发动机无任何机械联系，它是利用发动机排出的

6、废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—30%。增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速可达到每分钟十几万转。   一般说来，这种涡轮只在中转速范围内产生效用，在低速时涡轮增压的效能并不明显，这种现象被称为涡轮迟滞。为解决这一问题，产生了可变涡

7、轮增压技术VNT，其基本原理如图4所示。图4 可变截面涡轮增压原理   可变涡轮截面技术的心脏是可调涡流截面的导流叶片。发动机ECU根据发动机的运转状况，给出控制信号调整可旋转导引叶片的角度，将发动机排出的气体通过导引叶片导送至涡轮上。当发动机转速低时，废气压力较低，导流叶片成小角度打开，增大到达废气涡轮的气压压强，推动涡轮敏锐的转动；当引擎转速上升，废气压力逐渐变大，导流叶片的角度也随之变大，当到达全负载的情况下，导流叶片全开，与主体的涡轮叶片形成一个更大型的叶片，将最大的废气量接收，达到