未來汽車發動機中的電子技術

戰神

當您聽到一些討論說汽車未來的能源形式將是燃料電池時，您或許會認為火花點火式內燃機最終將會被廢棄，那您就錯了。這種情況絕對不會發生，因為人們正在利用新的電子系統對活塞式發動機的基本原理進行著更深層次的理解與研究。  
   在過去的 20 年的長時間里，電子技術在發動機設計中或多或少地發揮著它的作用。更確切地說，汽缸體、曲柄和活塞的基本功能沒有變化，而燃油和點火系統則實現了電控。其結果是極大地改進了車輛的排放性能、燃油經濟性和耐用性。而本文將介紹一些新近設計、目前正在投入生產的發動機技術，這種發動機將電子技術更進一步地結合到發動機的基本功能之中。h
: G: i5 K0 ^% s: F; t* ^* f    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 稀混合氣發動機。 i-DSI 的意思是 Intensive combustion engine with Dual and Sequential Ignition （強化雙列順序點火內燃機）。它是 4 缸 1.3L 的，并在加速時接通電機以增大啟動轉矩。發動機自身在 5700 轉時能產生 80hp （約 60kW ）的功率，當載客 5 人時每加侖 (4.546L) 燃油可以行駛 60 英里（ 1.61km ）以上。 @
    這種發動機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）雙火花塞發動機不一樣，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濟性的方法是使用更稀薄空燃比的混合氣，借助工作在非化學計量空燃比下的寬量程氧傳感器，實時電子系統能對每個內燃機沖程所使用的燃油量進行量化控制。由于我們只使用所需數量的能量，從而減少了燃油的消耗。
    使用比化學計量還要稀薄的燃氣混合氣的問題在于它很難用單火花塞實現點火。本田的工程師使用大容量計算機來建模并計算出汽缸上部實現旋渦和氣流的形成情況。這里火花塞的點火是根據發動機轉速和載荷隨機確定的。使用計算機對燃燒過程建模，本田公司可以開發出確保完全燃燒的雙重點火定時設計方案。  
   i-DSI 發動機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% 以上的發動機摩擦損失。這一點在混合動力應用中非常重要，因為它極大地增加了電機的再生能力。這些節省下來的能量由電機（此時用作發電機）轉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動機，他們將其原有 VTEC 發動機進行技術改進為 i-VTEC 。 VTEC 是首批采用變氣門進行定時和工作的發動機。在新的系統中，氣門的提升部件仍由機械控制，但其定時功能現在由 VTC （ variable timing control 變時控制）電磁閥控制，而 VTC 又由發動機管理系統所控制。這樣氣門的定時就可以同時對發動機載荷和轉速作出響應。Y0]
; l5 E1 d# c0 [    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。最初它被用于 1.8L 4 缸、 118hp 的發動機。但 BMW 計劃在后續的 8 缸和 12 缸發動機中也將使用這一系統。 Valvetronic 的特點在于它沒有節氣門，已經得到證明，影響車輛燃油經濟性的幾個因素之一就是節氣門自身。在部分載荷和部分節氣門開度的情況下，發動機總試圖通過節門口吸氣，這消耗掉了能量并且增加了燃油消耗量。  
) g) [' b, H: Q  y    解決這一問題的方案是利用進氣閥控制吸入汽缸內的空氣量。所有這些事情都發生在汽缸內，從而避免了無謂的損失。這項技術一度曾被稱為電磁閥驅動系統。雷諾公司幾年前生產的賽車用發動機聲稱在電磁閥控制的情況下，轉速能達到 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軸鉸鏈的機械系統。 ECU 控制的電機通過改變杠桿的支點決定轉臂的有效長度，閥的開度隨著轉臂加長而增加。它的關鍵之處在于電機要足夠快，以便對每個燃燒循環的需求做出反應和相應的改變。
    由于沒有節流板，加速完全由電子控制，即實現了所謂的“線驅動”（ drive-by-wire ）。  
6 ?6 W, e  T' o) c' J    車輛的主 ECU 使用頻率為 40MHz 的計算機芯片。一個單獨的 CPU 專用于控制 Valvetronic 單元。此發動機也使用雙 Vanos 系統，它可以同時為進氣和排氣閥設定不同的定時時間。