汽车ECU的控制原理

jingjing2010

要让一台发动机产生动力，我们首先要按一定的比例把空气和燃料供应到汽缸内(一般空燃比AFR值设定在1:14.7，即一份燃料，14.7份空气，这比例最符合环保要求)，然后在一个适合的时机把这空燃混合体点燃，在燃烧过程中产生的膨胀气体会把刚好到达汽缸冲程顶点的活塞往下推以产生动力。这个基本概念看上去甚为简单，应该用不上什么高超的电子技术，但现实往往是比想象中复杂很多，首先是汽车的行车速度并不是固定的，行车速度越高，发动机便需获取越多的空气。为了保持稳定的空燃比例，车子的供油系统必须相应地修正燃料的供应量。此外 ，发动机在不同的转速尤其是在一些特殊工况(如起动、急加速、急减速等)下，对混合气体浓度会有特别的要求。另一方面活塞的运动周期也会因发动机的转速(rpm)而改变，因此车子必须可以随着转速的高低来调节点火时间才可以发挥发动机的最大性能。
      能够在每个时刻和工况下都令最适量的空燃混合体进入发动机内并在最佳时机完全燃烧，是自汽车发明后工程师一直追求的最理想境界，但靠机械式的化油器和传统点火系统始终达不到这样全面而完美的效果，直至计算机化的电子ECU出现才把这种情形完全改观。电子ECU是一个微型计算机，内有集成电路以及其它精密的电子组件，作用相当于一个“中枢神经”，里面储存了大量对应不同天气环境与发动机工况下理想的燃油供应值和点火正时值组合。“中枢神经”通过对来自众多传感器如：进气管空气流量、温度、节气门的开启角度、曲轴转速等数据进行汇集、分析和计算，在千分之几秒内调整油量来配合实时的环境和工况，再在形成理想比例的混合气进入气缸后发出点火指令，保证气缸内的燃料完全燃烧，减少了废气排放物和燃油消耗之余亦提高了进气效率，增强了发动机的功率和扭矩。
     经计算机监控的发动机，基本上在全时间都能控制发挥最佳效率的空燃比和点火时间，达到了在化油器和机械点火系统时代不可想象的省油+大功率的梦幻效果。以国内车迷都很熟悉的上海大众桑塔纳为例，老款的化油器1.8升发动机只有88.5ps(66kw)功率，但转用了由电子ECU监控的电喷发动机后，在排量和基本设计不变的情况下，最大功率竟提升超过12%——达到99ps(74kw)! 而耗油量更从每百公里7.9升下降至5.7升，另外同系的1.6升发动机在电子化后最大功率也有86hp，几乎追及上了老款1.8升的功率。最后在计算机优化整个燃烧过程和在三元催化器的帮助下，这款二十多年前设计的汽车尾气排放也达到了欧Ⅱ标准，由此可见电子ECU的威力。
     新型的ECU除了能控制发动机外，还有很多控制或配合车上其它设备的效能。如牵引力控制(防滑)装置(TCS)，助力转向阻尼系统和自我检测、自我保护系统等，但上面提到的实时调节供油量和点火时间(及增压值——如果是turbo发动机)是直接关系到发动机动力输出的重要功能，亦是我们车辆改装的焦点所在。