ME7發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)[230頁]

1、,先進(jìn)的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng) ME7-Motronic,目錄,1 系統(tǒng)綜述,3 ME7系統(tǒng)的主要控制策略,6 ME7系統(tǒng)的綜合診斷,8 結(jié)束語,7與其它系統(tǒng)的接口,2 ME7的主要控制系統(tǒng),5 電控單元（ECU）,4 主要傳感器與執(zhí)行器介紹,系統(tǒng)綜述,本章將從以下幾個方面對ME7系統(tǒng)進(jìn)行初步介紹。其中的系統(tǒng)組成和控制策略將在后面進(jìn)行重點論述。,系統(tǒng)特點 ME7系統(tǒng)是目前國內(nèi)采用的德國BOSCH公司生產(chǎn)的Motronic系列發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（Engine Management System 簡稱EMS）的最先進(jìn)的一種，與之前的M1和M3系統(tǒng)的最大不同在于ME7系統(tǒng)的控制策略是基于扭矩控制的。 這種控制策

2、略可以靈活地將眾多系列的Motronic系統(tǒng)功能移植到不同的發(fā)動機(jī)和使用環(huán)境。 ME7系統(tǒng)采用了電子節(jié)氣門（Electronic Throttle Control,簡稱ETC)，使得發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量不直接由加速踏板來控制，而是由電控單元采集分析諸多信號后通過控制節(jié)氣門開度來精確確定。,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)特點 ME7系統(tǒng)的電控單元（EMS ECU）采用了兩片高性能CPU，大容量的閃存（Flash Memory），在提高系統(tǒng)運行處理能力和程序、匹配數(shù)據(jù)升級方面有明顯的提高。 電控單元（EMS ECU）中的CPU還集成了CAN總線控制器，與車內(nèi)其它電子控制系統(tǒng)組成了CAN總線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高了系

3、統(tǒng)性能，并同時也為診斷和維修提供了方便。 此外，ME7系統(tǒng)集成了眾多先進(jìn)的傳感器和執(zhí)行器，可以更加準(zhǔn)確、可靠地測量和執(zhí)行動作，所有這些都為提高整個汽車的綜合性能奠定了堅實的基礎(chǔ)。,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)組成,如上圖所示，ME7系統(tǒng)包括以下三個部分： -傳感器 負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前發(fā)動機(jī)和車輛運行的各種數(shù)據(jù)以及駕駛者的駕駛意愿 -執(zhí)行機(jī)構(gòu) 火花塞式發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)所要求的所有的伺服單元或終端控制元件 -中央電控單元(ECU） 對傳感器信號進(jìn)行采集處理并生成相應(yīng)輸出控制信號,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)基本功能 ME7發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的基本功能是根據(jù)駕駛者的意愿設(shè)置相應(yīng)的扭矩輸出。 具體地說，就是利用加速踏板位

4、置傳感器反映當(dāng)前駕駛者的駕駛意愿，中央電控單元將認(rèn)為當(dāng)前的加速踏板位置傳感器的測量值對應(yīng)著一個特定的輸出扭矩，為了獲得這個對應(yīng)的扭矩，中央電控單元將在采集各類發(fā)動機(jī)工況參數(shù)和車輛運行參數(shù)的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)各個輸出控制信號，如： - 氣缸進(jìn)氣量 - 噴油量 - 點火正時 以達(dá)到要求的輸出扭矩，同時系統(tǒng)將監(jiān)測當(dāng)前運行參數(shù)的變化情況。,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)輔助功能 ME7系統(tǒng)同時廣泛采用了輔助的開環(huán)和閉環(huán)控制功能，包括： 怠速控制 閉環(huán)控制 燃油蒸發(fā)排放控制 巡航控制 降低NOx排放的排氣再循環(huán)控制(EGR) 降低HC排放的二次空氣噴射控制,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)綜述,由于多種因素的共同作用，這些輔助功能已被提高到了

5、一個重要的位置。這些因素包括： 要求降低尾氣排放的法規(guī) 對進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性的不懈追求 對安全性和駕駛舒適性的更高要求,系統(tǒng)擴(kuò)展 ME7系統(tǒng)也可進(jìn)行擴(kuò)展，以集成以下配置： - 渦輪增壓器和可變進(jìn)氣歧管控制(可提高動力輸出) - 發(fā)動機(jī)閥門正時可變的凸輪軸控制 (可降低燃油消耗和排放，同時提高動力輸出) - 爆震控制、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制和車速控制(可保護(hù)發(fā)動機(jī)和車輛)。,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)基本控制策略 M7系列的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)采用的是基于扭矩控制的控制策略。 使用該控制策略，可以使系統(tǒng)針對不同發(fā)動機(jī)和使用環(huán)境，方便靈活地集成眾多Motronic系列產(chǎn)品的功能。 大多數(shù)輔助開環(huán)和閉環(huán)控制功能都會體現(xiàn)在對

6、發(fā)動機(jī)扭矩的影響上，這經(jīng)常導(dǎo)致同時出現(xiàn)相互矛盾的要求。 該控制策略則能夠區(qū)分出這些相互矛盾的需求的優(yōu)先程度，并執(zhí)行最至關(guān)重要的需求,這也是基于扭矩控制的控制策略的優(yōu)勢所在。,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)接口 在ME7系統(tǒng)中，中央控制單元采用CAN(Controller Area Network,控制器局域網(wǎng))總線與車內(nèi)掌管其它系統(tǒng)的不同控制單元保持通信與互相協(xié)作。 這種協(xié)作的一個例子是當(dāng)進(jìn)行換檔時，Motronic控制單元可操縱自動變速箱的ECU來執(zhí)行扭矩的減少，從而減少變速箱的磨損。 同樣，如果安裝了TCS(牽引控制系統(tǒng))，當(dāng)感受到車輪滑動時，它的ECU會把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞給Motronic控制單元，使其降

7、低發(fā)動機(jī)扭矩。 這也是采用基于扭矩的柔性響應(yīng)控制的另一個好處。,系統(tǒng)綜述,系統(tǒng)診斷 由于器件故障將可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全或排放問題，在線診斷系統(tǒng)(On-Board Diagnosis)是Motronic系列發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。 利用在線診斷，系統(tǒng)可以診斷出象空氣流量計、電子節(jié)氣門體、氧傳感器、碳罐閥等諸多器件的故障。 ME7系統(tǒng)可滿足OBD和EOBD標(biāo)準(zhǔn)。,系統(tǒng)綜述,ME7的主要控制系統(tǒng),ME7的主要控制系統(tǒng),發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)主要通過控制：進(jìn)氣、噴油、點火來實現(xiàn)對整個發(fā)動機(jī)的運行管理，本章將主要就以下三個分系統(tǒng)介紹ME7主要的控制系統(tǒng)：,燃油系統(tǒng),點火系統(tǒng),進(jìn)氣系統(tǒng),節(jié)氣門控制 對火花塞式發(fā)動

8、機(jī)而言，決定功率輸出的首要因素是氣缸進(jìn)氣量。 發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)主要是通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度來控制氣缸進(jìn)氣的。,進(jìn)氣系統(tǒng),進(jìn)氣系統(tǒng),常規(guī)系統(tǒng) 常規(guī)的設(shè)計是依靠機(jī)械的連接來控制節(jié)氣門，借助系纜或機(jī)械拉桿傳遞加速踏板的運動，相應(yīng)地轉(zhuǎn)變成節(jié)氣門的動作。 發(fā)動機(jī)冷車啟動時，為了克服較大的內(nèi)部摩擦消耗需要吸入較多的空氣和噴入額外多的燃油；同時，當(dāng)輔助設(shè)備如空調(diào)壓縮機(jī)被打開時，氣缸也需要吸入更多的空氣來彌補(bǔ)驅(qū)動功率的損失。,進(jìn)氣系統(tǒng),這些額外的空氣要求可通過空氣旁通執(zhí)行器來滿足，這種執(zhí)行器能控制一個繞過節(jié)氣門的額外氣流通道。 另一種選擇是使用一種可隨發(fā)動機(jī)需求變化而相應(yīng)調(diào)整節(jié)氣門最小開度的節(jié)氣門執(zhí)行器來滿足這種要

9、求。 但這兩種情況下為滿足發(fā)動機(jī)需求波動而對空氣流量進(jìn)行電子控制的范圍都是有限的，僅局限在某些特定工況，比如說怠速控制。,進(jìn)氣系統(tǒng),帶有ETC的系統(tǒng) 如下圖所示，ETC(電子節(jié)氣門控制)控制涉及部件包括：加速踏板、EMS ECU、和電子節(jié)氣門總成。,進(jìn)氣系統(tǒng),ETC系統(tǒng)部件說明： - 加速踏板：內(nèi)有兩個輸出信號同向變化的電位器負(fù)責(zé)監(jiān)控踏板的位置。踏板的位置由駕駛員決定。 - 電子節(jié)氣門體：包括節(jié)氣閥門、節(jié)氣門執(zhí)行器(一直流電機(jī))、節(jié)氣門開度傳感器。其中開度傳感器是兩個輸出反向互補(bǔ)的電位器。 ME-Motronic系統(tǒng)將ETC控制與負(fù)責(zé)點火、噴油和大量輔助功能的發(fā)動機(jī)管理ECU集成在一起，而無需

10、為ETC配備一個專門的ECU。,進(jìn)氣系統(tǒng),進(jìn)氣系統(tǒng),下圖給出的是一典型的ETC系統(tǒng)部件的圖片：,ETC系統(tǒng)控制原理： 加速踏板位置傳感器將感受到的加速踏板位置信號傳遞給ECU， ECU計算出相應(yīng)的節(jié)氣門開度，在根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前運行工況作適當(dāng)調(diào)整后，產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制信號傳遞給電子節(jié)氣門總成的節(jié)氣門執(zhí)行器。 節(jié)氣門執(zhí)行器能夠?qū)CU的輸出控制信號做出精確的響應(yīng)，同時兩個節(jié)氣門位置傳感器又將當(dāng)前的節(jié)氣門開度信息反饋給ECU，由ECU再做適當(dāng)?shù)姆答伩刂啤?電子節(jié)氣門總成上的兩個反相互補(bǔ)節(jié)氣門位置傳感器連同加速踏板上監(jiān)控踏板運動行程的兩個電位器，構(gòu)成了整個ETC監(jiān)控功能的一部分，能提供系統(tǒng)所期望的冗余度

11、。,進(jìn)氣系統(tǒng),在整個發(fā)動機(jī)運行期間，ETC控制系統(tǒng)會不斷地檢查和監(jiān)測所有能影響節(jié)氣門開度的傳感器信號和計算。 一旦遇到故障，系統(tǒng)的初始反應(yīng)是回復(fù)到基于冗余傳感器信號的狀態(tài)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如果沒有冗余的信號可用，則節(jié)氣門開度調(diào)整到默認(rèn)的位置。,進(jìn)氣系統(tǒng),盡管節(jié)氣門控制是控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的主要方式，仍然有許多其它的系統(tǒng)型式也能夠?qū)崿F(xiàn)對進(jìn)入氣缸中的新鮮空氣和殘留廢氣數(shù)量的調(diào)整，包括： - 可變進(jìn)排氣閥門正時 - 排氣再循環(huán)(EGR) - 可變進(jìn)氣歧管布置(動態(tài)增壓） - 廢氣渦輪增壓,進(jìn)氣系統(tǒng),燃油供應(yīng)與傳送 電動燃油泵從油箱中泵出燃油，經(jīng)燃油濾清器強(qiáng)制過濾后，燃油被送往燃油分配管。 燃油分配管上裝有

12、由電磁控制的噴油器，可以精確地將一定數(shù)量的燃油噴入進(jìn)氣歧管。 在配有回油管的系統(tǒng)中，燃油流經(jīng)油壓調(diào)節(jié)器后多于的部分會返回油箱中。,燃油系統(tǒng),燃油系統(tǒng),燃油系統(tǒng)可分為帶回流管和不帶回流管的兩種，在無回油管的系統(tǒng)中，油壓調(diào)節(jié)器緊挨著油泵安裝。回油管就可省略了，這不僅可減少生產(chǎn)的成本，而且可降低油箱里的溫度。 溫度的降低意味著不僅碳?xì)浠衔锏呐欧鸥伲胰加驼舭l(fā)排放系統(tǒng)的表現(xiàn)會更佳。 右圖給出的是帶回流管的燃油系統(tǒng)。,燃油系統(tǒng),燃油系統(tǒng),1）電動燃油泵 2）燃油分配管 3）燃油濾清器 4）油壓調(diào)節(jié)器 5）電磁噴油器,燃油系統(tǒng)的組成：,1）電動燃油泵 電動燃油泵維持著由油箱而來的連續(xù)不斷的燃油流動。

13、它可以安裝在油箱里或者油箱外的油路中。 目前多采用的是在油箱內(nèi)安裝油泵總成，這種油泵總成集成了油泵與油位傳感器，并設(shè)有一渦旋狀隔板結(jié)構(gòu)以去除回油管中的油蒸汽。,燃油系統(tǒng),2）燃油分配管 燃油經(jīng)油泵后流過燃油分配管，燃油分配管上裝有噴油器，在這里燃油被均勻的分配到各個噴油器。在有回油管的系統(tǒng)中還有壓力調(diào)節(jié)器。 燃油分配管的尺寸經(jīng)過精心設(shè)計，以防止由于噴油器的開關(guān)引起諧振造成局部的油壓波動。這就避免了在負(fù)荷或轉(zhuǎn)速變化的過渡工況時噴入不規(guī)則數(shù)量的燃油。 視不同車型的特殊需要，燃油分配管可采用鋼制、鋁制或塑料材料制造。同時燃油分配管也可集成一個測試閥，供檢修時卸壓以及測試之用。,燃油系統(tǒng),3）燃油濾清

14、器 燃油雜質(zhì)造成的污染會影響油壓調(diào)節(jié)器與噴油器的工作。 因此有必要在油泵的下游安裝一個燃油濾清器。 濾清器中含有紙制的濾芯，濾芯上帶有許多平均直徑僅10m的微孔。,燃油系統(tǒng),4）油壓調(diào)節(jié)器 噴油量由噴油脈寬和燃油分配管與進(jìn)氣歧管的壓差決定。 有回油管的系統(tǒng)由油壓調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)維持燃油系統(tǒng)與進(jìn)氣歧管的壓差恒定。,燃油系統(tǒng),5）油壓衰減器 噴油器的循環(huán)工作與正排量燃油泵的周期性燃油卸壓特性都會引發(fā)燃油系統(tǒng)內(nèi)的壓力波。在惡劣的環(huán)境條件下，電動油泵、油路以及燃油分配管的支架會將這種壓力波動傳遞給油箱和車身。 通過使用特別設(shè)計的支架和油壓衰減器可以抑制這些噪聲源。油壓衰減器的設(shè)計與油壓調(diào)節(jié)器類似，由一個有彈

15、簧預(yù)設(shè)力壓住的膜片將燃油腔與空氣腔分割開。,燃油系統(tǒng),6）電磁噴油器 當(dāng)電磁線圈中沒有電流通過時，由于彈簧力與燃油壓力的共同作用，閥針被壓向閥座，從而將燃油供應(yīng)系統(tǒng)與進(jìn)氣歧管隔斷。 當(dāng)電磁線圈通電時，線圈周圍產(chǎn)生磁場，從而提升銜鐵，閥針離開閥座，燃油便通過噴油器噴出。 電磁噴油器的結(jié)構(gòu)可參考下圖。,燃油系統(tǒng),燃油系統(tǒng),電磁噴油器的結(jié)構(gòu)示意圖：,燃油噴射 為滿足汽車平穩(wěn)運行和低排放的嚴(yán)格要求，每一個工作循環(huán)都需要提供完全精確的混合氣配制。 噴射的燃油量必須精確計量以匹配吸入的空氣量。如今，準(zhǔn)確的噴油正時也變得越來越重要，因此，ME7系統(tǒng)采用的是多點燃油噴射，即每個氣缸都配有一個電磁噴油器。 噴油

16、器由ECU控制，可在準(zhǔn)確的時間點將精確的燃油量直接噴向氣缸進(jìn)氣門附近，這樣大大避免了噴出燃油沿進(jìn)氣管壁的凝結(jié)。因為這種凝結(jié)將導(dǎo)致所需混合氣空燃比的偏離。 此外，對于多點燃油噴射系統(tǒng)來說，因為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管只通過供燃燒的空氣，所以可以優(yōu)化其形狀和尺寸來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的動態(tài)增壓。,燃油系統(tǒng),燃油系統(tǒng),多點燃油噴射示意圖如下：,燃油系統(tǒng),混合氣配制 可以采用各種不同的燃油調(diào)節(jié)方法來實現(xiàn)有效的燃油霧化，最大程度保證空燃混合氣的均勻性，同時使在進(jìn)氣管壁凝結(jié)程度最小。 燃油霧化模式取決于噴油器出口端的幾何形狀、角度以及油滴的尺寸。 對特定的氣缸頭與進(jìn)氣歧管幾何形狀而言，采用的噴油器應(yīng)有所不同。,點火系統(tǒng),點火

17、系統(tǒng)的首要任務(wù)是保證在規(guī)定時間內(nèi)點燃混合氣。為此，點火系統(tǒng)必須嚴(yán)格控制點火正時，同時也要確?；鸹ㄈ軌蜥尫抛銐虻哪芰奎c燃混合氣。 右圖給出的是一典型的點火線圈。,點火系統(tǒng),點火系統(tǒng),點火系統(tǒng)主要由點火電子驅(qū)動電路、點火線圈、火花塞和高壓導(dǎo)線等組成。 中央電控單元根據(jù)曲軸位置傳感器和轉(zhuǎn)速、水溫、電壓等信號計算出點火時刻和通電時間，并將此計算結(jié)果送至點火電子驅(qū)動電路。 由點火電子組件控制點火線圈的初級電路的接通和斷開。 點火線圈形式參見右圖。,點火電路 點火電路產(chǎn)生點火所需的高壓，然后在準(zhǔn)確的時刻供給相應(yīng)的火花塞。 點火線圈 點火線圈在閉合時儲存能量，在斷開時產(chǎn)生高壓，通過火花塞放電生成火花。,點

18、火系統(tǒng),電控單元ECU是發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的“處理與控制中心”。它采用預(yù)先存儲的功能或算法(處理程序) 對由傳感器送來的信號進(jìn)行處理，并以這些傳感器信號為基礎(chǔ)計算得到控制信號，并通過驅(qū)動級直接將控制信號送往相應(yīng)的執(zhí)行器(例如點火線圈和噴油嘴)實施控制。 ME7發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的電控單元采用的是專門為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)而設(shè)計定義的16位高性能微處理器，此外還為微處理器配有閃存（Flash Memory）可方便地實現(xiàn)程序和匹配數(shù)據(jù)的更新。,電控單元,電控單元（ECU）,主要結(jié)構(gòu)：,電控單元（ECU）,物理設(shè)計 電控單元（Electric Control Unit,簡稱ECU）是由金屬外殼與敷有電子元器件的印

19、刷電路板構(gòu)成。 具有混合電路的緊湊型ECU可以直接安裝在發(fā)動機(jī)上，獨特的設(shè)計使它能抵抗較高的熱應(yīng)力。 通過一個多引腳的線束插頭將ECU與各傳感器和執(zhí)行器、當(dāng)然還有電源相連。這種接頭的引腳數(shù)目取決于ECU所包含的相應(yīng)功能的多少。在ME-Motronic系統(tǒng)中，接頭引腳不會少于100個。 在PCB板的輸出功放電路下方（反面）有層金屬底板，利用穿孔連接來實現(xiàn)向金屬底板下表面的熱傳遞,并從那兒把輸出放大電路所產(chǎn)生的熱量通過“熱橋”傳遞給金屬外殼。,電控單元（ECU）,ECU必須承受一些極端的考驗，比如溫度、濕度和物理應(yīng)力，并抵抗所導(dǎo)入的電磁干擾，抑制向外發(fā)射的高頻電磁靜電噪聲。 正常運行狀態(tài)下，ECU

20、應(yīng)能實現(xiàn)在實際工作環(huán)境溫度和正常電源電壓下正確無誤地進(jìn)行信號處理。,電源 電壓調(diào)節(jié)器為ECU提供數(shù)字電路所需的5V恒定工作電壓。,電控單元（ECU）,信號輸入 傳感器信號首先經(jīng)過保護(hù)電路，再經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器和放大器進(jìn)入ECU，主要類型如下： - 模擬信號 ECU內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)負(fù)責(zé)把模擬信號(例如加速踏板位置、空氣流量、發(fā)動機(jī)溫度、電源電壓比等信息)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 - 數(shù)字輸入信號 例如空調(diào)、換檔選擇手柄等的開關(guān)信號，以及來自霍爾傳感器的轉(zhuǎn)速脈沖可以直接供微處理器處理。,電控單元（ECU）, 由感應(yīng)式傳感器送來的脈沖輸入信號提供了諸如車速、曲軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角等信息。它們由特殊電路進(jìn)行

21、處理，并被轉(zhuǎn)換成方波信號。 根據(jù)系統(tǒng)集成度的不同，對原始信號的處理可以部分或完全由傳感器自身來完成。通過數(shù)據(jù)總線（CAN）傳遞的信息不需要進(jìn)行預(yù)處理。,電控單元（ECU）,信號處理 輸入信號由在ECU內(nèi)部的微處理器進(jìn)行處理。 為使系統(tǒng)能正常運作，必須為微處理器配備已固化在非易失性存儲器(ROM或EPROM或Flash Memory)中的信號處理程序。這些存儲器中還包含用來指導(dǎo)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)工作的特定曲線和MAP圖（數(shù)據(jù)）。 為適應(yīng)不同的發(fā)動機(jī)和車輛對各自不同數(shù)據(jù)范圍的需要，ECU直到生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)才進(jìn)行程序?qū)懭耄ó?dāng)然在這一過程里沒有必要打開ECU）。這樣就可減少應(yīng)任何一家汽車廠商的特

22、殊要求而專門生產(chǎn)的ECU的類型。,電控單元（ECU）,可讀/寫的隨機(jī)存儲器(Random Memory，簡稱RAM)用來存儲計算結(jié)果和調(diào)節(jié)參數(shù)，以及由診斷所得出的系統(tǒng)故障信息。 RAM必須要有不間斷的供電，一旦斷開與汽車電瓶的連接，所有的數(shù)據(jù)都將消失；恢復(fù)電瓶供電后，ECU必須重新計算適應(yīng)因子。 為解決這一問題，有些ECU單元則將所需要的變量存儲在EEPROM(非易失性存儲器)中備用。,電控單元（ECU）,信號輸出 由微處理器控制的輸出驅(qū)動電路提供足夠的功率輸出直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些驅(qū)動電路有一整套保護(hù)電路，以防止因?qū)Φ囟搪?、電源電壓波動和電器過載等造成損壞。 OBD診斷功能能夠檢查出驅(qū)動級的

23、各種故障，并相應(yīng)地在必要時抑制該路輸出。故障入口程序也保存在RAM中，維修工程師就可用診斷儀與其串口相連，獲取相應(yīng)的故障信息。 點火關(guān)閉中斷電源供應(yīng)時，有些ECU會依靠一套保持電路維持主繼電器開啟，直到完成程序處理。,電控單元（ECU）,ME7系統(tǒng)的主要控制策略,如綜述中所述，ME7系統(tǒng)除了M1，M3系列所具有的閉環(huán)控制，怠速閉環(huán)控制，爆震控制之外，還在于ME7的控制系統(tǒng)是基于扭矩控制這個平臺的，下面將對以下ME7系統(tǒng)的主要計算、控制策略進(jìn)行論述：,基于扭矩控制的理論,氣缸進(jìn)氣量的計算,點火正時的計算和控制,噴油計算和控制,對不同運行工況的處理,怠速閉環(huán)控制,爆震控制,的閉環(huán)控制,蒸發(fā)排放控制

24、控制,增壓控制,安全保護(hù),駕駛性能改善,發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的首要任務(wù)是將駕駛指令反映到發(fā)動機(jī)的功率和扭矩輸出上。不論是在恒速前進(jìn)還是加速前進(jìn)，駕駛員都需要發(fā)動機(jī)輸出扭矩克服前進(jìn)中的阻力。 此外，系統(tǒng)內(nèi)許多功能子系統(tǒng)（如怠速控制和轉(zhuǎn)速調(diào)速等）參與對行駛伺服機(jī)構(gòu)（如電子牽引力控制，自動變速箱）和通常的汽車附屬功能（如空調(diào)等）的控制，并將這些設(shè)備對發(fā)動機(jī)功率輸出調(diào)整要求告訴Motronic系統(tǒng)。例如，在啟動空調(diào)壓縮機(jī)時，空調(diào)控制系統(tǒng)就會向ECU請求增加輸出功率。 早期發(fā)動機(jī)運行時，作為控制參數(shù)的氣缸充氣量、燃油質(zhì)量和點火正時都被認(rèn)為是控制指令而直接執(zhí)行，當(dāng)各種可能互相矛盾的需求同時出現(xiàn)時，彼此之間沒有協(xié)

25、調(diào)。,基于扭矩控制的理論,基于扭矩控制的理論,采用基于扭矩控制策略的ME7系統(tǒng)則前進(jìn)了一步，它首先對各部件的要求進(jìn)行優(yōu)先級判斷和協(xié)調(diào)，然后再利用得出的控制參數(shù)去實現(xiàn)指定扭矩的輸出。 這種協(xié)調(diào)控制的策略能確保發(fā)動機(jī)在各個工況下實現(xiàn)排放和耗油的優(yōu)化。 此外，采用基于扭矩的控制策略，就能比較方便地做到：根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)和客戶使用要求，將眾多的不同控制功能集成到不同型號的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)中，供用戶自由選擇。也就是說，從而使ME7型發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)具有更好的移植性。,基于扭矩控制的理論,基于扭矩控制的理論,發(fā)動機(jī)的扭矩計算 燃燒過程產(chǎn)生的內(nèi)部扭矩是基于扭矩控制的ME-Motronic系統(tǒng)的基本參數(shù)。 發(fā)動機(jī)

26、的實際輸出扭矩還要從中扣除摩擦、泵氣損失、驅(qū)動輔助器件（水泵、交流發(fā)電機(jī)等）和傳動裝置所消耗的能量。 基于扭矩控制的最終目的是能夠選擇最精確的發(fā)動機(jī)參數(shù)以精確地響應(yīng)駕駛指令，同時還要補(bǔ)償損失以及滿足給其他輔助部件供能的需要。,基于扭矩控制的理論,實際輸出扭矩的調(diào)節(jié) ME-Motronic系統(tǒng)在扭矩生成的時候采用兩種方法調(diào)節(jié)輸出扭矩： 一種是控制電子節(jié)氣門（ETC）改變進(jìn)氣量，這是一種逐漸緩慢過渡的方法，另外一種是采用調(diào)節(jié)點火正時或關(guān)閉某個氣缸噴油的快速響應(yīng)方式。 采用緩慢過渡的方法實際上就是控制進(jìn)氣量的方法，主要負(fù)責(zé)穩(wěn)態(tài)運行；而快速響應(yīng)的方式（調(diào)節(jié)點火正時）可以在扭矩生成時對動力變化非常迅速地

27、響應(yīng)。 具體調(diào)節(jié)過程可參照下圖。,基于扭矩控制的理論,基于扭矩控制的理論,進(jìn)氣閥門關(guān)閉的時候氣缸內(nèi)的空氣質(zhì)量稱為進(jìn)氣量。 還有一種和活塞位移無關(guān)的相對空氣量，它是當(dāng)前進(jìn)氣量和在標(biāo)準(zhǔn)條件下（P0 = 1.013kPa，T0 = 273K）氣缸所能容納的空氣質(zhì)量的比值。 在計算噴油量的時候，必須要知道相對空氣量。它對于今天的火花塞式發(fā)動機(jī)來說是一個影響功率輸出的基本參數(shù)。,氣缸進(jìn)氣量的計算,氣缸進(jìn)氣量的計算,由于還沒有直接測量進(jìn)氣量的方法，因此必須利用現(xiàn)有的傳感器測量數(shù)據(jù)在仿真模型的基礎(chǔ)上計算出相對空氣量。 進(jìn)氣仿真模型應(yīng)滿足以下要求： - 精確地確定在不同運行條件下的進(jìn)氣量 （包括在動力增壓、可

28、選流程進(jìn)氣歧管、可變閥門正時等）； - 能夠?qū)Σ捎肊GR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)的排氣成分準(zhǔn)確反映； - 對任何設(shè)定進(jìn)氣量，都能夠計算出對應(yīng)節(jié)氣門開度的控制參數(shù)。,氣缸進(jìn)氣量的計算,考慮到可以利用氣體流過閥門（這里是節(jié)氣門）所遵循的方程，進(jìn)氣歧管仿真模型可以用來計算進(jìn)入氣缸的空氣量。 這時主要影響參數(shù)是緊挨著節(jié)氣門的前方空氣壓力、流過節(jié)氣門所造成的壓降以及節(jié)氣門的實際通流面積，所有這些參數(shù)都用進(jìn)氣歧管仿真模型計算得到。 其它一些只和節(jié)氣門相關(guān)的特定參數(shù)，如氣流經(jīng)過節(jié)氣門時的摩擦損失，則必須是在建立試驗測量的基礎(chǔ)上定量給出。 計算出來的節(jié)氣門開度將以指令參數(shù)的形式傳送給節(jié)氣門的開度控制元件。,氣缸進(jìn)氣

29、量的計算,1）噴油持續(xù)時間的計算 要實現(xiàn)理論空燃比，氣缸充氣量是計算噴油量的基礎(chǔ)。同時結(jié)合與噴油器設(shè)計有關(guān)的固定常量來計算噴油持續(xù)時間。 噴油持續(xù)時間也要受到噴油供油壓力和噴油背壓之間差值的影響。標(biāo)準(zhǔn)的噴油供油壓力是300KPa（3bar）。 2）噴油正時 為了保證燃燒質(zhì)量，在精確定量噴油量的同時還要有正確的噴油正時。,噴油計算與控制,噴油計算與控制,噴油計算與控制,噴油時間的計算：,點火系統(tǒng)的目的是提供足夠的能量保證燃?xì)庠谇‘?dāng)?shù)臅r候完全燃燒。該能量來源于線圈閉合期間提供給初級線圈的能量。 閉合結(jié)束的時間通常和點火時刻一致。ECU根據(jù)給點火線圈充電的需要確定閉合角的大小。 ME-Motroni

30、c的無分電式點火系統(tǒng)在線圈閉合開始時給線圈充電，斷開時激發(fā)點火。,點火正時的計算與控制,點火正時的計算與控制,點火正時的計算與控制,點火正時的計算,可用不同的扭矩輸出和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來區(qū)分發(fā)動機(jī)的不同運行工況。 右圖顯示了發(fā)動機(jī)運行的不同工況范圍對應(yīng)的扭矩和轉(zhuǎn)速范圍。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,對不同運行工況的處理,轉(zhuǎn)速與負(fù)荷快速變化的過渡工況尤其重要，因為這些工況對混合氣形成狀況有特殊要求（例如這時將出現(xiàn)進(jìn)氣歧管壁上油膜的凝結(jié)和氣化現(xiàn)象）。 另一個重要的環(huán)節(jié)是起動階段和隨后的暖機(jī)過程，這個過程將持續(xù)到發(fā)動機(jī)和排氣系統(tǒng)的溫度升高到正常工作水平。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,起動 在起動過

31、程中，進(jìn)氣量、噴油量和點火時間根據(jù)專門的計算結(jié)果來調(diào)整。 起動后工況 起動后工況(緊接在起動過程結(jié)束之后)的混合氣仍然較濃，但相比起動初始時已減少噴油量和進(jìn)氣量。 點火提前角也作相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)修正后的噴油量和不同的運行工況的需要。 直到平穩(wěn)過渡到暖機(jī)工況后，起動后工況結(jié)束。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,暖機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器加熱 當(dāng)發(fā)動機(jī)在冷車狀態(tài)下起動后，需要調(diào)整氣缸進(jìn)氣、噴油和點火以滿足發(fā)動機(jī)輸出更大扭矩的要求。這個過程一直持續(xù)到升高至合適的溫度為止。 在這個過程中首要的事情是快速加熱催化凈化器，使催化凈化器迅速轉(zhuǎn)換到工作狀態(tài)以大幅度降低排放。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,使用這種方法

32、時，發(fā)動機(jī)工作在高濃混合氣下(0.6)，以增加排氣中一氧化碳和碳?xì)涞暮?，相?yīng)地這時發(fā)動機(jī)效率會降低。 新鮮的空氣(二次空氣并不參與缸內(nèi)燃燒過程)被直接引入到排氣閥下游以支持CO和HC的氧化。由此產(chǎn)生的加熱能量進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器，使它在最短的延遲時間達(dá)到工作溫度。 一個電動真空泵從空氣濾清器室或一個特制的粗濾器中獲得二次空氣。這些空氣再通過一個卸放閥進(jìn)入排氣系統(tǒng)，同時有一個單向閥用來防止灼熱的排氣倒流回二次空氣系統(tǒng)。,二次空氣,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,系統(tǒng)以一個指定的間隔去驅(qū)動二次空氣泵和空氣閥門，并由一個寬帶的氧傳感器來精確判斷二次空氣泵的工作情況。這個過程產(chǎn)生足夠的熱量供遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)位置

33、的催化凈化器使用。 下圖分別顯示了有/無二次空氣噴射時，發(fā)動機(jī)在排放測試時最初一段時間內(nèi)的HC和CO排放曲線。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,怠速工況 在怠速時，發(fā)動機(jī)沒有扭矩輸出，燃燒過程產(chǎn)生的能量被用來維持發(fā)動機(jī)本身的運轉(zhuǎn)和驅(qū)動附屬設(shè)備。在這種工況下，維持運轉(zhuǎn)所需要的扭矩和怠速轉(zhuǎn)速一起決定了油耗。 在交通嚴(yán)重?fù)矶聲r，車輛很多油耗就是在這種工況下發(fā)生的，它被用來克服怠速時最低水平的摩擦損耗，并由此決定了低怠速的轉(zhuǎn)速。 ME-Motronic的閉環(huán)怠速控制能保證在設(shè)定的怠速狀態(tài)下穩(wěn)定、可靠地工作，而與其他條件的變化無關(guān)。 這些變化則可能是由于多種因素，諸如電氣系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)、自動變速箱齒輪

34、嚙合、助力轉(zhuǎn)向等引起的電流波動等而導(dǎo)致的。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,WOT(滿負(fù)荷) 在節(jié)氣門全開(WOT)時沒有節(jié)氣損失，發(fā)動機(jī)在任何給定的轉(zhuǎn)速下均可發(fā)出最大潛能的功率。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,過度工況 1）加速/減速 一部分噴入進(jìn)氣道的燃油并未及時到達(dá)氣缸參加隨后的燃燒。相反，在進(jìn)氣歧管壁上生成了一層油膜。在大負(fù)荷和噴油量增加的情況下，這層油膜所含有的燃油迅速增加。 當(dāng)加速時節(jié)氣門開度增大，一部分噴射的燃油被這層油膜吸收，因此相應(yīng)地必須噴射額外數(shù)量的燃油以彌補(bǔ)這部分損失，防止加速時混合氣變稀。 同樣，因為一旦負(fù)荷下降，管壁上油膜中含有的額外燃油將重新氣化，所以減速時噴油量

35、必須相應(yīng)地降低。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,下圖展示了噴油和節(jié)氣門開度之間的響應(yīng)曲線。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,2）飛車倒拖斷油/恢復(fù)供油 當(dāng)高轉(zhuǎn)速飛車，或者處于拖動時的節(jié)制狀態(tài)，發(fā)動機(jī)提供給飛輪的能量會變?yōu)樨?fù)值。在這些情況下，發(fā)動機(jī)的摩擦和空氣阻力都能使車輛減速；而噴油或不噴油，發(fā)動機(jī)都能持續(xù)運轉(zhuǎn)。 對于被動的、無噴油的倒拖工況，噴油須被抑制以減少燃油消耗和排放。 ME-Motronic基于扭矩的控制能對噴油脈寬施加一個可調(diào)的抑制作用，通過逐漸地而非突然地減少特定的輸出量，來防止在過渡到倒拖工況時發(fā)生扭矩跳變。 當(dāng)轉(zhuǎn)速降到高于怠速轉(zhuǎn)速的某個特定的值時，噴油重新開始。在噴油重新開

36、始的過程中，基于扭矩的控制功能控制著扭矩緩慢地增長，以確保發(fā)動機(jī)扭矩的建立平穩(wěn)進(jìn)行(平滑過渡)。,ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理,目的 怠速期間，發(fā)動機(jī)并不在飛輪端輸出扭矩，為了在盡可能低的轉(zhuǎn)速下維持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，怠速閉環(huán)控制系統(tǒng)必須要努力維持扭矩輸出和發(fā)動機(jī)自身耗能的平衡。 在怠速期間，發(fā)動機(jī)提供能量是必要的，因為這可以滿足眾多部件耗能的需要，這可能包括發(fā)動機(jī)曲軸的內(nèi)部摩擦，氣閥伺服機(jī)構(gòu)以及諸如冷卻水泵之類的輔助設(shè)備。,怠速閉環(huán)控制,怠速閉環(huán)控制,發(fā)動機(jī)的內(nèi)部摩擦損失將由于溫度的波動而產(chǎn)生各種變化。此外，在整個發(fā)動機(jī)的服務(wù)壽命期間，盡管摩擦損失變化很慢，但是還是始終在改變。 發(fā)動機(jī)所承擔(dān)的負(fù)荷

37、也可能由于一些外部輔助設(shè)備（如空調(diào)壓縮機(jī)）的起動和關(guān)閉而在一個較大的范圍內(nèi)變化。 由于采用的是更小質(zhì)量的往復(fù)運動部件和飛輪以及更大容量的進(jìn)氣歧管，因此現(xiàn)代發(fā)動機(jī)對負(fù)荷的變化特別敏感。,怠速閉環(huán)控制,運行理念 ME7這種基于扭矩控制的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)要求怠速閉環(huán)控制能夠定量輸出功率，以確保在任何工況下都能維持怠速工況的穩(wěn)定。 其結(jié)果是使在轉(zhuǎn)速降低的時候增加輸出功率，而在轉(zhuǎn)速升高的時候降低功率輸出。 系統(tǒng)在識別到一些影響因素，如空調(diào)壓縮機(jī)起動或自動變速箱換檔的時候，將會相應(yīng)地增加功率輸出。,怠速閉環(huán)控制,在低溫情況下，由于要克服更大的摩擦損失或維持更高的怠速轉(zhuǎn)速，輸出扭矩必須增大。 將這些輸出功率要

38、求累加起來后，送到扭矩協(xié)調(diào)處理單元，再由它進(jìn)行計算，得出相應(yīng)所需的充氣質(zhì)量、混合氣成分和點火正時。,怠速閉環(huán)控制,利用三元催化凈化器對排氣進(jìn)行后處理是一種有效的降低排氣有害物質(zhì)濃度的方法。 三元催化凈化器可以將碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOX）減少98乃至更多，并將其轉(zhuǎn)換成水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮氣（N2）。,的閉環(huán)控制,的閉環(huán)控制,的閉環(huán)控制,如下圖所示，轉(zhuǎn)換的效率取決于發(fā)動機(jī)空燃比是否在1的附近很小范圍內(nèi)。,雙態(tài)型傳感器的閉環(huán)控制 1）控制范圍 為了有效地同時處理排氣中典型的有害物質(zhì)，調(diào)節(jié)必須極為嚴(yán)格地限制在能同時對三種有害物質(zhì)有效轉(zhuǎn)化的范圍內(nèi)。 閉環(huán)控

39、制要求保證發(fā)動機(jī)運行在=0.991內(nèi)。ME7系統(tǒng)在計算噴油時間的時候利用了這個來自氧傳感器的信號。 右圖展示了閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)原理。,的閉環(huán)控制,2）控制過程 閉環(huán)控制只有等到氧傳感器能夠完全工作時才起作用。事實上,有一個輔助電路負(fù)責(zé)始終不停地監(jiān)測氧傳感器的工作狀況。 當(dāng)氧傳感器過冷或已損壞（短路或開路）時，它發(fā)出的信號是不真實的，會被ECU拒絕。 依據(jù)各自設(shè)計和安裝位置的不同，現(xiàn)在的加熱型傳感器在絕大多數(shù)系統(tǒng)中的啟動反應(yīng)時間在15秒到30秒之間。 為了平滑地運行，冷的發(fā)動機(jī)需要較濃的混合氣（1），這也是為什么只有當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá)到一定溫度后，才能啟動的閉環(huán)控制的原因。,的閉環(huán)控制,一旦啟動閉環(huán)控制，

40、ECU將利用一個比較器將傳感器信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的形式。 的閉環(huán)控制通過修正一系列的控制變量來響應(yīng)氧傳感器送來的信號(1，混合氣稀1，混合氣濃)，并以此產(chǎn)生控制因子，該控制因子被用作修正噴油時間的相乘因子。 噴油時間被調(diào)整(延長或縮短)，而控制因子的響應(yīng)則設(shè)置成一種穩(wěn)定的振蕩狀態(tài)。,的閉環(huán)控制,對于采用雙態(tài)型傳感器的系統(tǒng)來說，以1為中心持續(xù)不斷地作振蕩性調(diào)整是獲得最優(yōu)控制的唯一方法。 閉環(huán)控制的精度取決于為了抵銷空氣過量系數(shù)變化而對控制因子進(jìn)行調(diào)整的速度。 由于當(dāng)燃料不斷地進(jìn)入燃燒室的時候，氧傳感器還安裝在排氣管后面，這樣就必然造成從空氣變化到控制電路響應(yīng)之間存在著滯后，這個滯后時間的長短取決于

41、發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速。,的閉環(huán)控制,的閉環(huán)控制,只有等過了這段時間之后，才能確定如何調(diào)節(jié)混合氣成分，這樣，在控制因子的循環(huán)性的變化中必然會存在一個最小周期。 此外，信號的處理時間和傳感器的響應(yīng)延遲又進(jìn)一步地加劇了這段滯后時間。 盡管振蕩周期的長短由氣體的傳送速度決定，但是在整個發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，即使氣體傳送速度有變化，這種傾斜變化的控制因子振蕩的幅度基本為常數(shù)。 在混合氣成分調(diào)整過程中，控制因子的階躍式的變化加快了控制速度，從而有可能縮短振蕩周期。,3）的變化 由于傳感器的響應(yīng)模式取決于當(dāng)前混合氣是由稀變到濃還是由濃變到稀，因此采用對稱的控制方法將會得到略微稀的混合氣。 由于只有在0.9

42、91的范圍內(nèi)，三元催化器的效率才是最高的，因此必須采用一種非對稱的控制方法使得混合氣的成分處于最優(yōu)轉(zhuǎn)化范圍。,的閉環(huán)控制,4）自適應(yīng)的閉環(huán)預(yù)置控制 閉環(huán)控制系統(tǒng)總是在基于先前的氧傳感器測量信號來修正隨后的噴油，因此，不可避免地要考慮氣體傳送的時間。 采用這種主動適應(yīng)性差的控制方法來獲得新的運行點將會導(dǎo)致偏離1的位置，并且這種情況還會持續(xù)下去，直到系統(tǒng)的循環(huán)性控制重新建立平衡為止。 針對這種情況，為了符合排放要求，需要采用一種特殊的缺省預(yù)置控制的方式。 這種預(yù)置控制是在發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)匹配的時候完成編程的，對應(yīng)的控制MAP圖儲存在程序存儲區(qū)中。 當(dāng)然，考慮到車輛運行壽命期間的變化和燃油質(zhì)量

43、、密度等的影響，還需要對這些缺省值進(jìn)行修正。,的閉環(huán)控制,當(dāng)發(fā)動機(jī)運行在一特定的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍時，若控制單元一直采用的是一套固定的修正措施，那么的自適應(yīng)單元將記錄這些修正，把它們存到非暫存的存儲區(qū)中（RAM或穩(wěn)定電流供電的EEPROM）。 然后，修正后的預(yù)置控制又立即開始準(zhǔn)備緊接著的下一個控制循環(huán)，預(yù)設(shè)占空比，直到閉環(huán)控制有效為止。 若非暫存的存儲區(qū)出現(xiàn)電源中斷，的自適應(yīng)學(xué)習(xí)功能將用一個未修正的預(yù)置值重新開始自適應(yīng)學(xué)習(xí)。,的閉環(huán)控制,5）雙氧傳感器的閉環(huán)控制 將一個氧傳感器安裝在三元催化器的尾部（催化器后方）可以減輕廢氣對其的污染和熱應(yīng)力影響。 這種類型的輔助傳感器可以產(chǎn)生第二個與主氧傳感器（

44、安裝在催化器前，靠近發(fā)動機(jī)方向）生成信號相重疊并增強(qiáng)它的信號，從而確?；旌蠚獬煞衷诟L一段時間內(nèi)穩(wěn)定。 基于單個主氧傳感器的閉環(huán)控制的振蕩模式具有非對稱性，采用雙重控制系統(tǒng)將修正此不對稱性，從而對的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。 如果控制策略是基于催化器尾部的氧傳感器的測量，這樣就會造成氣體傳輸時間的加長，進(jìn)而導(dǎo)致控制延遲的增加。 催化器尾部傳感器不僅可以幫助控制系統(tǒng)在更長的時間內(nèi)維持混合氣成分的穩(wěn)定，還可以用作評價三元催化器效率的工具。,的閉環(huán)控制,寬帶氧傳感器的閉環(huán)控制 雙態(tài)氧傳感器電壓階躍變化的方式只能描述混合氣的兩種狀態(tài)：稀和濃。而寬帶氧傳感器可以用連續(xù)信號的形式監(jiān)測出混合氣偏離1時的情況。 換句話說

45、，寬帶傳感器使基于連續(xù)信號而不是雙態(tài)信號的控制策略成為可能。 采用此策略的優(yōu)點在于： 定量地給出測量出來的混合氣成分和指定混合氣成分之間的差距, 從而更好地響應(yīng)動力變化； 可以把的調(diào)節(jié)設(shè)定值設(shè)定在不等于1的任何值。 對于利用稀混合氣來進(jìn)行省油的策略，第二條優(yōu)點極為重要。,的閉環(huán)控制,1）燃油蒸汽來源 油箱內(nèi)燃料受到下列方式加熱： 外圍部件的熱輻射 來自燃油系統(tǒng)回油管的溢出燃油，該燃油已經(jīng)在流過發(fā)動機(jī)的時候 被加熱。 油箱受熱將導(dǎo)致碳?xì)浠衔镏饕哉羝男问綇挠拖鋼]發(fā)出去。,蒸發(fā)排放控制,蒸發(fā)排放控制,2）對碳?xì)浠衔飺]發(fā)的限制 法律強(qiáng)制要求碳?xì)浠衔锏膿]發(fā)必須在一定限度范圍內(nèi)。 蒸發(fā)排放控制系

46、統(tǒng)配備了一個安裝在油箱通氣導(dǎo)管尾部的利用活性炭過濾的炭罐，利用該控制系統(tǒng)實現(xiàn)碳?xì)浠衔飺]發(fā)的限制。,蒸發(fā)排放控制,炭罐內(nèi)的活性炭吸附燃油蒸汽，只允許空氣進(jìn)入大氣，同時也起到了油箱釋壓的作用。為了保證炭罐內(nèi)的活性炭的再生，在炭罐內(nèi)還有一根管子和進(jìn)氣管相通。 發(fā)動機(jī)一運行就要在進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生真空度，就要形成吸氣氣流；當(dāng)空氣經(jīng)過活性炭進(jìn)入進(jìn)氣歧管時，氣流將帶走吸附在活性炭上的油蒸汽，并將它們帶到發(fā)動機(jī)燒掉 在連接炭罐和進(jìn)氣歧管之間的管子上有一個閥門炭罐閥，該閥門用于控制清洗炭罐閥的氣流。,蒸發(fā)排放控制,活性炭再生（清洗）氣流 活性炭再生氣流是組成成分未知的油氣混合氣，它不僅含有新鮮空氣，還有從活性炭

47、吸取的高濃度燃油蒸汽，因而是影響閉環(huán)控制的主要因素。 再生氣流的流量要占整個進(jìn)氣流量的1，若其完全是新鮮混合氣，那么進(jìn)氣濃度將降低1。 若其含有豐富的油氣，那么以理論空燃比14.7計算的話，它將使進(jìn)氣濃度升高30。 此外，氣流中的油氣密度是空氣的兩倍。,蒸發(fā)排放控制,炭罐閥 炭罐閥在保證的波動為最小值的同時還要確保炭罐精確的通氣量。 炭罐閥結(jié)構(gòu)示意圖如右圖所示。,蒸發(fā)排放控制,ECU相關(guān)的控制功能 為了保證混合氣適應(yīng)過程能在不受到炭罐清洗氣流干擾的情況下進(jìn)行，ECU以一定有規(guī)律的時間間隔關(guān)閉炭罐吸氣閥。 當(dāng)需產(chǎn)生清洗氣流的時候，ECU將根據(jù)當(dāng)前的瞬時工況向炭罐閥發(fā)出控制信號，打開炭罐閥從而獲得

48、最優(yōu)的氣流流量。 由上一次再生循環(huán)的情況決定了一定的氣態(tài)的“燃油負(fù)荷”，進(jìn)而被隨后的清洗氣流吸入。同時，系統(tǒng)將根據(jù)清洗氣流可能吸入的燃油量縮短噴油時間。 由于混合氣成分的自適應(yīng)過程是一個相對獨立的過程，因而系統(tǒng)會將的變化視為燃油負(fù)荷變化的結(jié)果，進(jìn)而采取正確措施對的初始設(shè)定進(jìn)行修正。,蒸發(fā)排放控制,對于這種“對負(fù)荷敏感”的炭罐清洗氣流控制方式，ME-Motronic采用的是類似進(jìn)氣歧管模型之類的參數(shù)，例如管子的內(nèi)部壓力和溫度等。這樣有利于炭罐清洗氣流的精確計算。 根據(jù)設(shè)計，系統(tǒng)具備了可由炭罐清洗氣流提供多達(dá)40的進(jìn)氣燃油量的能力。 當(dāng)閉環(huán)控制沒有啟動的時候，只允許最少量的炭罐清洗氣流進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)

49、，因為直到進(jìn)入控制前系統(tǒng)無法抑制由于清洗氣流造成的混合氣成分的變化。 為了防止未燃的燃油蒸汽進(jìn)入三元催化器，當(dāng)出現(xiàn)節(jié)氣門全開而燃油供應(yīng)須切斷（飛車斷油）的時候，炭罐吸氣閥必須立即關(guān)閉。,蒸發(fā)排放控制,電子點火控制可以做到根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度和負(fù)荷精確地控制點火正時。盡管有這個精確度，傳統(tǒng)系統(tǒng)在實際運行的時候點火時刻和保證閾值之間還是存在著較大的裕量?？紤]到一些有風(fēng)險的因素如發(fā)動機(jī)的公差、發(fā)動機(jī)的老化、環(huán)境和溫度的影響將會導(dǎo)致爆震的可能性增大，因此這個裕量是必要的。 但是若考慮到這些因素，在設(shè)計發(fā)動機(jī)的時候就會以犧牲耗油率和扭矩輸出為代價來推遲點火提前角，從而避免爆震。 可分別對各缸點火正時進(jìn)

50、行精確控制的ME7系統(tǒng)采用了爆震控制，可以有效地克服這些缺點。,爆震控制,爆震控制,下圖展示了4缸發(fā)動機(jī)爆震控制的過程。,爆震控制,實踐證明，若系統(tǒng)允許采用更高的壓縮比將會在耗油率和扭矩輸出上獲得改進(jìn)。利用爆震控制系統(tǒng)，就沒有必要設(shè)定可能出現(xiàn)惡劣情況的點火提前角。 相反，理想的條件（如發(fā)動機(jī)最大可能的壓縮比、最好的燃油質(zhì)量、最不可能發(fā)生爆燃的氣缸）將作為計算點火提前角的基礎(chǔ)參數(shù)。 這樣就有可能在各種發(fā)動機(jī)和發(fā)動機(jī)的整個使用壽命期間，使各個氣缸工作在接近爆燃的極限值的區(qū)域，從而獲得最優(yōu)的燃燒效率。 要讓該種爆震控制系統(tǒng)工作，首要的先決條件是系統(tǒng)能可靠地探測出任何一個或所有超過指定烈度的爆燃。 這

51、個要求不僅是針對每一個氣缸，還要求在所有的發(fā)動機(jī)運行可能工況內(nèi)都實現(xiàn)這個條件。,爆震控制,利用專門的傳感器可以探測到爆燃，這種傳感器可以感應(yīng)到在固體中傳遞的聲波。 將一個或幾個爆震傳感器安裝在發(fā)動機(jī)的合適位置上，就可以探測到特有的由爆震產(chǎn)生的振蕩信號，爆震傳感器將這些振蕩信號轉(zhuǎn)為合適的電信號，并送到ECU中以進(jìn)行隨后的處理。 ECU通過一個特別的算法可以探測到每一個氣缸每一個燃燒循環(huán)可能出現(xiàn)的初期爆燃現(xiàn)象。 如果確認(rèn)某一缸此時已爆震，將啟動一個特殊的程序來減小該缸點火提前角，倘若爆震的危險又消失了，該缸的提前角又逐漸增大，直到達(dá)到點火提前角預(yù)置值。 爆燃將產(chǎn)生可聽到的爆震聲并造成發(fā)動機(jī)的損壞，

52、利用爆震識別和爆震控制算法可以防止爆燃的的產(chǎn)生。,爆震控制,爆震自適應(yīng)控制 實際上發(fā)動機(jī)運行時，不同氣缸的爆震極限值都是不同的，因此也要相應(yīng)地調(diào)整各個氣缸。 為了在不斷變化的運行工況內(nèi)使預(yù)置的點火正時能夠適應(yīng)各缸不同的爆震極限，就需要為各個氣缸的預(yù)置點火正時儲存不同的偏移量。 這些數(shù)據(jù)可針對不同的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，它們以非易失的程序MAP圖的形式儲存在永久供電的RAM中。 采用這種方法就可能在任何工況、即使是在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷發(fā)生突變的情況下，讓發(fā)動機(jī)以最高效率工作，而不會有發(fā)生可聽到的爆震的危險。 利用爆震控制系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)甚至可以使用低辛烷值的燃油。標(biāo)準(zhǔn)的匹配是假設(shè)發(fā)動機(jī)采用的是高級燃油。也

53、允許使用普通汽油。,爆震控制,如右圖所示，增壓壓力控制是一種氣動控制，它利用一個直接和壓氣機(jī)出口相通的執(zhí)行器廢氣旁通閥來實現(xiàn)。 在滿負(fù)荷時可靠旁通的方法來實現(xiàn)增壓壓力限制。 在低速加速的時候，打開廢氣旁通閥,降低排氣背壓,縮短“增壓滯后”的時間。,增壓控制,增壓控制,低速時加速，還會有明顯的增壓器響應(yīng)延遲（即增壓器滯后)。而采用電子增壓壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)就可以避免這種滯后。 系統(tǒng)可以在部分節(jié)氣門開度時減少噴油的數(shù)量，并控制廢氣旁通閥打開模式，從而實現(xiàn)以下結(jié)果： 發(fā)動機(jī)的背壓損失和壓氣機(jī)的功率輸出均下降； 壓氣機(jī)出口處的溫度和壓力均下降； 流過節(jié)氣閥門的壓降減小。,增壓控制,為了滿足上述要求，首先要求

54、廢氣渦輪增壓器以及它的增壓控制系統(tǒng)必須與發(fā)動機(jī)精確匹配。 與增壓壓力控制相關(guān)的部件和參數(shù)為： 電-氣控制的增壓空氣再循環(huán)閥， 氣動膜有效工作面積、行程以及氣動腔內(nèi)的彈性， 廢氣旁通閥端的截面和閥瓣。,增壓控制,ME-Motronic系統(tǒng)利用電子增壓壓力控制將進(jìn)氣壓力調(diào)整到特定的值。再將該特定增壓壓力轉(zhuǎn)化為對應(yīng)于所期望的最大氣缸充氣量。 而基于扭矩控制的控制單元又將此期望值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的設(shè)置節(jié)氣門開度和控制廢氣旁通閥的占空比信號。這個信號用于調(diào)節(jié)廢氣旁通閥的開度。 根據(jù)當(dāng)前的運行工況由程序MAP得到的調(diào)節(jié)點和實際監(jiān)測得到的增壓壓力值可能存在不同，系統(tǒng)控制電路將對此差別進(jìn)行計算和補(bǔ)償。 控制單元的計

55、算結(jié)果還用于確定最大氣缸充氣量的計算。,增壓控制,對于增壓發(fā)動機(jī)來說，在發(fā)動機(jī)和增壓器之間的排氣溫度不應(yīng)超過某個限值，這就是為什么 Motronic系列的增壓系統(tǒng)毫無例外地是與爆震控制系統(tǒng)一起使用的原因。 因為只有爆震控制系統(tǒng)才能保證發(fā)動機(jī)在整個使用壽命期間都在最大點火提前角下工作。 而這種在所有情況下的最佳點火正時將會產(chǎn)生很低的排氣溫度。 通過影響氣缸的充氣過程，從而抑制增壓壓力波動或者使混合氣的成分更均勻，還能進(jìn)一步降低排氣的溫度。,增壓控制,車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速限制 過高的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速將會導(dǎo)致各動力裝置的損害（如氣閥伺服機(jī)構(gòu)，活塞等）。 轉(zhuǎn)速限制功能避免了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過限定值。 采用車速限制也

56、是必要的，這是因為要考慮到一些特定的設(shè)備或市場要求，如輪胎、汽車懸掛設(shè)備等。,安全保護(hù),安全保護(hù),此外，幾家德國汽車制造商也自愿承諾將他們生產(chǎn)的汽車車速限定在250km/h。 車速限制和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速限制的實現(xiàn)采用的是相同的原理。 一旦超過速度閾值，系統(tǒng)中的控制算法就將降低發(fā)動機(jī)的功率輸出。 對發(fā)動機(jī)功率輸出的限制功能已經(jīng)包含在了基于扭矩控制的ME7系統(tǒng)之中。,安全保護(hù),扭矩和功率限制 為了降低某些動力傳動系統(tǒng)部件（如變速箱）的負(fù)荷，有時也須限制扭矩的輸出。 在基于扭矩控制的ME-Motronic中有針對這種扭矩限制的設(shè)置。 也可以通過控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩來限制發(fā)動機(jī)的最終功率輸出。,安全保護(hù),

57、排氣溫度限制 高的排氣溫度將對排氣系統(tǒng)的各部件造成損害。因此，在ECU中有一個模型用于仿真排氣系統(tǒng)各部件的溫度。 通過安裝一個溫度傳感器可以滿足系統(tǒng)高精度監(jiān)控的要求。 排氣溫度超過一定限值時，會激發(fā)系統(tǒng)的混合氣加濃控制，這時可以因更多的燃油蒸發(fā)吸取熱量而使排氣冷卻。 此外，限制進(jìn)氣量和扭矩也是可供選用的辦法。,安全保護(hù),汽車防盜 為了防止非法使用汽車，ME7系統(tǒng)具備一項功能，該功能保證只有通過一條特殊的控制線釋放ECU自身的管理功能之發(fā)動機(jī)才能啟動。 實際上這個釋放控制是通過一個外部的控制單元傳送的密碼信號實現(xiàn)的。 這個外部控制單元通過分析點火鑰匙上發(fā)送器發(fā)送的信號或密碼鍵盤輸入的密碼來核實用

58、戶的授權(quán)是否合法。,安全保護(hù),傳動系統(tǒng)沖擊力抑制 突然踩壓或釋放加速踏板將導(dǎo)致負(fù)荷產(chǎn)生增減的變化，進(jìn)而將在動力傳動系統(tǒng)上產(chǎn)生晃動。特別是當(dāng)扭矩反向傳送到連接襯套或變速箱的時候，這種搖晃就更加明顯。例如，當(dāng)變速器由閉合轉(zhuǎn)到松開，發(fā)動機(jī)由一個連接齒輪轉(zhuǎn)到另外一個齒輪的時候。,駕駛性能改善,駕駛性能改善,通過控制扭矩上升和下降的幅度可以阻止、至少在強(qiáng)度上可以減輕這種力的傳遞，從而實現(xiàn)更加平滑、溫和的過渡。 為了調(diào)節(jié)飛輪扭矩，也需要對點火正時和氣缸充氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)。,駕駛性能改善,振蕩阻尼功能 發(fā)動機(jī)和它的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是一個質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，這就意味著在發(fā)動機(jī)運行的時候，這個系統(tǒng)就會發(fā)生振蕩。 振蕩阻尼功能塊可以探測出這種振蕩，并且可以通過調(diào)節(jié)各個相位上的扭矩輸出抑制振蕩。 系統(tǒng)振蕩可以通過比較駕駛員要求的轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速之間的差別關(guān)系來確認(rèn)。 通過調(diào)節(jié)點火正時來實現(xiàn)對系統(tǒng)振蕩的干預(yù)。有效地抑制振蕩，就需要在扭矩振蕩周期中相反的相位上改變扭矩輸出。,駕駛性能改善,巡航控制 巡航控