先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)ME7Motronic（已修訂）

1、,先進(jìn)的發(fā)動(dòng)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(gè)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(diǎn)論述。,系統(tǒng)特點(diǎn) 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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn) 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(yùn)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(shí)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(dòng)作，所有這些都為提高整個(gè)汽車的綜合性能奠定了堅(jiān)實(shí)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(gè)部分： -傳感器 負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛運(yùn)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(dòng)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(dòng)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(gè)特定的輸出扭矩，為了獲得這個(gè)對應(yīng)的扭矩，中央電控單元將在采集各類發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)和車輛運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)各個(gè)輸出控制信號，如： - 氣缸進(jìn)氣量 - 噴油量 - 點(diǎn)火正時(shí) 以達(dá)到要求的輸出扭矩，同時(shí)系統(tǒng)將監(jiān)測當(dāng)前運(yùn)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(shí)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(gè)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(dòng)力輸出) - 發(fā)動(dòng)機(jī)閥門正時(shí)可變的凸輪軸控制 (可降低燃油消耗和排放，同時(shí)提高動(dòng)力輸出) - 爆震控制、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制和車速控制(可保護(hù)發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)扭矩的影響上，這經(jīng)常導(dǎo)致同時(shí)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(gè)例子是當(dāng)進(jìn)行換檔時(shí)，Motronic控制單元可操縱自動(dòng)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(dòng)時(shí)，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(dòng)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(gè)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(dòng)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(jì)、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(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)主要通過控制：進(jìn)氣、噴油、點(diǎn)火來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行管理，本章將主要就以下三個(gè)分系統(tǒng)介紹ME7主要的控制系統(tǒng)：,燃油系統(tǒng),點(diǎn)火系統(tǒng),進(jìn)氣系統(tǒng),節(jié)氣門控制 對火花塞式發(fā)動(dòng)

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(dòng)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(jì)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(yùn)動(dòng)，相應(yīng)地轉(zhuǎn)變成節(jié)氣門的動(dòng)作。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷車啟動(dòng)時(shí)，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(shí)，當(dāng)輔助設(shè)備如空調(diào)壓縮機(jī)被打開時(shí)，氣缸也需要吸入更多的空氣來彌補(bǔ)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)機(jī)需求波動(dòng)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(gè)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(gè)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(diǎn)火、噴油和大量輔助功能的發(fā)動(dòng)機(jī)管理ECU集成在一起，而無需

10、為ETC配備一個(gè)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(jì)算出相應(yīng)的節(jié)氣門開度，在根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前運(yùn)行工況作適當(dāng)調(diào)整后，產(chǎn)生一個(gè)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(shí)兩個(gè)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(gè)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(yùn)動(dòng)行程的兩個(gè)電位器，構(gòu)成了整個(gè)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(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(jì)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(dòng)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(shí) - 排氣再循環(huán)(EGR) - 可變進(jìn)氣歧管布置(動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)燃油泵 電動(dòng)燃油泵維持著由油箱而來的連續(xù)不斷的燃油流動(dòng)。

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(gè)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(jì)，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(dòng)。這就避免了在負(fù)荷或轉(zhuǎn)速變化的過渡工況時(shí)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(shí)燃油分配管也可集成一個(gè)測試閥，供檢修時(shí)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(gè)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(dòng)油泵、油路以及燃油分配管的支架會將這種壓力波動(dòng)傳遞給油箱和車身。 通過使用特別設(shè)計(jì)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(jì)與油壓調(diào)節(jié)器類似，由一個(gè)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(shí)，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(shí)，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(yùn)行和低排放的嚴(yán)格要求，每一個(gè)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(jì)量以匹配吸入的空氣量。如今，準(zhǔn)確的噴油正時(shí)也變得越來越重要，因此，ME7系統(tǒng)采用的是多點(diǎn)燃油噴射，即每個(gè)氣缸都配有一個(gè)電磁噴油器。 噴油

16、器由ECU控制，可在準(zhǔn)確的時(shí)間點(diǎn)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?yàn)檫@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(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)來說，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)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(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)增壓。,燃油系統(tǒng),燃油系統(tǒng),多點(diǎn)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(shí)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(shí)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(diǎn)火系統(tǒng),點(diǎn)火

17、系統(tǒng)的首要任務(wù)是保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)點(diǎn)燃混合氣。為此，點(diǎn)火系統(tǒng)必須嚴(yán)格控制點(diǎn)火正時(shí)，同時(shí)也要確?；鸹ㄈ軌蜥尫抛銐虻哪芰奎c(diǎn)燃混合氣。 右圖給出的是一典型的點(diǎn)火線圈。,點(diǎn)火系統(tǒng),點(diǎn)火系統(tǒng),點(diǎn)火系統(tǒng)主要由點(diǎn)火電子驅(qū)動(dòng)電路、點(diǎn)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(jì)算出點(diǎn)火時(shí)刻和通電時(shí)間，并將此計(jì)算結(jié)果送至點(diǎn)火電子驅(qū)動(dòng)電路。 由點(diǎn)火電子組件控制點(diǎn)火線圈的初級電路的接通和斷開。 點(diǎn)火線圈形式參見右圖。,點(diǎn)火電路 點(diǎn)火電路產(chǎn)生點(diǎn)火所需的高壓，然后在準(zhǔn)確的時(shí)刻供給相應(yīng)的火花塞。 點(diǎn)火線圈 點(diǎn)火線圈在閉合時(shí)儲存能量，在斷開時(shí)產(chǎn)生高壓，通過火花塞放電生成火花。,點(diǎn)

18、火系統(tǒng),電控單元ECU是發(fā)動(dòng)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(jì)算得到控制信號，并通過驅(qū)動(dòng)級直接將控制信號送往相應(yīng)的執(zhí)行器(例如點(diǎn)火線圈和噴油嘴)實(shí)施控制。 ME7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的電控單元采用的是專門為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)而設(shè)計(jì)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(shí)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(jì) 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(dòng)機(jī)上，獨(dú)特的設(shè)計(jì)使它能抵抗較高的熱應(yīng)力。 通過一個(gè)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(gè)。 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(shí)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(yàn)，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(yùn)行狀態(tài)下，ECU

20、應(yīng)能實(shí)現(xiàn)在實(shí)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(dòng)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(yùn)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(jì)算適應(yīng)因子。 為解決這一問題，有些ECU單元?jiǎng)t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(dòng)電路提供足夠的功率輸出直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些驅(qū)動(dòng)電路有一整套保護(hù)電路，以防止因?qū)Φ囟搪?、電源電壓波?dòng)和電器過載等造成損壞。 OBD診斷功能能夠檢查出驅(qū)動(dòng)級的

23、各種故障，并相應(yīng)地在必要時(shí)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(diǎn)火關(guān)閉中斷電源供應(yīng)時(shí)，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(gè)平臺的，下面將對以下ME7系統(tǒng)的主要計(jì)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(jì)算,點(diǎn)火正時(shí)的計(jì)算和控制,噴油計(jì)算和控制,對不同運(yùn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)功率輸出調(diào)整要求告訴Motronic系統(tǒng)。例如，在啟動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)時(shí)，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(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，作為控制參數(shù)的氣缸充氣量、燃油質(zhì)量和點(diǎn)火正時(shí)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(shí)出現(xiàn)時(shí)，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(shí)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(dòng)機(jī)在各個(gè)工況下實(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的扭矩計(jì)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(dòng)機(jī)

26、的實(shí)際輸出扭矩還要從中扣除摩擦、泵氣損失、驅(qū)動(dòng)輔助器件（水泵、交流發(fā)電機(jī)等）和傳動(dòng)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(dòng)機(jī)參數(shù)以精確地響應(yīng)駕駛指令，同時(shí)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(shí)際輸出扭矩的調(diào)節(jié) ME-Motronic系統(tǒng)在扭矩生成的時(shí)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(diǎn)火正時(shí)或關(guān)閉某個(gè)氣缸噴油的快速響應(yīng)方式。 采用緩慢過渡的方法實(shí)際上就是控制進(jìn)氣量的方法，主要負(fù)責(zé)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；而快速響應(yīng)的方式（調(diào)節(jié)點(diǎn)火正時(shí)）可以在扭矩生成時(shí)對動(dòng)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(shí)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(jì)算噴油量的時(shí)候，必須要知道相對空氣量。它對于今天的火花塞式發(fā)動(dòng)機(jī)來說是一個(gè)影響功率輸出的基本參數(shù)。,氣缸進(jìn)氣量的計(jì)算,氣缸進(jìn)氣量的計(jì)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(jì)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(yùn)行條件下的進(jìn)氣量 （包括在動(dòng)力增壓、可

28、選流程進(jìn)氣歧管、可變閥門正時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)算進(jìn)入氣缸的空氣量。 這時(shí)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(shí)際通流面積，所有這些參數(shù)都用進(jìn)氣歧管仿真模型計(jì)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(shí)的摩擦損失，則必須是在建立試驗(yàn)測量的基礎(chǔ)上定量給出。 計(jì)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(jì)算,1）噴油持續(xù)時(shí)間的計(jì)算 要實(shí)現(xiàn)理論空燃比，氣缸充氣量是計(jì)算噴油量的基礎(chǔ)。同時(shí)結(jié)合與噴油器設(shè)計(jì)有關(guān)的固定常量來計(jì)算噴油持續(xù)時(shí)間。 噴油持續(xù)時(shí)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(shí) 為了保證燃燒質(zhì)量，在精確定量噴油量的同時(shí)還要有正確的噴油正時(shí)。,噴油計(jì)算與控制,噴油計(jì)算與控制,噴油計(jì)算與控制,噴油時(shí)間的計(jì)算：,點(diǎn)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(shí)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(shí)間通常和點(diǎn)火時(shí)刻一致。ECU根據(jù)給點(diǎn)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(diǎn)火系統(tǒng)在線圈閉合開始時(shí)給線圈充電，斷開時(shí)激發(fā)點(diǎn)火。,點(diǎn)火正時(shí)的計(jì)算與控制,點(diǎn)火正時(shí)的計(jì)算與控制,點(diǎn)火正時(shí)的計(jì)算與控制,點(diǎn)火正時(shí)的計(jì)算,可用不同的扭矩輸出和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來區(qū)分發(fā)動(dòng)機(jī)的不同運(yùn)行工況。 右圖顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(yùn)行工況的處理,對不同運(yùn)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?yàn)檫@些工況對混合氣形成狀況有特殊要求（例如這時(shí)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(gè)重要的環(huán)節(jié)是起動(dòng)階段和隨后的暖機(jī)過程，這個(gè)過程將持續(xù)到發(fā)動(dòng)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(yùn)行工況的處理,起動(dòng) 在起動(dòng)過

31、程中，進(jìn)氣量、噴油量和點(diǎn)火時(shí)間根據(jù)專門的計(jì)算結(jié)果來調(diào)整。 起動(dòng)后工況 起動(dòng)后工況(緊接在起動(dòng)過程結(jié)束之后)的混合氣仍然較濃，但相比起動(dòng)初始時(shí)已減少噴油量和進(jìn)氣量。 點(diǎn)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(yùn)行工況的需要。 直到平穩(wěn)過渡到暖機(jī)工況后，起動(dòng)后工況結(jié)束。,ME7系統(tǒng)對不同運(yùn)行工況的處理,暖機(jī)和催化轉(zhuǎn)換器加熱 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在冷車狀態(tài)下起動(dòng)后，需要調(diào)整氣缸進(jìn)氣、噴油和點(diǎn)火以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)輸出更大扭矩的要求。這個(gè)過程一直持續(xù)到升高至合適的溫度為止。 在這個(gè)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(yùn)行工況的處理,使用這種方法

32、時(shí)，發(fā)動(dòng)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(shí)發(fā)動(dòng)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(shí)間達(dá)到工作溫度。 一個(gè)電動(dòng)真空泵從空氣濾清器室或一個(gè)特制的粗濾器中獲得二次空氣。這些空氣再通過一個(gè)卸放閥進(jìn)入排氣系統(tǒng)，同時(shí)有一個(gè)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(yùn)行工況的處理,系統(tǒng)以一個(gè)指定的間隔去驅(qū)動(dòng)二次空氣泵和空氣閥門，并由一個(gè)寬帶的氧傳感器來精確判斷二次空氣泵的工作情況。這個(gè)過程產(chǎn)生足夠的熱量供遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)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(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在排放測試時(shí)最初一段時(shí)間內(nèi)的HC和CO排放曲線。,ME7系統(tǒng)對不同運(yùn)行工況的處理,怠速工況 在怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)本身的運(yùn)轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)附屬設(shè)備。在這種工況下，維持運(yùn)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(shí)，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(shí)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(dòng)變速箱齒輪

34、嚙合、助力轉(zhuǎn)向等引起的電流波動(dòng)等而導(dǎo)致的。,ME7系統(tǒng)對不同運(yùn)行工況的處理,WOT(滿負(fù)荷) 在節(jié)氣門全開(WOT)時(shí)沒有節(jié)氣損失，發(fā)動(dòng)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(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)混合氣變稀。 同樣，因?yàn)橐坏┴?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(shí)噴油量

35、必須相應(yīng)地降低。,ME7系統(tǒng)對不同運(yùn)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(yùn)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(dòng)時(shí)的節(jié)制狀態(tài)，發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)都能持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。 對于被動(dòng)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(gè)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(shí)發(fā)生扭矩跳變。 當(dāng)轉(zhuǎn)速降到高于怠速轉(zhuǎn)速的某個(gè)特定的值時(shí)，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(dòng)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(yùn)行工況的處理,目的 怠速期間，發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)自身耗能的平衡。 在怠速期間，發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量是必要的，因?yàn)檫@可以滿足眾多部件耗能的需要，這可能包括發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的內(nèi)部摩擦損失將由于溫度的波動(dòng)而產(chǎn)生各種變化。此外，在整個(gè)發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)和關(guān)閉而在一個(gè)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(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)對負(fù)荷的變化特別敏感。,怠速閉環(huán)控制,運(yùn)行理念 ME7這種基于扭矩控制的發(fā)動(dòng)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(shí)候增加輸出功率，而在轉(zhuǎn)速升高的時(shí)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(dòng)或自動(dòng)變速箱換檔的時(shí)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(jì)算，得出相應(yīng)所需的充氣質(zhì)量、混合氣成分和點(diǎn)火正時(shí)。,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?dú)猓∟2）。,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(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)機(jī)運(yùn)行在=0.991內(nèi)。ME7系統(tǒng)在計(jì)算噴油時(shí)間的時(shí)候利用了這個(gè)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(shí)才起作用。事實(shí)上,有一個(gè)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(shí)，它發(fā)出的信號是不真實(shí)的，會被ECU拒絕。 依據(jù)各自設(shè)計(jì)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(dòng)反應(yīng)時(shí)間在15秒到30秒之間。 為了平滑地運(yùn)行，冷的發(fā)動(dòng)機(jī)需要較濃的混合氣（1），這也是為什么只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到一定溫度后，才能啟動(dòng)的閉環(huán)控制的原因。,的閉環(huán)控制,一旦啟動(dòng)閉環(huán)控制，

40、ECU將利用一個(gè)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(shí)間的相乘因子。 噴油時(shí)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(shí)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(gè)滯后時(shí)間的長短取決于

41、發(fā)動(dòng)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(shí)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(gè)最小周期。 此外，信號的處理時(shí)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(shí)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(gè)發(fā)動(dòng)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(shí)間。 采用這種主動(dòng)適應(yīng)性差的控制方法來獲得新的運(yùn)行點(diǎn)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(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的時(shí)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(yùn)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(dòng)機(jī)運(yùn)行在一特定的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍時(shí)，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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)與主氧傳感器（

44、安裝在催化器前，靠近發(fā)動(dòng)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(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。 基于單個(gè)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(shí)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(shí)間內(nèi)維持混合氣成分的穩(wěn)定，還可以用作評價(jià)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(shí)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(diǎn)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(dòng)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(diǎn)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(dòng)機(jī)的時(shí)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(gè)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(shí)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(shí)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(dòng)機(jī)一運(yùn)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(shí)，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(dòng)機(jī)燒掉 在連接炭罐和進(jìn)氣歧管之間的管子上有一個(gè)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(gè)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(jì)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(dòng)為最小值的同時(shí)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(shí)間間隔關(guān)閉炭罐吸氣閥。 當(dāng)需產(chǎn)生清洗氣流的時(shí)候，ECU將根據(jù)當(dāng)前的瞬時(shí)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(shí)，系統(tǒng)將根據(jù)清洗氣流可能吸入的燃油量縮短噴油時(shí)間。 由于混合氣成分的自適應(yīng)過程是一個(gè)相對獨(dú)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(jì)算。 根據(jù)設(shè)計(jì)，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(dòng)的時(shí)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?yàn)橹钡竭M(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(shí)候，炭罐吸氣閥必須立即關(guān)閉。,蒸發(fā)排放控制,電子點(diǎn)火控制可以做到根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、溫度和負(fù)荷精確地控制點(diǎn)火正時(shí)。盡管有這個(gè)精確度，傳統(tǒng)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候點(diǎn)火時(shí)刻和保證閾值之間還是存在著較大的裕量。考慮到一些有風(fēng)險(xiǎn)的因素如發(fā)動(dòng)機(jī)的公差、發(fā)動(dòng)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(gè)裕量是必要的。 但是若考慮到這些因素，在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候就會以犧牲耗油率和扭矩輸出為代價(jià)來推遲點(diǎn)火提前角，從而避免爆震。 可分別對各缸點(diǎn)火正時(shí)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(diǎn)。,爆震控制,爆震控制,下圖展示了4缸發(fā)動(dòng)機(jī)爆震控制的過程。,爆震控制,實(shí)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(diǎn)火提前角。 相反，理想的條件（如發(fā)動(dòng)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(jì)算點(diǎn)火提前角的基礎(chǔ)參數(shù)。 這樣就有可能在各種發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)使用壽命期間，使各個(gè)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(gè)或所有超過指定烈度的爆燃。 這

51、個(gè)要求不僅是針對每一個(gè)氣缸，還要求在所有的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行可能工況內(nèi)都實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(gè)或幾個(gè)爆震傳感器安裝在發(fā)動(dòng)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(gè)特別的算法可以探測到每一個(gè)氣缸每一個(gè)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(shí)已爆震，將啟動(dòng)一個(gè)特殊的程序來減小該缸點(diǎn)火提前角，倘若爆震的危險(xiǎn)又消失了，該缸的提前角又逐漸增大，直到達(dá)到點(diǎn)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(dòng)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(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(gè)氣缸。 為了在不斷變化的運(yùn)行工況內(nèi)使預(yù)置的點(diǎn)火正時(shí)能夠適應(yīng)各缸不同的爆震極限，就需要為各個(gè)氣缸的預(yù)置點(diǎn)火正時(shí)儲存不同的偏移量。 這些數(shù)據(jù)可針對不同的發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷發(fā)生突變的情況下，讓發(fā)動(dòng)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(xiǎn)。 利用爆震控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制，它利用一個(gè)直接和壓氣機(jī)出口相通的執(zhí)行器廢氣旁通閥來實(shí)現(xiàn)。 在滿負(fù)荷時(shí)可靠旁通的方法來實(shí)現(xiàn)增壓壓力限制。 在低速加速的時(shí)候，打開廢氣旁通閥,降低排氣背壓,縮短“增壓滯后”的時(shí)間。,增壓控制,增壓控制,低速時(shí)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(shí)減少噴油的數(shù)量，并控制廢氣旁通閥打開模式，從而實(shí)現(xiàn)以下結(jié)果： 發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)膜有效工作面積、行程以及氣動(dòng)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(gè)信號用于調(diào)節(jié)廢氣旁通閥的開度。 根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行工況由程序MAP得到的調(diào)節(jié)點(diǎn)和實(shí)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(jì)算和補(bǔ)償。 控制單元的計(jì)

55、算結(jié)果還用于確定最大氣缸充氣量的計(jì)算。,增壓控制,對于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來說，在發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器之間的排氣溫度不應(yīng)超過某個(gè)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?yàn)橹挥斜鹂刂葡到y(tǒng)才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)使用壽命期間都在最大點(diǎn)火提前角下工作。 而這種在所有情況下的最佳點(diǎn)火正時(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制 過高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將會導(dǎo)致各動(dòng)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(dòng)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?yàn)橐紤]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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制的實(shí)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(dòng)機(jī)的功率輸出。 對發(fā)動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)部件（如變速箱）的負(fù)荷，有時(shí)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩來限制發(fā)動(dòng)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(gè)模型用于仿真排氣系統(tǒng)各部件的溫度。 通過安裝一個(gè)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(shí)，會激發(fā)系統(tǒng)的混合氣加濃控制，這時(shí)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(xiàng)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(dòng)機(jī)才能啟動(dòng)。 實(shí)際上這個(gè)釋放控制是通過一個(gè)外部的控制單元傳送的密碼信號實(shí)現(xiàn)的。 這個(gè)外部控制單元通過分析點(diǎn)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(shí)用

58、戶的授權(quán)是否合法。,安全保護(hù),傳動(dòng)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(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)上產(chǎn)生晃動(dòng)。特別是當(dāng)扭矩反向傳送到連接襯套或變速箱的時(shí)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(dòng)機(jī)由一個(gè)連接齒輪轉(zhuǎn)到另外一個(gè)齒輪的時(shí)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(shí)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(diǎn)火正時(shí)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(dòng)機(jī)和它的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一個(gè)質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，這就意味著在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，這個(gè)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(gè)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(shí)際轉(zhuǎn)速之間的差別關(guān)系來確認(rèn)。 通過調(diào)節(jié)點(diǎn)火正時(shí)來實(shí)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