Author / 蟹爪朝天
# TECHNOLOGY #
上一季的《引擎管理》中我们简单介绍了一些ECU的控制逻辑和调校思路。旨在让大家了解ECU程序是如何控制引擎工作的，以及在改变了引擎的硬件后应该对ECU程序进行什么样的修改。
在这一季中，我们会更详细的把这些话题深入下去，内容很精彩。为了方便大家查询资料，我们特意标注了一些英文关键词。
首先是一些比较重要的概念。
压缩比
Compression
控制其它变量，只说压缩比的话，更高一些的压缩比可以在很大的转速范围内都带来更大的扭矩（马力）、更低的油耗、更好的排放。
在燃油、散热等方面足够好的前提下适度提升一些压缩比可以让自吸引擎的性能有较大的提升。
对于增压引擎来说，在提升了增压值后，可能需要适当降低一些压缩比以抑制爆震。
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空燃比
AFR
根据化学计算，14.7:1的空燃比可以让油气都充分用尽，既不产生很多污染物，也不浪费很多进气量，油耗也处于较低位。
所以在低负载的闭环工况（Closed Loop）下，目标空燃比会设定在14.7:1左右。但在中高负载时，考虑到马力、缸温、爆震等因素，会使用偏浓一些的空燃比。
为了更方便的比较两个空燃比相差多少，有时大家会用Lambda（过量空气系数）表示空燃比。Lambda=1.0，即为14.7:1；Lambda=0.9，即为13.23:1。
如曲线所示，当Lambda在0.85-0.90左右时，引擎马力处于最高点附近。
不考虑爆震控制等因素，从理论来说，自吸引擎的最大马力在Lambda=0.87（AFR=12.7889:1）左右获得，涡轮引擎的最大马力在Lambda=0.82（AFR =12.054:1）左右获得。
如果想要追求极致省油的话，在爆震可控的前提下，最优Lambda大概是1.05（AFR=15.435）左右，但此时废气中的氮氧化物含量会较高。
均匀喷油
Homogeneous distribution
缸内不同部位的空燃比基本一致。一般来说，在喷油比较稀的工况下，设计师更倾向于使用这种比较均匀的喷射方式。
分层喷油
Stratified-charge concept
分层喷油也可以叫分层燃烧，基于缸内直喷结构。其目的主要是为了进一步降低油耗。通过活塞顶、进气道、气门的形状、气流速度和喷油脉冲等方式，控制进、排气流的流径。
最终在火花塞附近制造出接近Lambda=1.0的混合气云，以利于点火。在其它位置上制造出较稀的喷油（Lambda<1.0）。整体来说，这一缸混合气的平均浓度较低，进而达到省油目的。
虽然更省油了，但分层喷油的方式对燃油品质和抗爆性的要求更高。在燃油不够好的情况下极易出现爆震等严重问题。
火焰锋面传播
flame propagation
在火花塞点火成功之后，火焰锋面在缸内稳定传播的条件是Lambda在0.75-1.30之间。过浓或过稀的局部空燃比都会导致火焰提前结束，缸内残留未经燃烧的混合气。
火焰锋面的前进速度主要受已燃空间内气压的影响。所以在刚点火后的一段时间内，火焰锋面的前进速度逐渐增加，在混合气接近烧完之前逐渐减速。通常来说，火焰锋面传播速度处于15m/s-25m/s之间。
随着转速的上升，留给燃烧冲程的整体时间越来越短。所以，这个传播速度，是缸径冲程比和单缸容积设计时的重要因素，也是设计火花塞电极位置时的重要因素。
有些引擎如果在ECU中提高极限转速的话，容易在高转速时排温过高或放炮的原因，很可能是因为在排气门打开后，混合气还没有烧尽，部分火焰进入了排气歧管，甚至是进气歧管。
当Lambda在0.8-0.9之间时，火焰锋面的传播速度会较快。所以在高转速工况下，如果其它参数允许，可以将喷油尽量设定在这个值上。
缸内充气
Cylinder charge
自吸引擎的气路如图。除了经过节气门进入歧管的新鲜空气（7）外，可能还有经过废气再循环系统进入歧管的的高温废气（4）和经过蒸发系统进入歧管的燃油蒸汽（1）。
相对充气率（Relative Air Charge）表示的是实际充入缸内的气量和标准大气条件（1013hPa，0°C）下缸内最大气量的比例。
相对喷油量（Relative Fuel Quantity）表示的是在相对充气率为1时，相应的喷油量。对于歧管喷射引擎来说，缸内进气量和进油量并不独立，引擎扭矩（负载）和进气量基本上是正比例。
所以进气门打开时，歧管内的气压在正常范围内稍微高一些更合适。一方面是为了利用谐振，让尽量多的油气进入缸内。另一方面也可以让油气混合的更均匀一些，让进入每个缸的油气也就会更平均一些。
对于缸内直喷（可以分层喷油）引擎来说，扭矩（负载）主要由喷油量影响。
进气量和喷油量相对更独立更灵活一些，对歧管和进气流径的设计要求也稍微低一些。喷油量的控制和提高都比较方便灵活，所以对于缸内直喷引擎来说，提升充气量仍然是提升扭矩的重点。
残余废气
Residual Gas
点火前，缸内气体是由新吸入的气体和上一次做功后的残余气体组成的。
新气含氧、低温，产生动力。废气无氧、高温，阻碍动力。所以缸内换气的首要任务是让新气所占的比例（质量）尽量高，也就是尽量多的把废气排出缸外。
废气，有残留在缸内的废气，有通过废气再循环系统重新进入缸内的废气，也有因为气门重叠角的原因继续存在于缸内的废气。废气中几乎不再含氧了，其高温还会导致机油过热、活塞顶过热、爆震等严重问题。
废气在循环系统的存在主要是排放原因。较大的气门重叠角虽然会带来废气问题，但总体来说，还是可以在高转速下提高换气效率的，在高转速工况下利大于弊。
对于均匀喷油的引擎来说，提高节气门开度可以让减少节气门附近的进气流阻力（主要是压差阻力、干扰阻力），让歧管内的气压更高更稳定些，利于缸内进气和减少气门重叠角带来了废气返回问题。
所以在很多ECU标定中，设计师都倾向于让节气门开度尽量大一些。因此，节气门和引擎负载的对应关系并不是非常线性的，用节气门开度判断引擎负载的方式并不十分妥当。
扫气。
由于气门重叠角(进、排气门在一段时间内同时处于打开状态)的存在，部分废气会凭借自身的高压和活塞上行的推动，返回进气道中，并随着下一次吸气再次进入缸内。
如果此时进气管路内的压力波峰正好位于进气门附近，则可以较好的控制废气的返回，并在排气门还没有完全关闭前，将部分缸内废气吹出排气门。
在高转速下，可用于进气的时段很短，尽早打开进气门也可以让进气量尽量大一些。
影响换气效果的因素，除了节气门开度、气门重叠角外，还有活塞速度、气门正时、气门升程、气门尺寸、气门形状、气道设计等很多因素。后续文章中会有非常详细的介绍。
容积效率
Volumetric Efficiency
向缸内充入且留存住了多少（质量）新气。在当前条件（温度、压力、转速等）下理论上最多能向缸内充入并留存多少（质量）新气。这两个质量之间的比值为容积效率VE。
也就是说，缸内的容积（不是通常所说的“排量”）是不是被充分利用了。
VE的高低取决于是否增压，也取决于缸盖、气门、燃烧室等部件的设计和正时、节气门的标定。自吸引擎最大的VE一般在0.6-0.9之间。
还有个类似的概念：空气（新气）消耗率。
从进气门进入的气量中，有多少留存在了缸内。在气门重叠角加大时，留存在缸内的新气比例会减少。从泵气损失上说，从空滤开始，费力吸入的新气应该尽量多的留存在缸内。从控制温度和扫气上说，适度“浪费”一些新气会带来更好的效果。
增压
Charging
均匀喷油状态下，扭矩主要由进气量影响。为了提升扭矩，比较好的方式是提高进气歧管内的压力。经过增压，VE是可以大于1.0的。对于自吸引擎来说，这种增压效果也是存在的。
通过设计管理形状、长度和稳压腔容积等方式，可以让引擎在某一特定转速值附近获得较好的增压效果。所以市场上才有了专门为赛道开发的进气歧管和原厂的可变歧管技术。
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每个缸序列工作，即使在节气门开度稳定、进气总量稳定的情况下，歧管内的混合气也并不稳定，每个缸每次吸入的新气量也不稳定。
电热式进气流量传感器（AFM）、节气门开度和进气量的台架数据模型，这两种监测进气量的方式在歧管压力稳定的时候更有效一些。在负载变化的过程中，歧管压力（MAP）、歧管温度（MAT）等数据更重要一些。
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