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1、第4章汽油机其他电子控制项目n燃油系统和点火系统电子控制是汽油机中最基本、最重要的电子控制项目。n这两个电子控制项目使汽油机的经济性、动力性和排放比化油器发动机有了非常显著的改进。n但是，现代发动机面临着越来越严格的排放法规，仅仅依靠燃油系统和点火系统电子控制已经不能满足要求所以发展了许多其他电子控制项目，其中有些电子控制项目还大大改进了经济性和动力性。 4.1 二次空气电子控制n带催化转化器的发动机中，80以上的HC和CO排放产生于发动机起动及此后的最初几分钟即暖机阶段，因为这个阶段混合气偏浓，而催化转化器又尚未达到它的工作温度300350。汽车在都市中行驶时经常受阻，而且路程较短，正是这种
2、情况。n为了在此阶段加热催化转化器，可采取推迟点火的方法。这种方法可改善发动机排放，但为满足更严格的排放标准，就要采取其他措施，其中包括二次空气。1. 二次空气及其作用机理n所谓二次空气就是在每缸排气门后面紧挨着排气门的地方输入空气，一方面，可使高温废气中所含HC和CO在排气管中补氧燃烧；另一方面废气中的HC和CO燃烧产生的热量又使催化转化器升温到工作温度。1. 二次空气及其作用机理n随着二次空气量的增大，废气中HC和CO补氧燃烧的比例不断上升，HC可达20，CO可达40%。但是NOx会升高约5，见图。n二次空气对燃油油耗毫无影响。 n二次空气对HC和CO排放的净化效果在很大程度上受混合气过量
3、空气系数的影响。混合气越浓，净化效果越大。过量空气系数超过1.0时，二次空气对HC净化效果很小，对CO则无净化效果，见图。2. 二次空气电子控制系统的组成n二次空气电子控制系统主要由电动二次空气泵1、气动截止阀2、止回阀3和电磁换向阀4组成，见图。n暖机阶段电子控制单元发出指令使电动二次空气泵1旋转鼓风，同时发出指令使二位三通电磁换向阀4将真空度贮存器5和气动截止阀2的真空接头连通。n真空度贮存器从进气歧管或真空泵获得真空度，这个真空度通过电磁转向阀传到气动截止阀并将它打开，二次空气便从电动二次空气系经气动截止阀2和止回阀3流往排气系统。n经过一定时间，催化转化器温度大致达到300时，电子控制
4、单元便发出指令使二位三通电磁换向阀4将气动截止阀2的真空接头改成和大气连通，气动截止阀立即将二次空气的通路截断，电动二次空气泵也停止转动。n二次空气系统工作时间的长短由电子控制系统根据负荷、转速、催化转化器温度、二次空气压力和氧传感器信息确定。1）电动二次空气泵n电动二次空气泵是一种径流式风机，外壳为塑料，由12V电动机驱动，可根据风压要求制成1至3级。n1级或多级二次空气泵可达到的空气流量和风压之间的关系示于图，相应的最大功率为350W。风压受级数的影响，而风量受每级叶轮宽度的影响。n为了防止进水和灰尘，也为了降低噪声，二次空气泵进气口与发动机空气滤清器相连，也可以与专门的空气滤清器相连，或
5、与滤清器制成一体。2）气动截止阀n如图所示，膜片上方没有真空度时，弹簧将膜片往下压，封住了二次空气的主通道。当控制压力降到一定程度时，通过旁通孔2进入膜片下方的二次空气的压力可克服弹簧压力将膜片顶起，开启主通道。 3）止回阀n如图4-6所示，膜片将阀分隔成上、下两部分。膜片下方的压力超过上方时，膜片位置如图示，膜片将空气通道封住。当二次空气通过气动截止阀流入时，膜片上方压力升高，将膜片压弯，阀板上的空气通道敞通，空气得以流过。n二次空气止回阀除了“止回”以外，还有流量匹配的作用。止回阀制成模块式的，对于不同的使用场合可以单独地迅速地匹配。对于特定的发动机和排气系统，不同的负荷和转速要求不同的二
6、次空气/发动机空气比例，见图。n通过调整阀板上开孔的面积和数量，可以在相同的二次空气压力下获得不同的流量，见图。4）集成的止回阀n气动截止阀可与止回阀集成为一体，见图。n此阀带有空气滤清器，故免除了与发动机空气滤清器连接的管道。n图中，上部为气动截止阀，下部为止回阀。图示为控制压力较高时的状况，此时二次空气可经止回阀流出。控制压力降至一定程度时，二次空气的压力克服弹簧压力，使膜片带动阀板升起，封住二次空气的通道。5）电磁换向阀n不通电时弹簧使阀往右盖住通往真空度贮存器的小孔，大气压力作为控制压力传往气动截止阀。n通电时电磁线圈使阀往左盖住通往大气的小孔，低于大气压的压力作为控制压力传往气动截止
7、阀，见图。3.二次空气及相关参数的控制策略n（1）二次空气系统只在起动后的暖机阶段运行。一旦三效催化转化器达到工作温度，二次空气系统便退出运行。n（2）二次空气系统在工作过程中并不控制二次空气流量。只是在组成二次空气系统时根据发动机的结构参数选定二次空气泵和止回阀阀板上的通孔直径和数量，借此调整二次空气流量，达到与发动机相匹配的目的。n（3）二次空气输入排气系统时，混合气要适当加浓，以便使废气中有较多的HC和CO与二次空气进行燃烧，使三效催化转化器迅速加热。n（4）二次空气输入排气系统时，点火要适当推迟，以便提高排气温度，确保废气中的HC和CO能与二次空气进行燃烧。 4.2 催化转化器燃油起动
8、加热电子控制n为了尽快地加热催化转化器，除了使用二次空气以外，一种更为有效的方法是用燃油烧嘴加热。1. 催化转化器燃油起动加热电子控制系统的组成n1）燃烧室n2）燃油烧嘴n3）二次空气泵n4）点火装置n5）燃油流量调节器n6）安全截止阀1）燃烧室n在催化转化器的前面紧挨着催化转化器设有燃烧室供燃油燃烧。2）燃油烧嘴n燃烧室内装有燃油烧嘴。燃油和空气分别通过各自的截止阀流入燃油烧嘴。由于燃油烧嘴结构上的特殊安排，燃油和空气在很低的压力下就可生成雾化良好的混合气。n燃油取自燃油喷射系统例如燃油分配管。燃油在燃油流量调节器内调节到恒定的流量，并在几乎没有压力的状况下流出燃油烧嘴。n燃油烧嘴功率为13
9、15kw。3）二次空气泵n二次空气泵间燃油烧嘴提供空气。4）点火装置n燃烧室内设有点火装置，用于产生电火花点燃混合气。5）燃油流量调节器n利用燃油流量调节器，可将燃油流量调节到设定的数值。6）安全截止阀n当燃油流量超出由燃油流量调节器设定的流量值达到不能许可的程度时，燃油便由安全截止阀切断。2催化转化器燃油超前加热电子控制系统的工作原理n如果发动机起动之前催化转化器的温度传感器测到一个过低的温度，那么在发动机起动之前燃油烧嘴便会起动。为此，二次空气泵和点火装置先通电，空气截止阀开启，接着燃油截止阀开启。雾化得很细的混合气便在点火电极的火花区内被点燃，并在紧挨着催化转化器的燃烧室内燃烧。混合气略
10、微过浓这是为了点火可靠和排放较低所必需的，可使点火在瞬间完成（不大于0.1秒）。n燃油烧嘴在1520s后自动关闭，因为此时催化转化器的前部已达到工作温度具备了全部功能。n当发生故障以及燃油输送管破裂、燃油外泄、燃油流量超过许可值时，燃油供应立即切断。n采用燃油烧嘴加热后便不必再采取推迟点火等方法提高废气温度去加热催化转化器。n由此节省的燃油明显超过燃油烧嘴消耗的燃油。3.催化转化器燃油起动加热的优点n（1）大幅度减少暖机阶段的排放。n（2）1520S内即可使催化转化器加热到工作温度混度。n（3）工作原理不受载体材质（陶瓷或金属）的影响。n（4）在二次空气系统的基础上进行模块式扩展，成为起动加热
11、系统n（5）燃油化学能直接转变成热能，故效率很高。n（6）不要求发动机内采取任何提高废气温度的措施4.3 排气再循环电子控制1. 排气再循环及其作用机理n现代排放控制理念不仅要求控制有害物质的排放而且要求限制CO2的排放，以便阻止全球气候变暖的趋势。n这就要求降低油耗，提高发动机热效率。但是，通过优化燃烧过程提高热效率的方法通常会导致燃烧过程加速，最高燃烧温度升高，造成NOx排放增加。在加速工况和全负荷工况，这个问题尤为突出。n为了既改善热效率又降低NOx排放，办法之一就是将一部分废气在节气门后面注入进气系统，送回气缸，这就是排气再循环（Exhaust Gas Recirculation缩写为
12、 EGR)。n返回气缸的废气使混合气稀释，降低了最高燃烧温度，进而降低NOx排放。n进气管与排气管中CO2的浓度之比称为排气再循环率（EGR率）。2)排气再循环分类（1）内部排气再循环。n在进、排气门分别由两根凸轮轴单独操纵的发动机中，通过根据运行工况调节进、排气凸轮相位的方法可在气门叠开阶段产生内部排气再循环。（2）外部排气再循环。n一般的发动机要从排气管引出一部分废气，通过进气门将这部分废气混入空气中送回气缸。这叫外部排气再循环，此时混入进气系统的废气是冷的。3）排气再循环对汽油机油耗和排放的影响n排气再循环对汽油机油耗和排放的影响见图。n如图所示，当过量空气系数保持恒定不变时（曲线2）随
13、着EGR率的增加，油耗先是略有下降，后又上升；HC排放增加，而NO排放明显下降。从总体上看，nEGR率对油耗和排放的影响趋势与过量空气系数的影响趋势相似。因为返回气缸的废气使得尚未完全氧化的可燃成分的反应机率减少，火焰激冷效应增强。其结果是HC和CO排放增加。有资料表明，n排气再循环可使油耗和CO排放最多降低8，但若匹配不当，也可能增加达3；n可使HC排放增加达8；n可使NO最多降低达40，见图。 n二次空气可降低HC和CO排放，而排气再循环可降低NOx排放。n如果两者合并使用，则可谓优势互补，使汽油机排放在三效催化转化器之前就降低1040。2. 汽油机外部排气再循环电子控制系统的组成n汽油机
14、外部排气再循环电子控制系统的组成见图。n废气通过排气再循环阀8流入进气系统。n再循环废气量在总的废气量中所占比例，以及排气再循环率，通过改变排气再循环阀8的流通截面积加以控制。n排气再循环阀利用由节气门后面的进气歧管提供的真空度控制开度。而这个真空度由电-气转换器6根据电子控制单元的信号加以控制。1）排气再循环阀n汽油机排气再循环阀示例见图。n阀的上部空腔内有膜片1将空腔分成上、下两部分。下部与大气相通，上部是控制压力。n控制压力由电-气转换器控制可为大气压力，也可小于大气压力。当控制压力小到一定程度时，下部的大气压力克服上部控制压力和弹簧压力的合力而将膜片连同阀杆升起，排气再循环阀开启，废气
15、从排气管经进口3流入，又从出口4流向进气歧管，返回气缸。n排气再循环阀的流通截面积由阀杆的升程决定。控制压力越低，阀杆升程越大，阀的流通截面积越大，再循环废气流量就越大。而控制压力的大小是由电气-转换器控制的。 n排气再循环阀中可以装设一个阀杆位置传感器，将阀杆位置信息，即阀的开启程度传输给电子控制单元, 借此可实现EGR率的闭环控制。n阀杆位置传感器可为电感式或电位计式。但排气再循环阀也可以不带阀杆位置传感器。2) 电-气转换器n如图4-16所示，通往EGR阀的控制压力接口4可通过电磁阀或者与进气歧管接口1（小于大气压力），或者与空气导管接口2（大气压力）相通。nECU以 PWM（Pulse
16、 Width Modulation脉冲宽度调节）方式通过占空比调节控制压力，进而调节排气再循环阀流通截面积的大小。3.汽油机外部排气再循环的控制策略nEGR率应当随负荷和转速而改变。特别是随着负荷的增大，为了发出最大的功率，应使混合气加浓，此时当然要将EGR率减小，直至完全关闭EGR阀。此外，急速和暖机时也不应该有EGR气流。n所以对EGR的控制也是以特性场方式进行的，即根据负荷和转速决定EGR阀的开度。n由于EGR的作用机理是稀释混合气，所以要根据信号对EGR控制数据进行修正。4.4 可变气门电子控制1可变气门及其作用机理n进气门和排气门专司对发动机充量交换过程的控制。其特性参数主要是三个：
17、气门开启相位，气门开启持续角度（指气门保持开起持续的曲轴转角）气门升程。n这三个特性参数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。n通常将气门开启相位和气门开启持续角度统称为气门正时。n随着发动机负荷和转角的改变，这三个特性参数（特别是进气门开启相位和开启持续角度）的最佳选择是根本不同的。n进气门开启相位提前时一方面为进气过程提供了较多的时间，特别有利于解决高转速时进气时间不足的问题；另一方面，气门叠开角增大，有更多的废气进入进气管，随后又同新鲜充量一起返回气缸，造成了较高的内部排气再循环率，可降低油耗和NO排放，但同时也导致起动困难、怠速不稳定和低速工作粗暴。n进气门关闭相位推迟时一方面在高转速
18、时有利于利用高速气流的惯性提高体积效率；另一方面在低转速时又会将已经吸入气缸的新鲜充量重又推回到过气管中。n气门升程增大时一方面在高负荷时有利于提高体积效率；另一方面在低负荷时又不得不将节气门关得更小，造成更大的泵气损失和节流损失。n综上所述可见，出于不同的考虑，对气门特性参数提出了不同要求。为了提高标定功率。要提早开启、推迟关闭进气门，并提高进气门升程；为了提高低速扭矩，要提早关闭进气门；为了改善起动性能并提高怠速稳定性，则要推迟开启进气门，减小气门叠开。n显然，进气门特性参数对发动机的影响比排气门特性参数更大；进气门关闭相位的影响比开启相位大。n在传统的发动机中，由于这三个特性参数在运行过
19、程中不能改变，所以只能根据对性能要求的不同侧重面进行折衷。过去往往将气门正时设计成对高速全负荷工况最为有利，以便求得最大的标定功率。近年因为更注重油耗和排放，所以将气门正时的优化策略改成对低速工况更为有利。n但是，固定的气门正时终究只能设计成对某一个转速或狭小的转速范围最有利于提高其体积效率。低于这个转速或转速范围则要求进气门推迟开启、提早关闭；反之，则要求进气门提早开启、推迟关闭。n故设计出气门特性参数可变的进、排气门的系统，以便达到使各种工况都能优化的目的。这就是可变气门操纵（Variable Valve Actuation，缩写为VVA）。n若仅是气门开启相位和开启持续角度可变便，称为可
20、变气门正时（Variable Valve Timing,缩写为VVT）。n不过，有文献将可变气门升程也纳入可变气门正时的范围内，就是说将VVT的定义范围扩大成与VVA相同。VVA都采用顶置式双凸轮轴（Double Overhead Camshaft，缩写为DOHC），分别操纵进气门和排气门，可为每缸两气门或四气门。2. 可变气门的效果（1）提高标定功率。（2）提高低速扭矩。（3）改善起动性能。（4）提高怠速稳定性。（5）提高燃油经济性。（6）降低排放。（5）提高燃油经济性n据估计，提高燃油经济性的潜力可达20。这是因为：在部分负荷工况只要缩短或延长进气门开启持续角度和/或降低进气门升程，不必减
21、少节气门开度便能减少进气量，从而减少进气前真空度造成的泵气损失和节气门的节流损失；低速时降低气门升程至1mm左右能增强紊流，加速燃烧，改善冷启动和怠速性能而节油。同时，缩减气门叠开角能减少进气和排气过程的互相干扰。燃油经济性得以提高还因为在怠速工况通过缩减气门叠开角减少残余废气提高怠速稳定性，从而可以在较低转速下达到稳定的怠速运转。而这在我国采用的（ECEEUDC）循环中对节油起着重要作用。在全负荷工况如果能够增大气门升程，则减小了气门节流损失，也有利于提高燃油经济性。（6）降低排放n因为低转速时减小气门叠开角可减小新鲜混合气窜入排气管的数量，从而减少HC排放。n中等负荷和中等转速时增大气门叠
22、开角可提高内部排气再循环的EGR率，从而减少NOx排放。3.可变气门的分类n据报道，美国1880年就已出现可变气门专利，至1957年累计将近800件。其中1985至1987年颁布的超过110件。1）按气门升程曲线型式分类（1）改变气门开启相位，保持气门开启持续角度和气门升程特征不变，见图a（2）改变气门开启持续角度，保持气门开启相位不变，见图b（3）改变气门升程特征，保持气门开启相位和开启待续角度不变，见图c（4）上述三种型式的组合见图d（5）部分气缸的气门完全不升起，从而改变发动机的有效排量2）按气门传动方式分类（1）非凸轮传动。（2）凸轮传动。3）非凸轮传动中，按气门传动动力分类（1）电动
23、。（2）液压。 4）凸轮传动中，按凸轮形状分类（1）一维凸轮。（2）多维凸轮。5）凸轮传动中，按籍以实现控制的传动件分类（1）凸轮轴（或周向相对于正时传动胶轮或在带轮转过一个角度，或轴向移动一段距离）。（2）摇臂。（3）挺柱。（4）正时皮带。6）按控制方式分类（1）机械控制。（2）电子-液压控制。（3）电子控制。4可变气门实例1）Alfa Romeo可变进气门正时系统n利用润滑油驱动n利用环形柱塞的轴向运动实现链轮与凸轮轴的相对角度变化。环形柱塞的外圆表面为直齿花键，与由正时键轮4带动的套筒6内圆表面的花键相啮合；环形柱塞的内圆表面为斜齿花键，与斜齿轮9相啮合。n当环形柱塞5受压而轴向右移时，
24、斜齿轮9将通过中央体11带动凸轮轴7相对于正时链轮4转过一个角度，从而使进气门的开后产生一个相位移。n但进气门开启持续角度保持不变。n当电磁线圈1断电时，泄油孔2敞开，凸轮轴中心油道中的机油泄压，回位弹单10将环形柱塞5轴向推往左方，使凸轮轴7转回原位。n这种可变过气门正时系统（Variable Inlet Valve Timing System缩写为VIVT）只能使进气门获得两种开启相位，而不能连续改变开启相位。n这种系统1982年投入成批生产，是最早投入成批生产的可变气门系统。2）Nissan和Atsugi公司的可变气门正时系统n这种系统已用于Nissan公司的VG30DE型发动机。n如图
25、4-28所示，装在凸轮轴前端的环形柱塞1的内、外表面均有斜齿花键2，且斜齿方向相反。n正时皮带轮3通过花键带动环形柱塞1，进而带动内轴4旋转。内轴又带动过气门凸轮轴5旋转。发动机润滑系统的高压机油从前轴承座经高压过油孔6进入进气门凸轮轴中心的油道，通过皮带轮螺栓7中心的油道流入前端的油腔，使环形柱塞受压力而轴向往右移动借助于它内、外表面的斜齿花键，使得内轴4连同进气门凸轮轴5相对于正时皮带轮3转过一个角度，从而使进气门的开启产生一个最大可达20A的相位移。但进气门开启持续角度保持不变。n不过上述这一切只是在ECU使电磁控制阀通电时才会发生。当电磁控制阀不通电时，来自发动机润滑系统的高压机油便通
26、过油道9（见图4-28）经电磁控制阀泄压，于是回位弹簧8使环形柱塞受压力而轴向往左移动，进气门开启相位恢复原状。n电磁控制阀装在凸轮轴后端。如图，从进气门凸轮轴前端通过凸轮轴中心的油道流到凸轮轴后端的机油从油道进口1经过气门凸轮轴2与柱塞套3之间的孔隙流入柱塞套，并可经柱塞4上的泄油孔5泄压。此时，如前所述，进气门凸轮轴与前端的正时皮带轮之间不产生角位移。进气门开启相位也不发外移动。但当ECU通过电接头6使电磁线圈7通电有斜齿花健，巨斜齿方向相反。进气门凸轮轮2和时，磁性衔铁8被吸往左移动，推动柱塞4向左移动，封住泄油孔5，阻止了凸轮轴中心油道中的机油泄压，促使凸轮轴相对于前端的正时皮带轮转过
27、一个角度进而改变进气门开启相位。电磁线圈7不通电时，柱塞4被回位弹簧9往右推回原地，凸轮轴中心油道的机油得以泄压。同肘，回位弹簧10使磁性衔铁8也恢复原状。n上述两种VVT系统的主要差别在于环形柱塞外表面的花键齿型和电磁控制装置不同。3）Mercedes-Benz 公司的可变气门正时系统n如图所示，调节柱塞1的内、外表面均a有斜齿花健，且斜齿方向相反。进气门凸轮轴2和法兰轴3固接。正时链轮4主承在法兰轴上，并可转动。正时链轮通过调节柱塞内、外表面的斜齿花键带动法兰轴连同进气门凸轮轴一起旋转。n在法兰轴内同心安装着一个控制柱塞5，控制由调节柱塞、法兰轴和链轮围成的压力腔中的油流方向。n当装在控制
28、罩盖端面上的电磁线圈6通电时, 它就通过街铁7将控制柱塞5吸住左端，于是，来自发动机润滑系统的机油使调节柱塞1往右移动。由此，调节柱塞通过内、外表面的斜齿花键分别对链轮和法兰轴施加方向相反的圆周力，使法兰轴连同凸轮轴相对于正时链轮转过一个角度，进而使进气门相位提前。n当ECU切断传送给电磁线圈的信号时，控制柱塞的回位弹簧8将控制柱塞5压回原位，改变了油流方向，机油使调节柱塞1往左移动，进气门相位推迟，从而保证了发动机良好的起动和怠速性能。n这一系列已用于 Roadster500SL型车的 SL V8发动机。n此系统与前述系统之差别主要在于调节拄塞不是靠回位弹簧的压力复位，而也是靠机油的压力。n
29、上述三种系统都是通过花键传动的。n运转时，气门相位不断改变，环形柱塞和调节柱塞不断变更移动方向，使得花键齿侧之间由于存在间隙而不断发生撞击，造成噪声。4）Fiat公司的可变气门系统nFiat公司的可变气门系统采用所谓的“多维凸轮从动件总成改变气门开启和关闭规律，既改变气门相位又改变气门升程。见图。4）Fiat公司的可变气门系统n该系统通过凸轮轴的轴向移动控制气门相位和升程。n凸轮轴的轴向移动通过润滑系统的机油压力实现。n控制方式有机械的，也有电子的。 n图示为由计算机通过一台步进马达控制的凸轮轴轴向移动液压装置。该系统曾装在一台 FerraiV8发动机上做过试验。5）Honda公司的可变气门系
30、统（1）构造nHonda公司的可变气门系统(Variable Valve Timing and Lift Electronic Control System，缩写为VTEC)用于NSX型跑车的四气门发动机上。n它的进气凸轮轴和排气凸轮轴都为每个缸设置了井列的三个凸轮（见图），相应地有三个摇臂。n凸轮轴1旋转时，处在外侧的两个低速凸轮2分别推动外侧的主摇臂4和次摇臂6；处在中间的高速凸轮3推动中间的中间摇臂。n这三个摇臂绕同一根摇臂轴摆动，但其中只有主摇臂和次摇臂才能推动气门，而中间摇臂则须通过安置在内部的液压材销A和B带动两侧的主摇臂和次摇臂方能推动气门，见图 n如图 4-34所示发动机处在低
31、转速范围时，液压柱销A和B受回位弹簧8的作用分别处在主摇臂5和中间摇臂6的孔内，三个摇臂各自独立地运动。主摇臂5和次摇臂7各自推动一个气门。中间摇臂6推动空行程弹簧并依靠它复位。n当发动机处在高转速范围时，发动机润滑系统通过摇臂10中心的油道将机油压入液压柱销A左方的油腔，使液压柱销A和B克服回位弹簧的作用力向右移动一段距离，见图。于是液压柱销A跨越主摇臂和中间摇臂的销孔，液压柱销B刚跨越中间摇臂和次摇臂的销孔。所以，当凸轮轴上处在中间的高速凸轮推动中间摇臂绕摇臂轴摆动时，中间摇臂将通过液压柱销A和B分别带动主摇臂和次摇臂一起绕摇臂轴摆动，进而推动气门。由于高速凸轮轮廓型线的升程大于低速凸轮，
32、早于低速凸轮使摇臂开始摆动，故使气门开启相位提前、关闭相位推迟、气门升程增大。所以，此时气门的运动规律完全由高速凸轮确定，而与低速凸轮无关。（2）VTEC系统的电子控制nVTEC系统的电子控制与大多数同类系统一样，不考虑负荷信息。ECU只根据发动机转速、车速和发动机温度控制电磁阀，使油路中的滑阀令摇臂中液压柱销A左方油腔或与压力油接通，或泄压，见图。（2）VTEC系统的电子控制n油压传感器将液压柱销A左方油腔中的油压信号传送给ECU。ECU收到油压升高的信号后，便将燃油定量程序和点火正时程序从适合于低转速气门规律的模块切换到适合于高转速气门规律的模块。n当系统出现故障时，将锁定在低转速气门规律
33、上运行。（3）VTEC系统的切换响应时间n系统从低转速气门规律切换到高转速气门规律的过程依靠在液压住销A左方建立油压而实现。建立油区需要时间。从ECU发出信号到建立油压而切换气门规律所经历的时间称为切换响应时间。n反过来，系统从高转速气门规律切换到低转速气门规律的过程依靠液压柱销B右方的回位弹实而实现。这一过程也需要切换响应时间。n这两种切换响应时间的长短取决于液压力和回位弹簧力的对比。液压力取决于油压，其改变速度与机油的粘度有关，因而与油温有关；回位弹簧力则取决于它的预置载荷。（3）VTEC系统的切换响应时间n所以，对于确定的系统。切换响应时间与机油温度和回位弹簧预置载荷有关，见图4-37和
34、图4-38。 （3）VTEC系统的切换响应时间n当油温升高时，机油粘度下降，机油更易通过液压柱塞A与主摇臂之间的孔隙泄漏，所以在从低转速气门规律切换到高转速气门规律的过程中油压建立变慢，切换响应时间变长，见图4-37中的曲线“接通”；而在从高转速气门规律切换到低转速气门规律的过程中油压降低变快，切换响应时间变短，见图4-37中的曲线“断开”。（3）VTEC系统的切换响应时间n当回位弹簧预置载荷增大时，即使油区建立的速度相同，但机油施加在液压柱销上的力所受回位弹簧的阻力变大，所以从低转速气门规律切换到高转速气门规律的切换响应时间变长见图4-38中的曲线“接通”；从高转速气门规律切换到低转速气门规
35、律过程中，即使油压降低的速度相同，但回位弹簧施加在液压柱销上的动力增大，所以切换响应时间缩短，见图4-38中的曲线“断开”。4.5增压压力电子控制1. 废气涡轮增压压力电子控制系统的组成n汽油机增压可大幅度提高体积效率，进而以较小的发动机排量获得较大的扭矩和功率。n在各种增压方式中，废气涡轮增压比机械增压和压力波增压具有更多的优点，所以目前在增压器中占主导地位的是废气涡轮增压器。n采用废气涡轮增压、且增压压力实现电子控制的小排量汽油机相对于自然吸气汽油机可达到与分隔式燃烧室柴油机相近的节油水平。n对汽油机设计来说，提高低速扭矩总是一个重要的任务。所以，废气涡轮增压汽油机在全面提高扭矩的基础上，
36、特别照顾到提高低速扭矩，使扭矩曲线在整个转速范围内趋于平坦。为了提高低速扭矩，废气涡轮的壳体通常按较小的废气质量流量设计，例如按全负荷、2000rmin的工况设计。这样一来，在较高的废气质量流量范围内，废气涡轮增压器就可能使发动机过载。n为了避免发生这种情况，在这种工况范围必须通过一个分通阀（放空阀）将一部分废气直接放入排气管道而不通过废气涡轮。n这个分通阀通常以活门的方式装在废气涡轮的壳体内。见图。n也有少数通过一个单独壳体内的蝶阀与废气涡轮并联，将废气放空。n节拍阀1有三个口。一个口通往膜片罐2，另两个口分别通往空气压缩机4的进口和出口。ECU通过控制信号TVM的脉冲占空比控制由节拍阀1通
37、往膜片罐2的管道中的控制压力。膜片罐中的膜片将膜片罐分隔成上下两个空腔，膜片上方受控制压力的作用，膜的下方装有弹簧。膜片与分通阀通过一根推杆连接。n所以，控制压力的大小决定了膜片受压后的变形量，进而决定了旁通阀的开度、废气旁通量及增压压力。2. 废气涡轮对增压压力电子控制策略n废气涡轮增压压力电子控制是一种闭环控制，控制对象是增压压力，在节气门位置和发动机转速已经确定的情况下，实际上就是控制每循环吸气量，可用进气歧管绝对压力传感器、空气体积流量传感器或空气质量流量传感器的信号表征。n所以在ECU中根据节气门转角和发动机转速贮存着上述表征增压压力信号的设定值特性场。闭环控制回路将这个信号的设定值
38、与测量到的实际值相比较。闭环控制回路输出的差值作为信号被送往节拍阀，用于调节控制压力，进而控制增压压力。 n废气涡轮不能承受过高的废气温度。过度推迟点火，则缸内压力的峰值推迟出现，燃烧气体的热能不能充分转换成膨胀功，所以废气排出时的温度升高。过度提早点火则会引起爆震。n可见，废气涡轮增压压力闭环控制和爆震闭环控制都与点火提前角控制有关。n而且，爆震与增压压力有关，提高增压压力会促成爆震。n增压压力控制总是和爆震控制相结合的。发生爆震时，首先推迟点火以消除爆震。此时伴随着废气温度的升高。当过多地推迟点火，以致废气温度将达到门槛值时，则：n首先加浓混合气以防止过高的废气温度损坏废气涡轮增压器。n如
39、果这样做还不够。才降低增压压力。4.6 可变进气管长度电子控制1可变进气管长度电子控制原理n进气门的开启和活塞的运动是一种扰动，会在进气系统产生膨胀波。n这个膨胀波从过气门出发，以当地声速传播到管端。n因为进气系统的管端是敞开的，膨胀波在此膨胀变成压缩波并同样以当地声速反向传回进气门。n如果这个压缩波传到进气门的进气门开启着，那么由于这个压缩波引起的质点振动方向与进气气流方向一致，进气气流因此而得到增强，气缸体积效率将会提高，扭矩也将增大。n这一现象可用于提高体积效率和扭矩，但进气管长度L大致满足下列条件：L进气管长度（进气管长度（m）；）；c当地声速（当地声速（ms）；）；se进气有效持续角
40、（进气有效持续角（A）；）；n发动机转速（发动机转速（r/min）。）。由此可见，n为了获得最佳体积效率，应使进气管长度与发动机转速相匹配。为了提高低速扭矩，应增大进气管长度；n反之，为了提高高速扭矩（进而提高额定功率），应减少进气管长度。n若两者兼得，必须使进气管长度因转速而调整。2. 可变过气管长度电子控制系统实例n德国Pierburg公司和Audi公司合作开发了V6发动机的可变过气管长度电子控制系统。n1991年用于Audi100型轿车发动机。n1995年又进一步将同类系统用于Audi V6五门发动机。 nAudi V6发动机由于采用了可变进气管长度电子控制技术而在整个转速范围内获得了较
41、为平坦的扭矩曲线。n当活门关闭时取较长的进气管长度，因此在较低的转速（约3000rmin）出现最大扭矩，如图虚线所示，这正是汽车所需要的；但高转速的扭矩陡降，影响了最大功率。n反之，当活门开启时取较短的进气管长度，因此在较高的转速（约4600rmin）出现最大扭矩，如图实线所示，使最大功率明显上升;但低转速时扭矩偏低，不能满足要求。n虚线和实线相交于 4000r/min，所以对Audi V6发动机将转速门槛值定在 4000r/min，也就是说，当发动机转速升高到4000rmin时，ECU发出指令开启活门，扭矩曲线便从虚线转变到实线。n因为转轨点的转速所对应的两条曲线的扭矩相等，所以转轨时不会发
42、生扭矩的突变，汽车的平顺性不受影响。n实现可变过气管长度电子控制之后，既可以获得令人满意的最大扭矩，又能获得较高的最大功率。4.7分缸断油电子控制n汽车的行驶阻力由坡度阻力、加速阻力、滚动阻力和空气阻力四部分组成。n其中，空气阻力与车速的平方成正比；滚动阻力随车速增大而略有增加；其余两项与车速无关。n汽车低速行驶时，以前面三项为主，阻力几乎与车速无关，所以对发动机的功率要求与车速成正比；n但高速行驶时，阻力以空气阻力为主，大体上与车速平方成正比，所以对发动机的功率要求与车速的三次方成正比。n经济型轿车对车速要求较低，可是豪华型轿车对车速要求很高，甚至可达200km/h，所以：后者装备的发动机功
43、率甚至可达前者的10倍。这种大功率轿车在都市中行驶时，功率要求不会比经济型轿车大许多，所以只利用了发动机标定功率的很小一部分，例如十分之一。n汽油机在这种低工况下运行时，经济性和排放都极差。n如果在这种低工况下切断一部分气缸的燃油供应，那么其余各缸就会工作在经济性和排放都大为改善的工况区域。一旦这几个缸已不能满足功率要求时、其余气缸便单独地或成组地恢复供油并点火工作。这种工作方式称为分缸断油。n以分缸断油的方式实现部分负荷调节时，不必将节气门开度减小。与传统汽油机相比，这种调节方式显然减少了泵气损失和节流损失，这也进一步提高了经济性。n图4-48以六缸机为例示出了分缸断油电子控制的原理。部分负
44、荷时，nECU通过设在燃油系统中的阀门切断右面三个气缸的燃油供应，只有左面三个气缸得到燃油供应并点火工作，一部分废气被送回进气管。n进气总管中设有由ECU控制的阀门，可将这两组气缸的进气歧管分隔开，所以回流废气可经过气管流入已经断油的三个气缸，再经过专门为这一组气缸设置的排气管排出。让废气流入断油气缸的目的是保证发动机整体上温度分布均匀，提高断油气缸中机油的温度以减少摩擦损失和磨损。n全负荷时，各缸一起工作。进气总管中的阀门将两组气缸的进气歧管接通，各缸都得到新鲜空气和燃油供应。4.8 与变速箱换档相关的发动机电子控制n变速箱换档电子控制可降低油耗、改善换档舒适性并提高可传递的功率和变速箱寿命
45、。n它可与发动机电子控制系统做成一体 。n在平路上行驶时，确定的汽车对发动机的功率需求由车速唯一地确定。n发动机功率等于扭矩和转速的乘积。为了实现某一车速，发动机功率和转速可以有不上一种的组合，由变速箱速比决定。n每一种组合对应予发动机的一个工况点和一个比油耗值。ECU会选择其中比油耗最低的一种组合所对应的变速箱速比。n为此目的设置的程序模块称作节油程序模块。当然还有其他程序模块可供选择，例如手动换档程序模块和运动驾驶程序模块等，分别适应不同的要求。变速箱换档电子控制的另一优点是：n换档时可推迟点火以降低发动机扭矩。全负荷时换档本来是特别危险的。推迟点火使得全负荷换档就跟部分负荷换档一样平稳。
46、换档结束以后，点火正时恢复正常。4. 9 停车起动运行电子控制n如前所述，怠速转速电子控制是为了减少怠速燃油消耗。达到同样目的的另一种办法是采取停车起动运行。当离合器脱开，汽车停住或只是以大约2kmh的速度爬行的，发动机在几秒钟内就自动关闭。这种情况主要发生在都市交通信号灯前面或堵车时。借此可节省燃油并减少排放。重新起动发动机时只要将离合器踏板踩到底，并将油门踏板踩下达其行程三分之一以内就可以了。此时，ECU会令起动马达转动，并按照起动程序模块控制喷油和点火。n这样，省去了人工起动操作步骤的麻烦。n停车起动运行虽然节省了怠速燃油，但增加了起动燃油的消耗。因此，严格限制起动燃油的消耗就成了特别重
47、要的任务。4.10 空调压缩机电子控制n汽车空调压缩机通常装在发动机上，通过电磁离合器从发动机获取功率。电磁离合器由ECU控制。如图所示，当司机接通空调开关时：n空调请求信号1输送给ECU。nECU根据其他信号3分析后决定是否开启空调。n若可以开启，则发出信号给空调压缩机离合器继电器4，继电器4接通空调压缩机电磁离合器5的电磁线圈电路，使离合器5接合，发动机便带动空调压缩机旋转。出现下列的一种或几种情况时，空调请求将不被响应：n（1）发动机转速超过某一数值，如 5400rmin。n（2）发动机转速超过某一稍低于上述的数值若干秒，例如超过4500r/min达5秒。n（3）点火电压低于某一数值，如
48、10.5V。n（4）节气门开度大于某一程度，如90。n（5）制冷剂压力过高或过低，如高于2.9MP或低于0.24MPa。n（6）冷却液温度过高，如超过125。n（7）进气温度过低，如低于5。n空调请求信号也可以不是由驾驶员发出而是以电子方式自动发出。n例如：根据太阳光照强度、环境空气温度、人体皮肤温度、汽车车厢内温度等信息由ECU确定是否发出空调请求信号。4.11 冷却风扇电子控制n现代轿车发动机冷却风扇通常不是直接装在曲轴前端，而是与散热器做成一体。n受发动机舱尺寸所限，散热器常做成长方形，两台冷却风扇并列布置，各由一台电动机驱动。nECU根据输入信息控制冷却风扇电动机。如图所示。n当ECU
49、未给冷却风扇继电器2、3和4发出信号时，两台电动机都不通电；n当ECU只发出信号给冷却风扇继电器2并使它接通时，冷却风扇电动机5和6串联低速旋转；n当ECU同时发出信号给冷却风扇继电器2、3和4并使它们都接通时，冷却风扇电动机5和6并联，高速旋转。 4.12 掺烧甲醇电子控制n甲醇作为代用燃料可以以任意的比例与汽油混合后用作汽油机燃料。n但是甲醇含氧，热值低于汽油，所以甲醇浓度不同的燃油用于同一台发动机的同一工况时喷油器喷油脉冲的长度应当有所不同。n为此，在喷油器的回油管路中安置一个甲醇浓度传感器，用于检测燃油中的甲醇浓度。 ECU根据这一信息修正喷油脉冲的长度。甲醇浓度传感器有以下两种类型：
50、1）电容式传感器 n燃油的介电常数与燃油中的甲醇浓度成正比。所以传感器极极之间电容量的测量值给出了甲醇浓度。2）光学式传感器n如图所示，燃油的折光率随甲醇浓度变化而变化。按照这一原理制成了光学式传感器。但燃油的折光率对芳烃也很敏感。4.13 燃烧过程电子控制n燃烧过程直接影响到发动机的经济性、动力性、安全性和排放，是发动机工作过程的核心问题。因为：1.点火过早，则排放恶化，且会出现爆震；点火过迟，则经济性、动力性下降。2.火焰传播速度太慢，则经济性、动力性下降，扭矩和功率的循环变动率增大，爆震倾向加剧。3.缺火会使经济性、动力性下降，增加环境污染；在装有三效催化转化器的场合还会使它因过热造成损
51、坏。4.循环和循环之间平均有效压力的变动率或出现气缸压力峰值时的曲轴位置的变动率增大，则发动机工作过程粗暴。n事实上发动机电子控制的很多项目，诸如燃油定量、点火正时、EGR、增压压力、稀薄燃烧、分缸断油和掺烧甲醇电子控制等都涉及燃烧过程。n但是在这些电子控制项目中迄今都未普遍使用直接检测燃烧过程参数的传感器，所以都只是通过对扭矩、爆震等的检测，间接地检测燃烧过程。n近年对直接检测燃烧过程参数的传感器的研究主要集中在以下几种：火焰前锋传感器，离子间隙传感器，气缸压力传感器，光学火焰传感器。n这几种传感器中，气缸压力传感器提供的信息最有意义、最为丰富，包括：压缩压力，燃烧起点，气缸压力峰值及其出现
52、时的曲轴位置（若结合转速信息可借此推测火焰传播速度），平均有效压力变动率及出现气缸压力峰值时的曲轴位置的变动率，指示功率，放热率，分缸检测到的爆震以及分缸检测到的缺火等。n所以，气缸压力信号不仅可用于通过燃油定量、点火正时、EGR、增压压力、稀薄燃烧、分缸断油和掺烧甲醇等电子控制实现对燃油过程的电子控制，而且可用于缺火的故障诊断。n燃烧过程电子控制的典型实例是“实现最佳扭矩的最小点火提前角”（Minimum Spark timing for the Best Torque ，缩写为 MBT）控制。n利用这一控制可检测到对应于气缸压力峰值的曲轴位置，并通过调整点火提前角令此峰值保持在确定的曲轴位
53、置。n爆震控制比MBT具有更高的优先级。n爆震控制和MBT控制相结合，确定了最佳点火提前角。检测气缸压力可有多种方案和多种传感器。n早年曾有人尝试在缸盖螺栓上贴应变片检测气缸压力。这种方法有失于难以区分各缸压力对传感器信号的贡献率。n另一种方案是火花塞垫圈型的气缸压力传感器。要求该传感器的构造适合于一般发动机的布置而不必专门改动缸盖。还要求该传感器的构造和灵敏度特性曲线在下列特定条件下也能具有良好的耐久性：n在接近于燃烧室壁的温度下；n在火花塞的紧固力矩下；n在周围充满机油和燃烧气体的情况下。n已经开发出一系列火花塞垫圈型的气缸压力传感器，其基本构造都差不多。n采用压电元件作为传感元件。最初，
54、用工程塑料包覆压电元件，这适合于实验室应用。后采用金属材料包覆压电元件。n初步评价和耐久性试验表明，金属包覆的火花塞垫圈型气缸压力传感器具有要求的灵敏度特性曲线并能承受高的温度和压力，是一种很有前途的气缸压力传感器。n对这种传感器的灵敏度分析表朗，点火正时在MBT附近的微小变动对经济性和动力性的影响跟小。不过MBT控制是补偿产品之间的制造公差和分电器磨损所必须的自适应调整，也是优化点火正时所必需的。n此外，Texas仪器公司的气缸压力传感器齐平装在气缸盖上，作用在金属膜片1上的燃烧压力通过陶瓷杆2、半球3和测力装置4传递到压力传感器上，在那里转换成电压信号，并由传感器内装的放大器5放大后送往ECU，见图。 nNGK火花塞公司的光学火焰传感器在火花塞中央电极的中心设有一根光学纤绳。光控二极管测量燃烧产生的光辐射，其灵敏度在3501050nm之间。最大灵敏度出现在900nm。
