控制系统的基本组成和动力控制系统的技术路线

随着汽车电子技术的发展，汽车的电子化程度逐年增加。当前，汽车电子技术进入了优化人、汽车、环境的整体关系阶段，向着智能化、网络化以及安全化方向发展，并为汽车上的集中控制提供了基础。

电子技术已经在车辆发动机控制、底盘控制、故障诊断以及音响、导航等各个方面得到广泛应用，显著提高了车辆的整体性能。今天我们主要来讲一讲发动机控制系统。

动力控制系统以电子控制单元（ECU）为控制核心，以空气流量和发动机转速为控制基础，以喷油器、怠速空气调整器等为控制对象，保证获得与发动机各工况相匹配的最佳混合气成分和点火时刻，主要由燃油系统、进气系统和电子控制系统三大部分组成。

1控制系统的基本组成

控制系统是指控制对象与控制器的总称。

1.控制对象

控制服务的对象,称控制对象。发动机是发动机控制系统的控制对象，它受两种干扰量的作用：一种是外界条件的作用,这种作用量称干扰作用量；另一种是通过调准机构改变的控制量的作用，这种作用称控制作用量。

2.控制器

用来完成控制的装置,称控制器。例如控制发动机转速的装置，称为转速控制器。控制器由多个元件组成。不同的控制器有不同的元件，但都有敏感元件、放大随动装置和执行机构这三个基本部分。

（1）敏感元件

敏感元件又称测量元件,它感受被控参数或弓|起被控参数变化的干扰量的变化。例如,感受被控参数转速变化的离心飞重，就是转速敏感元件；感受引|起被控参数转速变化的干扰作用量变化的膜盒，就是压力敏感元件。

（2）放大随动装置

放大随动装置由放大元件和随动装置两部分组成。在控制器中,由于放大元件与随动装置是联合使用的，有着密切的联系，通常把它们一起称为放大随动装置。

（3）执行机构

执行机构也称控制机构,用来改变控制量的大小。发动机转速控制系统中的油门]开关、柱塞式油泵的斜盘都是执行机构。

控制器除了具有上述三个基本元件外,还常常设有一一些其它元件。如比较元件、计算元件和校正元件等，在此不再叙述。

2动力控制系统的技术路线

为了落实我国汽车发展总体路线，支撑节能汽车、纯电动和混合动力汽车、氢燃料电池汽车、智能网联汽车等重要产品的发展，制定了相关的关键技术路线图。

汽车动力控制技术路线重点在于采用高效燃烧、降摩擦、先进控制等技术提高发动机热效率，以多档化和高效化提高传动效率，采用混合动力技术进一步降低整车油耗。

3热效率

有关燃油经济和二氧化碳排放的法规逐渐出台，迫使汽车制造商们制造更加高效的动力系统。

近年来，马自达和丰田相继在内燃机热效率上取得突破，马自达的创驰蓝天（SKYACTIV-X）汽油发动机最早将最大热效率推进到了38%。在与马自达交换技术后，丰田做出了目前最大热率最高的汽油发动机，达到40%，而混动发动机热效率更高，达到41%，并将在未来实现50%热效率。

4燃油喷射技术

1.三大燃油喷射技术

（1）进气管汽油喷射技术

该技术难以保证节气门后至进气门的一段管壁上不形成油膜或油滴，因此进气歧管的结构对混合气的输送和分配有重大影响，燃油经济性很差。随着汽车电控技术发展，主流的进气管喷射技术已经逐渐淘汰。

（2）缸内直喷技术

缸内直喷技术简单的说，就是直接将燃油喷射到气缸内，与由进气歧管导入的空气在气缸内混合。这种喷射技术对喷油系统的技术要求很高，因为喷油嘴是安装在气缸内，缸内燃烧温度是一个很大的考验。其次这种技术的目的是压榨每一滴燃油的能量，也就是所谓的稀薄燃烧。让燃油在气缸内充分燃烧，同时大大减少排期中的碳氢化合物、一氧化碳。

大众的TSI，奥迪的TFSI，奔驰的CGI，三菱的GDI等等。这些看似很高端的学术名词，本质上都是缸内直喷技术。

（3）混合喷射技术

将传统的歧管多点喷射与缸内直喷相结合。低负荷工况时，歧管喷油嘴在气缸进气行程时喷油，混合气进入气缸，再配合压缩行程时气缸内喷油嘴喷油，从而实现分层燃烧；高负荷工况时，只在压缩行程进行缸内直喷。这样一来，不仅可以提高发动机的工作效率，还避免了上面提到的在低负荷工况下因氧气过量导致的排放问题。

混喷技术已经慢慢发展为主流的燃油喷射技术，例如丰田的D-4S技术，在雷克萨斯GS和RC等系列上已经应用，大众第三代EA888发动机也采用了混喷技术。

2.三大电控主流技术路线

目前国际上实现三次排放的电控方式有三条主流技术路线：分别是电控单体泵、电控泵喷嘴和高压共轨。

主要国际汽车配件供应商都在进行着柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电装、VDO和马格纳马瑞利公司，他们是全球主要的共轨喷射系统供应商，目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。

（1）电控单体泵技术（EUP）

德国博世公司的电控单体泵系统，采用较短的高压油管，可实现较高的喷油压力，最高可达250MPa。该系统采用告诉电磁阀控制喷油定时及喷油量。

（2）电控泵喷嘴技术

优良的混合气体是提高柴油发动机动力性、燃油经济性、降低排放率、降低噪音率的关键因素。这要求喷射系统产生足够高的喷射压力，确保燃油雾化良好，同时还必须精确控制喷油始点和喷油量。

（3）高压共轨技术（CRDI）

共轨系统由高压泵、喷油管、高压蓄压器（共轨）、喷油器、电控单元和传感器及执行器组成。共轨式喷油系统最大特点是将喷射压力的产生与喷射过程彼此完全分开，通过油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速基本无关，极大程度降低了发动机震动和噪声，同时将油耗进一步降低，使排放更加清洁。但共轨技术的喷油压力低于泵喷嘴系统，一般只能达到160MPa左右。

5可变气门技术

可变气门正时技术几乎已成为当今发动机的标准配置，为了进一步挖掘传统内燃机的潜力，工程人员又在此基础上研发出可变气门升程技术，当二者有效的结合起来时，则为发动机在各种工况和转速下提供了更高的进、排气效率。

我们最熟悉的可变气门升程系统是本田的i-vtec，利用第三根摇臂和第三个凸轮即实现了看似复杂的气门升程变化。这项技术在本田车型上的普及度较高，但是分段式的气门调节方式还是令发动机的动力输出不够线性。

此外比较常见的可变气门技术还有三菱的MIVEC，宝马的Valvetronic、Double-VANOS、丰田的双VVT、奥迪的AVS、菲亚特的Multiair等。

6增压技术

汽油机增压技术通过提高发动机充气密度，从而提高发动机的功率和转矩，改善热效率，提高经济性，降低发动机设计排量，降低噪声。

对于发动机增压技术，现在常见的主要是机械增压和废气涡轮增压技术，也有双增压、气波增压等技术的应用，同时增压技术正在不断进步、创新。

机械增压：直接将皮带连接在引擎上，所以它的增压功率和引擎的转速成正比，同时没有增压的延迟问题。但由于皮带直接连接在引擎上，也增加了引擎的负担，而且驱动机械增压需要消耗发动机功率，因此燃油消耗率比非增压发动机略高。

废气涡轮增压：最大亮点即是将尾气动力充分利用，发动机排出的尾气仍有一定动能和热量，涡轮增压器正好可以吸收这部分能量，以弥补进气时的“泵气损失”。而且尾气在经过涡轮之后，温度会有一定幅度下降，这不单纯是将内能传递给涡轮，很大程度是将内能向动能转化的过程。这就进一步利用了燃油产生的能量，优化了能耗。但是在低速时涡轮不能及时介入，带有一定的滞后性。

气波增压：由空气定子、燃气定子和转子组成，利用内燃机废气能量使进入气缸的气体增压。由于结构简单、制造方便、不需要昂贵的耐热合金材料，而且它的工作适应性能好。但是缺点也很明显，因为它是利用不稳定流动现象来工作的，它本身就是一个噪声源。由于需要靠曲轴来驱动，它在内燃机上的安装位置受到限制，而且重量和体积都比较大。

混合双增压：针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象，排气管上并联两只同样的涡轮（每三个缸一组连接一个涡轮增压器），在发动机低转速的时候，较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，减小涡轮迟滞效应。如大众高尔夫GT上装备的1.4升TSI发动机，设计师就把涡轮增压器和机械增压器结合到了一起，形成优势互补。将机械增压器安装到发动机进气系统上，涡轮增压器安装在排气系统上，从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。