早期車用電腦發展(1970~1980)
一、發展背景
第一代的車用電腦使用在1970~1980年之間的D-jetronic及L-jetronic電子噴射系統上,在引擎系統尚未使用電腦控制時,引擎的油氣混和方式以化油器及機械式噴射為主,而點火方式多使用接點式點火系統,電腦控制的介入一開始是噴油控制及點火方式。噴油控制是根據空氣流量感知器的訊號來控制噴油的時間,而點火系統是以電晶體點火系統來替代傳統的接點點火系統,改善了傳統接點因磨損造成壽命短的缺點,而使用電腦控制的優點就是在高轉速的環境下,電腦控制會比機械式控制來的精準而且穩定,讓引擎能往高轉速發展。
第一代電腦的功能:
1.根據引擎進氣量,計算基本供油量,並根據引擎溫度、節氣門位置進行供油量的修正。
2.點火控制以電晶體點火系統來替代傳統的接點點火系統,改善了傳統接點因磨損造成壽命短的缺點,而在高轉速的點火表現電晶體點火系統也比傳統式來的穩定。電晶體點火系統是由位於分電盤的轉速感應器將點火信號輸入控制單元,再由ecu中的晶體電路進行點火線圈的充放電,最後送入火星塞進行點火。
傳統與電晶體點火系統隨著轉速提高的二次電壓表現
機械式噴射引擎與第一代電腦引擎之比較
機械式噴射引擎以經典的K-jetronic(Bosch的機械式連續噴射系統)為例,利用機械式的空系流量感知板,測量進入歧管的空氣量,透過連桿帶動燃油分配器,燃油分配器最後將燃油傳遞至噴油嘴,進行連續噴射。而第一代的電腦引擎為電子噴射系統,利用翼板式空氣流量計,測量流入的空氣量,以電壓值透過電路傳回ECU,在由ECM計算噴油量並以脈波訊號傳至噴油嘴,控制噴油時間以來調整空燃比。
所以第一代電腦噴射引擎以電子電路系統,取代了機械式引擎燃油分配器的功能,這樣的改變除了提升噴油量的精準度之外,也使得系統的反應速度提高。
機械式與第一代電腦控制噴油的差異
機械式與第一代電腦計算空氣量的差異
二、架構
車用電腦可以分為感測器、ECU及作動元件共三個部分,感測器的作用如空氣流量感知器就是接收當下的空氣流量,以類比訊號的方式交給ECU來控制噴油量以到達最佳的空燃比;ECU的作用是接收感測器的訊號,用來判別目前引擎的狀況,調整噴油量讓引擎能達到最佳的效率;作動元件是接收並執行來自ECU的訊號,如噴油嘴。
第一代電腦架構圖
ECU主要的架構是由處理單元(CPU)、儲存單元(RAM、ROM)、訊號處理電路(A/D converter)、輸入/輸出接口(I/O)及其他驅動、集成電路所組成,架構方塊圖如下:
處理單元(CPU)為控制系統的核心,具有運算與控制的功能,將感知器所得到的訊號進行運算,並將運算的結果轉為控制訊號,輸出到作動單元進行控制。
儲存單元(ROM、RAM)中存有程序代碼,是從大量的實驗數據及出場時調校所得到的,CPU會比較”感知器所得到的訊號”與”ROM中存有的代碼”,並進行噴油的補正或是點火正時的修正。
工作環境:一般電壓範圍6.5~16V之間,工作電流範圍在0.015~0.1A之間,工作溫度攝氏-40~80度,能承受1000Hz以下的震動,一般安裝於右前輪罩附近。
三、實例
Bosch公司的D-jetronic以及L-jetronic這兩種電子噴射系統,都使用了第一代的車用電腦來計算噴油的時間,給予噴油嘴脈波訊號進行噴油,並且透過電腦中的晶體電路讓點火系統在高速時有較好的表現。
L-jetronic所使用的ECU(外部)
L-jetronic所使用的ECU(內部)
在1970~1980年這一段期間,因為車用電腦的使用,使得噴射引擎的發展產生了不小的變化,下圖整理了部分公司在這段時期主要所使用的引擎
從上面所整理的圖表可以發現到一點,早期電腦引擎並沒有很流行,大部分的車廠使用了三年到五年之後,便改用機械式噴射引擎,其中以K-jetronic為主。
雖然上面的圖表中顯示,Porsche當時的主要車款並沒有用到早期的電腦引擎,但是實際上仍有少部分非主流的車款嘗試著使用了車用電腦。
1. Porsche 914 ( 1972年)
Porsche 914是屬於中置引擎後輪驅動的車款,引擎為水平對臥式,冷卻方式為空冷式引擎,供油系統是Bosch的D-Jetronic(壓力計量式電子噴射系統)。
Porsche 914 (1972年)
2. Porsche 924
924也是使用中置引擎後輪驅動的車款,和914不同的地方是供油系統使用Bosch的L-jetronic(翼板式電子噴射系統)
Porsche 928 (1979年)
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