未來汽車發(fā)動機(jī)中的電子技術(shù)

戰(zhàn)神

當(dāng)您聽到一些討論說汽車未來的能源形式將是燃料電池時,，您或許會認(rèn)為火花點火式內(nèi)燃機(jī)最終將會被廢棄,，那您就錯了。這種情況絕對不會發(fā)生,，因為人們正在利用新的電子系統(tǒng)對活塞式發(fā)動機(jī)的基本原理進(jìn)行著更深層次的理解與研究,。  
   在過去的 20 年的長時間里，電子技術(shù)在發(fā)動機(jī)設(shè)計中或多或少地發(fā)揮著它的作用,。更確切地說,，汽缸體、曲柄和活塞的基本功能沒有變化,，而燃油和點火系統(tǒng)則實現(xiàn)了電控,。其結(jié)果是極大地改進(jìn)了車輛的排放性能、燃油經(jīng)濟(jì)性和耐用性,。而本文將介紹一些新近設(shè)計,、目前正在投入生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)技術(shù)，這種發(fā)動機(jī)將電子技術(shù)更進(jìn)一步地結(jié)合到發(fā)動機(jī)的基本功能之中,。h
    曰本本田汽車公司為它的一款混合動力車輛推出了新型動力裝置： i-DSI 稀混合氣發(fā)動機(jī),。 i-DSI 的意思是 Intensive combustion engine with Dual and Sequential Ignition （強化雙列順序點火內(nèi)燃機(jī)）。它是 4 缸 1.3L 的,，并在加速時接通電機(jī)以增大啟動轉(zhuǎn)矩,。發(fā)動機(jī)自身在 5700 轉(zhuǎn)時能產(chǎn)生 80hp （約 60kW ）的功率，當(dāng)載客 5 人時每加侖 (4.546L) 燃油可以行駛 60 英里（ 1.61km ）以上,。 @
! u8 e1 k4 z/ d7 J; ^/ m    這種發(fā)動機(jī)的特點是有兩個彼此間相位相差 180 °的火花塞,。它與曾用在 Ford Ranger （福特 巡邏騎兵）雙火花塞發(fā)動機(jī)不一樣，這里的火花塞可以彼此獨立地點火,。一種獲得更好的燃油經(jīng)濟(jì)性的方法是使用更稀薄空燃比的混合氣,，借助工作在非化學(xué)計量空燃比下的寬量程氧傳感器，實時電子系統(tǒng)能對每個內(nèi)燃機(jī)沖程所使用的燃油量進(jìn)行量化控制,。由于我們只使用所需數(shù)量的能量,，從而減少了燃油的消耗。
    使用比化學(xué)計量還要稀薄的燃?xì)饣旌蠚獾膯栴}在于它很難用單火花塞實現(xiàn)點火,。本田的工程師使用大容量計算機(jī)來建模并計算出汽缸上部實現(xiàn)旋渦和氣流的形成情況,。這里火花塞的點火是根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和載荷隨機(jī)確定的。使用計算機(jī)對燃燒過程建模，本田公司可以開發(fā)出確保完全燃燒的雙重點火定時設(shè)計方案,。  
$ B8 N) y7 [* O   i-DSI 發(fā)動機(jī)的另一個獨到之處是搖臂的安裝方式允許它們正常打開或者關(guān)閉氣門,。例如，在減速過程中,，電子信號會通知同步活塞脫離氣門,。這就有效地將 4 個汽缸減少了 3 個，降低了 50% 以上的發(fā)動機(jī)摩擦損失,。這一點在混合動力應(yīng)用中非常重要,，因為它極大地增加了電機(jī)的再生能力。這些節(jié)省下來的能量由電機(jī)（此時用作發(fā)電機(jī)）轉(zhuǎn)換為電能或者存儲于電池中,。  
    i-DSI 并非本田公司的唯一一款新型發(fā)動機(jī),，他們將其原有 VTEC 發(fā)動機(jī)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)為 i-VTEC 。 VTEC 是首批采用變氣門進(jìn)行定時和工作的發(fā)動機(jī),。在新的系統(tǒng)中,，氣門的提升部件仍由機(jī)械控制，但其定時功能現(xiàn)在由 VTC （ variable timing control 變時控制）電磁閥控制,，而 VTC 又由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)所控制,。這樣氣門的定時就可以同時對發(fā)動機(jī)載荷和轉(zhuǎn)速作出響應(yīng)。Y0]
    同時,，我的一位寶馬汽車公司的朋友也提出一種稱為 Valvetronic 的新型系統(tǒng),。最初它被用于 1.8L 4 缸、 118hp 的發(fā)動機(jī),。但 BMW 計劃在后續(xù)的 8 缸和 12 缸發(fā)動機(jī)中也將使用這一系統(tǒng),。 Valvetronic 的特點在于它沒有節(jié)氣門，已經(jīng)得到證明,，影響車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的幾個因素之一就是節(jié)氣門自身,。在部分載荷和部分節(jié)氣門開度的情況下，發(fā)動機(jī)總試圖通過節(jié)門口吸氣,，這消耗掉了能量并且增加了燃油消耗量。  
5 p' D6 X5 z7 K& V    解決這一問題的方案是利用進(jìn)氣閥控制吸入汽缸內(nèi)的空氣量,。所有這些事情都發(fā)生在汽缸內(nèi),，從而避免了無謂的損失。這項技術(shù)一度曾被稱為電磁閥驅(qū)動系統(tǒng),。雷諾公司幾年前生產(chǎn)的賽車用發(fā)動機(jī)聲稱在電磁閥控制的情況下,，轉(zhuǎn)速能達(dá)到 17000r/min 。迄今為止,，電磁閥由于所需電量過多而仍不適于裝備于實車上,。車
    寶馬公司的解決方案是采用帶有懸臂式轉(zhuǎn)軸鉸鏈的機(jī)械系統(tǒng)。 ECU 控制的電機(jī)通過改變杠桿的支點決定轉(zhuǎn)臂的有效長度,，閥的開度隨著轉(zhuǎn)臂加長而增加,。它的關(guān)鍵之處在于電機(jī)要足夠快,，以便對每個燃燒循環(huán)的需求做出反應(yīng)和相應(yīng)的改變。
    由于沒有節(jié)流板,，加速完全由電子控制,，即實現(xiàn)了所謂的“線驅(qū)動”（ drive-by-wire ）。  
- p) ]6 Z( {" ~    車輛的主 ECU 使用頻率為 40MHz 的計算機(jī)芯片,。一個單獨的 CPU 專用于控制 Valvetronic 單元,。此發(fā)動機(jī)也使用雙 Vanos 系統(tǒng)，它可以同時為進(jìn)氣和排氣閥設(shè)定不同的定時時間,。