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改装学堂之性能篇 解读发动机ECU改装

2012/3/13 8:35:56来源: 汽车之家

[汽车之家 改装] 改装学堂又开课了,本期的话题相信大家都会十分感兴趣,因为这期的教学内容对于动力的提升可以说不必大费周章,且可得到立竿见影的效果,不用多说,相信一直关注改装的同学们已经猜到是发动机ECU的升级改装了。尤其是国内很多欧系车型改装经常会提到的一阶、二阶,说的就是发动机的ECU程序(当然改装套件中也同时包括硬件部分改装)。对于想提升动力性能的车主来说,ECU改装是目前动力系统改装中最为炙手可热的一种。事不宜迟,今天我们就来聊聊这个很多人都知道但又不是太了解的ECU动力系统改装!

改装学堂之性能篇 解读发动机ECU改装 汽车之家

 

 

 

 

 

 

 

随着近年来国内改装市场的逐渐成熟,提升车辆的动力性能的改装早已不是最初只涉及到基本的进排气、点火等入门级改装了。使用涡轮/机械增压器亦或是通过高角度凸轮轴采用高压缩比等方法来达到高转速大马力的自然进气发动机的改装也早已不是什么新鲜事,众所周知,不同于过去的化油器时代,现在汽车的动力单元的总指挥是发动机ECU,一台车的硬件设备再完美,缺少一个优秀的ECU也是无法运行的,“刷电脑”就是通过一些手段将原厂保守的ECU程序改写,从而实现提升发动机某方面性能的目的。

这样说看似很容易理解,但如果要问到是如何通过改写ECU来提升性能的话,我猜大部分朋友一定是一知半解说不清楚。这次我们就来简单的聊聊发动机ECU的改装,希望通过这篇文章,在你面对刷电脑这个词时不再雾里看花,搞得一头雾水

什么是ECU:

ECU(Electronic Control Unit)电子控制单元,又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器,也叫汽车专用单片机。它和普通的单片机一样,由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。用一句简单的话来形容就是“ECU就是汽车的大脑”。而本次我们说的改装ECU,是指发动机ECU部分。

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发动机ECU的控制理论:

在说到发动机ECU的改装时,我们先要了解一下发动机ECU的控制原理:首先,我们的发动机工作状态是一个闭环控制:通过固定的程序(不同工况下的空燃比以及点火正时)设定好发动机的工作规律。然后在排气管加入氧传感器,用氧传感器判断发动机的工作状态,油量多了还是少了;在汽缸加入爆震传感器,判断点火正时是提前了还是延后了;水温传感器,可以判断发动机燃烧室温度是否正常来修正供油量,保护发动机,等等。将这些情况发送到ECU,然后ECU就会根据它们的反馈,不断地调整喷油量以及点火正时。

ECU通过各种传感器(包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器、氧气传感器、爆震传感器等)收集发动机的各部分工作状态信息,由负责传输的线路发送至ECU。在ECU接收了这些信号之后,就会对各种信号进行分析,便会得知发动机各部件功能处于什么样的状态,运作情况如何的信息,然后根据事先写好的程序自动运算,在这个状态下应该让哪些执行元件做哪些事情,继而将指令发送到执行元件,命令执行元件工作。

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『是临时制作的闭环控制示意图。若果将上图的方框去掉,那就是不带反馈的开环控制。目前所有的ECU都采用闭环控制,使得发动机管理更精确。』

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做个简单的比喻:整个过程就好像一根绒毛,轻轻的触碰到你的鼻孔,鼻毛(传感器)便会把触控的信息传至大脑(ECU),然后大脑就对信息进行分析,确实有异物进入鼻孔了,接着便会对鼻孔的各部分发出指令,命令鼻孔进行气体喷射,然后达到清理异物的目的,如果异物造成的影响超出了系统可以承受的范围,随之会伴随着各种巨大的喷嚏响声(信号警报,故障码爆出)。

ECU改装是什么?

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看过上面的举例,我们可以更形象的理解ECU的工作原理,而改装ECU就是通过改变处理问题的方法(原先设定好的ECU程序),来达到改变发动机运行的目的。

所谓的“ECU程序”,其实就是一套运算法则,它存放在储存器内,对从输入设备经控制器转化而来的信号,处理生成对应的指令信号,从输出设备传输出去。于是,我们对于ECU参数的修改,实际上就是在修改运算法则。

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然而这时问题就出现了,当输入信号超过ECU内默认的正常值(过多或过少),不仅调校无效,更加有可能亮起故障信号灯。这时我们能做的,是让这个信号不超出正常值;要么干脆放弃这个原装设定的法则,当然就是不用原装电脑;又或者狡猾地用另外一套电脑实现你的运算法则,而同时让它“骗”原厂ECU。


☆ ECU改装的方式

○ 替换式

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这就引入到三种ECU改装的方式了。ECU改装只是一个笼统的说法,这当中又可以分为直接改变ECU运算器硬件的改装与改变内部程序的改装。直接改变ECU运算器硬件,就是我们在赛车场非常常见的“替换式电脑”,用“全职替换式ECU”控制发动机,例如Motec、Haltech等品牌,就是较为著名的全取代式电脑,这种改装通常都是搭配重度的发动机硬件改装使用,由于改装后发动机的工作温度、进气量、喷油量、压缩比等数据大大超出原厂设定范围,也就是说发动机经过了非常大的改装作业后,原厂ECU完全无法满足硬件的需求时,这种竞技型产品是最合适的选择,替换式电脑完全无需考虑到原厂数据的局限性,所有数据任由技师随意设定。虽说替换式电脑有着无比强大的可调性,但这种电脑也正因没有固定的形式与规格,一切需要从头开始。使得对技师的要求非常之高。至于多困难,光是让车辆正常启动后怠速稳定,一两天的调校时间一点也不稀奇,所以这种替换式电脑多用于不计成本的职业车队。

○ 写入式

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而写入式改装ECU则保留了原厂ECU硬件部分,采用将新的运行管理程序写入ECU程序的方法,因为改变了原厂设定程序,写入式ECU又称改写ECU或民间常说的刷电脑。这种改装方式虽然受原厂ECU与传感器所限,可调整范围相对较小,但由于不会破坏原厂其他功能的使用以及更为稳定安全的特点,近年来受到了更多改装玩家的青睐。许多品牌都会推出对应特定车型的ECU程序,目前较为流行的一些写入式ECU改装品牌更是宣传其设定的ECU程序会针对当地油品、气候等因素,亦可选择低扭增强型、峰值马力增高型甚至是比原厂更省油的ECU改装程序。

○ 外挂式

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外挂式改装ECU简单说就是通过将信号“偷偷”更换,欺骗带有保护程序的ECU来达到改变执行程序的目的。首先外挂ECU将各个传感器所反馈回ECU的信号进行拦截,针对需要调整的信号进行修改(可以理解为作弊,目的是骗过原厂ECU),将本来超过原厂ECU认可上限的信号变成正常信号输入原厂ECU,ECU接收到“正常信号”后将原厂设定的执行程序输出至外挂ECU,这时外挂ECU再将信号进行修改(这时原厂ECU发出的指令并不适合执行元件进行工作)。这一系列动作之后,一次成功的欺骗算是完成了。外挂式改装ECU可调范围介于其他两种方式之间。但由于现代汽车ECU的性能越来越强大,自我保护程度更高,外挂式电脑的操作难度也越来越大。

三种方式各自有自己的优缺点,替代式适合重度改装甚至竞技改装,刷写式适合原装ECU保护性较强以及轻度改装,外挂式的电脑则适合轻度至中度的改装,并且对应较为容易修改数据的原装ECU。

☆ ECU改装原理

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我们已经了解到发动机的控制系统简单来说是由三部分组成的,即传感器Sensor、中央控制单元ECU以及执行元件,理论上只要这三大系统都在正常工作,发动机就可以正常运转(其他硬件正常状态时),但正常工作只是内燃机工作的最低要求。抛开发动机排量、零部件强度、精度、进排气系统、点火、供油系统、冷却系统等部件的性能不说,单就ECU程序设定而言,原厂车型设定的ECU程序会顾虑到车辆的尾气排放性能、燃油经济性、耐用性甚至是否适用于城市道路行驶(动力输出特性,强调低扭输出)。

原装电脑会根据发动机不同负载以及转速,设定一个最为稳定的喷油以及点火参数,既不会使得燃烧温度过高,也不会使混合气过浓或过稀,同时考虑到不同地区的燃油品质差异(点火时间控制保守)。但是既然是广泛适用,那么这个设定一定是较为保守的。通过改变ECU程序来更加精确化的控制喷油量、点火正时等就可以提升发动机的燃烧效率或者动力性能。亦或是两者兼顾,这时一定人会问,提高燃烧效率不是更省油吗?那岂不是与我们所认知的动力更强会更费油的惯性思维相互矛盾了吗?

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我们首先要明白一个道理,内燃机是通过燃烧燃料,爆炸而产生动力的,那么燃料与空气之间的配比就非常重要。常识告诉我们,稀薄的混合气(空燃比大于14.7)能省油,浓混合气(空燃比小于14.7)可以提供更大的动力。当然,所谓的浓或者稀,一定是在保证发动机在正常工作状态之下,过低或者过高的混合比例,都不能得到好的结果,不同工况下的空燃比调校也会有所不同,一切要视具体情况而定。例如,本田S2000的高性能F20C自然进气发动机,当发动机处于9200rpm节气门全开时,原厂ECU的空燃比设定为11.6左右(较浓的混合气可以保护发动机,减少爆震风险,同时较多的汽油可以起到冷却发动机的作用),而MUGEN(无限)的原厂替换式ECU的数值是12.0,而在更激进的技师手上,空燃比可进一步升高至13以上。此时引擎处于爆震边缘了,但由于燃效最高,高转爆发力比原装要更好,油耗还会有所降低(当然这种状态下没有人会考虑油耗的),不过同时发动机的温度会上升得很快,需要冷却系统的跟进来帮助降温。

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但是我们之前所提的问题似乎仍没有解决,不紧张下面继续解答:就拿空燃比举例,性能改装必定不是单纯一个方面的改变,往往需要搭配其他部件一同变化,比如供油系统、大喷油嘴或油泵等等,而往往是因为加大马力之后,为了减少爆震和和更好的为发动机散发热量便会会调多喷油量,所以涉及动力性能的提升往往都会较未改装前费油,而提升动力性能后为什么会出现喷黑烟甚至是喷火的现象那就不难理解了。

疑问:为什么涡轮增压发动机的ECU经升级后,功率和扭矩的提升会比自然吸气发动机要大那么多?

其实这个不难理解,涡轮增压器的增压值是可以调节的,增压值增大,带来的结果是进气密度增加,同等体积下氧分子含量会增加,只要供油点火部分进行跟进,马力自然提升明显,但相对于自然进气发动机,对油品、温度等要求也更加苛刻与敏感,大马力当然对发动机硬件部分的强度要求也更高。


实例分析:

上面说完了原理之后,是时候改用实例来进行分析了,下面便是通过一个德国的著名ECU升级技术公司的案例来分析一下ECU升级之后的动力表现变化。

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通过对比可得知,对ECU的升级,功率提升的幅度大小与排量成正比,排量越大,功率提升的幅度越大,随之扭矩提升幅度也随之增大。但在提升比例方面则涡轮增压发动机的提升效果要明显强于自然吸气发动机,就拿本次提升的途安1.8T车型来说,功率提升比例达到了22%,远比自然吸气的5%-7%要强,扭矩提升比例也是远远强于自然吸气发动机。

全文总结:

通过整节课的介绍,相信大家对ECU的改装也有了一定的认识,其实ECU改装是个看似简单实则较为复杂的动力改装项目,本文涉及到的也仅仅是一些最为初级的理论知识。ECU的改装并非单纯的指输出数据指令上面的变化,而是涉及众多整车匹配方面的问题,改装ECU是一件软件与硬件相辅相成的工程,ECU要配合硬件,才能发挥出硬件百分百的效能;而ECU改装也要以硬件为依托,才能显示出ECU改装的价值。希望热爱改装的朋友们多多相互交流,广泛讨论,共同推动国内ECU改装文化的进步。(文/汽车之家 何永铭 尹栋)

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