汽油发动机管理系统原理概述

汽油发动机管理系统原理概述
摘要本文主要对汽油发动机的管理系统设计进行阐述，主要介绍了发动机管理系统的各个组成部分包括：进气系统、供油系统及電子控制系统。

关键词汽油发动机；管理系统；控制策略
发动机管理系统简称EMS（Engine Management System），传统也称作电喷系统，其类型繁多但其基本原理大致相同：以电子控制单元为控制核心，以空气流量（或进气压力）和发动机曲轴转速为控制基础，以喷油器和点火器为控制对象，确保获得与发动机各种运行工况相匹配的最佳混合成分、最佳喷油时刻和最佳点火提前角，发动机管理系统一般均由进气系统、供油系统和电子控制系统三部分构成，下面主要介绍非缸内直喷发动机管理系统的基本结构、工作原理及发展动向。

1 进气系统
进气系统为发动机可燃混合气提供必需的空气，空气经过空气滤清器、空气流量计、节气门和进气歧管进入发动机气缸内。

一般工作时，空气的流量由通道中的节气门来控制，节气门开度越大进入的空气量就越多，当节气门关闭时空气由旁通通道通过，怠速转速的控制是由怠速调整螺钉和怠速空气调节器调整经过怠速旁通阀的空气量来实现的。

怠速空气调节器由电脑ECU控制，在气温低时启动发动机，怠速空气调节器的通路打开，将暖机必需的空气量送进进气歧管，此时，发动机转速校正怠速较高，随着发动机温度的升高，怠速空气调节器使旁通阀开度逐渐减小，旁通空气量逐渐减小，使发动机转速逐渐低至正常怠速。

进气通道中的空气流量是由空气流量计或绝对压力传感器来采集的，将采集的信号转换成为相应大小的电压脉冲信号输入到ECU（电子控制单元），由ECU 来计算出所需要的喷油量。

一般的节流阀体上均装有进气温度传感器，以测定进气温度，进气温度不同，空气密度不同，从而导致空燃比发生变化，ECU可以根据进气温度采集的信号适时修正喷油量，以达到更精确的空燃比[1]。

2 供油系统
供油系统为发动机提供燃烧所必需的燃油，燃油系统由燃油箱、油管、燃油滤芯、燃油泵、喷油器及压力调节器组成，不同厂家的结构有所差别，比如有些厂家的燃油泵、喷油器与压力调节器集成在一个部件中，但其基本结构基本一致。

当燃油开关打开时，燃油由油箱经过燃油过滤器进入燃油泵，通过压力调节器产生恒定的压力将燃油送至喷油器，喷油器根据ECU的喷油指令，接通电磁阀，开启喷油嘴，将适量的燃油喷射于进气门前，待进气行程进气门开启时，再将燃油混合气吸入气缸中。

过多的燃油经燃油压力调节器流回油箱。

燃油压力调节器是用以调节燃油压力，目的在于保持喷油器内的燃油保持恒定压力。

供油系统是电喷系统中极为重要的组成部分，对保证油路畅通和燃油喷射的精确计算起着非常重要的作用。

其主要构成部件有：燃油滤芯、燃油泵、喷油器、压力调节器等。

燃油滤芯的主要作用是过滤燃油油路中的氧化物、粉尘等固体杂质，防止油路堵塞，保护易受污染、堵塞而失效的喷油器等精密结构原件，减少机械磨损，确保发动机稳定运转，提高可靠性，因此，燃油滤芯对保持系统正常工作起着重要作用，对其要求也较为苛刻，应具有体积小、质量小、过滤效率高、寿命长、压力损失小、耐高温高压等特性[2]。

3 电子控制系统
电子控制系统通常被称作电子控制单元，即前面提到的ECU（Engine Control Unit），电子控制系统是根据空气流量计或绝对压力传感器采集的电信号计算出进气量，根据进气量和发动机转速计算出基本喷油持续时间，然后进行温度、节气门开度等各种工作参数的修正，得到发动机在这一工况下运行的最佳喷油持续时间，精确控制燃油喷射量，因此电子控制单元是发动机管理系统的核心部件。

发动机管理系统中的控制策略是指ECU按照标定数据控制发动机运行的策略。

它是一套程序包括执行路径、计算、脉谱等，存储在ECU的ROM中，简单地说控制策略就是ECU中的软件。

3.1 空燃比控制与燃油喷射控制策略
对空燃比的闭环控制，是在排气管中加装一个排气氧传感器，及时检测排气中的氧含量并将该信号反馈给ECU。

排气氧传感器产生的EGO信号在λ=1处产生阶跃，ECU就根据这一信号实现对空燃比的闭环控制，并逐渐将空燃比调整到理论空燃比。

当空燃比较小，混合气较浓，EGO输出高电平。

ECU收到高电平后，将喷油脉宽的校正系数先向下阶跃一个值，再逐渐减小。

由于喷油减少，混合气变稀。

当EGO检测到混合气较稀，>1时，EGO电平突变为低电平。

ECU收到EGO的低电平信号后，就将喷油脉宽的校正系数向上阶跃一个值，再逐渐增大。

由于喷油量增多，混合气变浓。

在整个闭环控制中，喷油脉宽一直根据EGO信号的变化不断地重复增加→减少→增加的过程，空燃比一直围绕理论空燃比波动。

3.2 点火提前角控制策略
点火提前角的基本量以三维脉谱的形式给出，其他的2个坐标为发动机转速和节气门开度。

点火提前角基本脉谱是通过发动机台架实验得到的。

在台架实验中，当发动机保持某一节气门开度和某一转速不变时，改变点火提前角，当发动
机产生最大转矩且不发生爆震时，记录此时的点火提前角，即为该工况点的基本点火提前角。

通过反复的实验，就可以得到点火提前角基本脉谱。

这些脉谱以数组的形式存储在ECU的ROM中。

当发动机运行时，ECU根据转速和节气门开度的情况直接查询并调出数据，以线性插值的方式给出点火提前角的基本量。

对点火提前角的校正主要体现在缸体温度上。

当缸体温度过高时，发动机容易产生爆震现象；当缸体温度过低时，发动机容易发生失火现象。

对于这些情况，点火提前角必须做出相应地改变才能保证发动机的正常运行[3]。

4 结束语
经过大量的试验研究表明，目前发动机管理系统技术可以很好地解决现阶段国家污染物排放限制标准，并能达到提高动力性能、节约燃油消耗、提高骑行舒适性等目的，是发动机研发的理想发展趋势。

参考文献
[1] 吴建华.汽车发动机原理[M].北京：机械工业出版社，2005：231.
[2] 黄河.汽车电喷系统基本原理[M].上海：上海交通大学出版社，2003：
201.
[3] 张翔.汽车控制系统开发平台OpenECU[J].上海汽车，2005，（7）：24-25.。