文档介绍：小引擎(单缸)的电子控制
作者:Ralph . Ferrara
产品定义工程师
飞思卡尔半导体
摘要
小引擎制造商开始面临来自全球政府立法机构的压力,这些立法要求他们提高产品效率并降低排放。为了达到法
规要求,引擎控制系统必须从机械控制转换成电子控制。汽车引擎在从机械控制到电子控制的转换过程中,其中
所得到的一些经验教训可适用于小引擎。最近电路集成领域所取得的进展可以支持小引擎制造商开发出电子控
制,从而使他们的产品变得“更环保”。本文将简要介绍一些必要的转换,以及飞思卡尔目前做了哪些工作来帮助这
个转换得以简便、轻松和经济高效地实现。
引言
最近发生的两件事致使小引擎制造商考虑使用更新、更经济实惠的电子控制来替换传统的机械引擎。
环境条件
市区严重的污染,以及摩托车和其他小引擎车辆排放的气体导致“温室效应”日益凸显,因而也迫使很多政府开始制
定更严格的排放法规。这些新法规专门针对小型内燃机。如果要达到这些法规要求的尾气排放等级标准,制造商
需要用电子控制来替换机械引擎控制。但小引擎控制系统在目标成本和尺寸要求上十分苛刻,这需要制造商必须
寻求创新的设计解决方案来实施这些电子控制。
燃油效率
一加仑汽油的成本从 1956 年的 20 美分提高到将近 4 美元,目前的最高点。全球原油产地的不稳定导致这一生活
必需品的价格经常发生变化。以前曾被认为是无限供应的原油,石油公司认为有一天它也会用尽。要延长燃油供
应时间和降低引擎操作成本,意味着所有引擎(不管大小)都需要具备更高燃油效率的设计。
2 或 4 个冲程引擎
某些小引擎和大引擎之间的一个主要差别就是“冲程”数量或活塞在汽缸中上下活动完成一个循环所需的次数。如
果它不在本文讨论的两种引擎的优缺点范围内,就足以说明现在采用的是成本低燃油使用方式,2 冲程引擎必须彻
底重新设计才能满足该新的排放法规要求。
机械控制
尼古拉奥托于 1876 年发明了传统的内燃机,该内燃机的操作取决于三个因素:空气、燃油和燃烧过程。在引擎的
汽缸中,精确的时控火花点燃气/油混合物,然后通过燃烧来推动汽缸内活塞向下运动,进而致使引擎曲轴旋转。
小型内燃机的机械控制系统包括两个机械部件和一个电子部件。第一个机械部件(即化油器)使用的是汽缸中形
成的真空。因为引擎最初通过起动电机、拉绳或脚踏启动器转动曲轴,以吸收并雾化燃油,从而让油和气以正确
的比例混合。油/气混合物在适当的时间通过第二个机械部件(即进气阀)吸进汽缸。唯一的那个电子部件即被称
作“磁电机”的器件,用来生成精确的时控火花,由附在旋转曲轴的飞轮上两个磁体确定位置。该机械控制系统基本
上是一个“开环电路”的扩展系统,这意味着引擎中不提供反馈信息来指示机械控制系统是否正常操作;如果不正常
的话是否要纠正。为了提高效率和降低排放,必须提供“闭环电路”类型的控制系统。从理论上来说设计闭环机械反
馈系统是可行的,但要根据目前汽车市场中采用的新微机控制电子系统来说则是不现实的。
电子控制
从机械控制系统到电子控制系统的转换主要包括两方面:火花控制和燃油控制。此外,它还引入了闭环控制概念
以及监控引擎排气的氧传感器反馈信号。废气中如果存在氧气,那就表明汽缸燃烧反应没达到空气和燃油 :1