汽车汽油机电子控制技术发展

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1、 昆明理工大学汽车汽油机电子控制技术发展汽车汽油机电子控制技术发展普通内燃机汽车经过 100 多年的发展，已逐步实现机电一体化和全面应用现代高科技 技术，达到很高的性能，在安全、环保、节能和低成本等方面均取得重大进展。但是，随 着全球汽车拥有量的急剧提高，汽车产业受到了能源日益枯竭、油价不断上涨、全球变暖 及与之相对应的二氧化碳排放的困扰。因此，对在满足发动机排放要求的前提下改善发动 机燃油经济性的要求越来越迫切。由于汽油机的燃油经济性比柴油机差，所以降低汽油机 的能耗已经成为汽车界当前必须要解决的一个问题。汽车产量持续增加引发系列问题汽车产量持续增加引发系列问题全球汽车总保有量将从目前的约

2、8 亿辆增加到 2020 年的 12 亿辆，21 世纪中叶，将达 38 亿辆，其中，发展中国家汽车保有量将增长 15 倍以上。目前全球每年新生产的各种汽 车约 6400 万辆，按平均每辆车年消耗 10 到 15 桶石油及石油制品计算，汽车的石油消耗 量每年达 85 至 127 亿桶，约占世界石油产量的一半。石油资源的开采每年达几十亿吨，经 过长期的现代化大规模开采，石油资源日渐枯竭，按科学家预测，地球上的石油资源如果 按目前的开采水平，仅仅可以维持 60 到 100 年左右。2007 年我国进口石油 1.9 亿吨，预 计到 2020 年前后我国的石油进口量有可能超过日本，成为亚太地区第一大石油

3、进口国。国 务院发展研究中心预测，预计到 2010 年和 2020 年，我国汽车消耗石油为 1.38 亿吨和 2.56 亿吨，约占全国石油总消耗量的 43%和 67。因此能源危机是我们必需面对的重要问题。汽车拥有量的增长带来了许多问题，如健康威胁、环境污染、气候变化、能源短缺和 交通拥挤等。目前空气污染在城区已经成为非常严重的问题，汽车的有害物排放对人类的 生存环境形成了一种公害性的破坏，据资料显示，市区的大气污染物 60%来自于汽车尾气。 全球变暖、气候变化正在吸引人们更大的注意力，与之相对应的二氧化碳排放将成为汽车 制造商要解决的主要问题。2010 年左右，发展中国家能源的供需平衡问题将会

4、导致世界石 油价格的波动，在保证环保的同时，使用替代能源的汽车将成为汽车制造商开发的重点。2008 年，欧盟要求轿车 CO2 排放达到 140 克/公里，对于汽油车，对应油耗将达到 6 升/100 公里以下；2012 年，CO2 排放要求达到 120 克/公里。因此，降低油耗、降低排放 将是汽车行业目前急需解决的问题。汽油机技术的发展趋势汽油机技术的发展趋势由于汽油机的燃油经济性比柴油机差，所以降低汽油机的能耗已经成为汽车界当前必 须要解决的一个问题。具有理论空燃比的均质混合气的燃烧理论在火化点火发动机上被广 泛使用，它的最大优点是可以实用三效催化器来降低 CO、HC 和 NOx 等废气的排放

5、。不足 之处是不能获得较高的燃油经济性，为了提高发动机的热效率和降低废气排放，燃烧技术 在不断地发展。汽油机经历了由完全机械控制的化油器供油为主到采用电控喷射、缸内直 喷、电辅助增压和电动气门、可变压缩比、停缸等技术的变化，汽油机发展的最终方案将 采用综合汽油机和柴油机优点的燃烧控制技术。目前最有代表性的三大汽油机技术是：a. 汽油直喷技术。开发车用具有汽油机优点同时具有柴油机部分负荷高燃油经济性优 点的发动机是主要的研究目标。汽油缸内直喷是提高汽油机燃油经济性的重要手段，近些 年来，以缸内直喷汽油机(Gasoliine Direct InjecTIon, GDI)为代表的新型混合气形成模式的

6、研 究和应用，极大地提高了汽油机的燃油经济性。以日本为代表的非均质直喷技术面临燃烧 稳定性和后处理等问题，同时以欧洲为代表的均质直喷技术正在兴起。b. 电动气门与无凸轮发动机。发动机可变气门正时技术(Variable Valve Timing, VVT)是 针对在常规车用发动机中,因气门定时固定不变而导致发动机某些重要性能在整个运行范围 内不能很好的满足需要而提出的。VVT 技术在发动机运行工况范围内提供最佳的配气正时，昆明理工大学较好地解决了高转速与低转速，大负荷与小负荷下动力性与经济性的矛盾，同时在一定程 度在一定程度上改善了排放性能。随着环境保护和人类可持续发展的要求，低能耗和低污 染已

7、成为汽车发动机的发展目标。VVT 技术由于自身的优点，日益受到人们重视，尤其是 当今电子技术的飞速发展，促进了 VVT 技术从研究阶段向实用阶段发展。电动气门具有与 电控喷射同等重要的意义，它将给发动机空气系统控制和循环过程管理带来一系列技术变 革，如取消节气门、可变压缩比、部分停缸等。c. 燃烧方式的混合。传统的火花点火发动机的燃烧过程在火焰传播中，火焰前锋的温 度比未燃混合气高很多。所以这种燃烧过程虽然混合气时均匀的，但是温度分布仍是不均 匀，局部的高温会导致在火焰经过的区域形成 NOx。柴油机的燃烧过程是扩散型的，燃烧 过程中燃烧速率由混合速率决定，点火在许多点发生，这种类型的燃烧过程混合和燃烧都 是不均匀的，NOx 在燃烧较稀的高温区产生，固体微粒在燃料较浓的高温区产生。在均质 充量压缩点燃(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI)过程中，理论上是均匀的混 合气和残余气体，在整个混合气体中由压缩点燃，燃烧是自发的、均匀的并且没有火焰传 播，这样可以阻止 NOx 和微粒的形成。这种汽油机均质与柴油机压燃混合的燃烧方式，以 燃料技术和控制技术为基础，综合汽油机和柴油机两种燃烧方式优点的均质压燃 HCCI 内燃 机技术正在兴起。