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1、,先进的发动机管理系统 ME7-Motronic,目录,1 系统综述,3 ME7系统的主要控制策略,6 ME7系统的综合诊断,8 结束语,7与其它系统的接口,2 ME7的主要控制系统,5 电控单元（ECU）,4 主要传感器与执行器介绍,系统综述,本章将从以下几个方面对ME7系统进行初步介绍。其中的系统组成和控制策略将在后面进行重点论述。,系统特点 ME7系统是目前国内采用的德国BOSCH公司生产的Motronic系列发动机管理系统（Engine Management System 简称EMS）的最先进的一种，与之前的M1和M3系统的最大不同在于ME7系统的控制策略是基于扭矩控制的。 这种控制策
2、略可以灵活地将众多系列的Motronic系统功能移植到不同的发动机和使用环境。 ME7系统采用了电子节气门（Electronic Throttle Control,简称ETC)，使得发动机的进气量不直接由加速踏板来控制，而是由电控单元采集分析诸多信号后通过控制节气门开度来精确确定。,系统综述,系统综述,系统特点 ME7系统的电控单元（EMS ECU）采用了两片高性能CPU，大容量的闪存（Flash Memory），在提高系统运行处理能力和程序、匹配数据升级方面有明显的提高。 电控单元（EMS ECU）中的CPU还集成了CAN总线控制器，与车内其它电子控制系统组成了CAN总线网络，进一步提高了系
3、统性能，并同时也为诊断和维修提供了方便。 此外，ME7系统集成了众多先进的传感器和执行器，可以更加准确、可靠地测量和执行动作，所有这些都为提高整个汽车的综合性能奠定了坚实的基础。,系统综述,系统组成,如上图所示，ME7系统包括以下三个部分： -传感器 负责记录当前发动机和车辆运行的各种数据以及驾驶者的驾驶意愿 -执行机构 火花塞式发动机管理系统所要求的所有的伺服单元或终端控制元件 -中央电控单元(ECU） 对传感器信号进行采集处理并生成相应输出控制信号,系统综述,系统综述,系统综述,系统基本功能 ME7发动机管理系统的基本功能是根据驾驶者的意愿设置相应的扭矩输出。 具体地说，就是利用加速踏板位
4、置传感器反映当前驾驶者的驾驶意愿，中央电控单元将认为当前的加速踏板位置传感器的测量值对应着一个特定的输出扭矩，为了获得这个对应的扭矩，中央电控单元将在采集各类发动机工况参数和车辆运行参数的基础上，协调各个输出控制信号，如： - 气缸进气量 - 喷油量 - 点火正时 以达到要求的输出扭矩，同时系统将监测当前运行参数的变化情况。,系统综述,系统辅助功能 ME7系统同时广泛采用了辅助的开环和闭环控制功能，包括： 怠速控制 闭环控制 燃油蒸发排放控制 巡航控制 降低NOx排放的排气再循环控制(EGR) 降低HC排放的二次空气喷射控制,系统综述,系统综述,由于多种因素的共同作用，这些辅助功能已被提高到了
5、一个重要的位置。这些因素包括： 要求降低尾气排放的法规 对进一步提高燃油经济性的不懈追求 对安全性和驾驶舒适性的更高要求,系统扩展 ME7系统也可进行扩展，以集成以下配置： - 涡轮增压器和可变进气歧管控制(可提高动力输出) - 发动机阀门正时可变的凸轮轴控制 (可降低燃油消耗和排放，同时提高动力输出) - 爆震控制、发动机转速控制和车速控制(可保护发动机和车辆)。,系统综述,系统基本控制策略 M7系列的发动机管理系统采用的是基于扭矩控制的控制策略。 使用该控制策略，可以使系统针对不同发动机和使用环境，方便灵活地集成众多Motronic系列产品的功能。 大多数辅助开环和闭环控制功能都会体现在对
6、发动机扭矩的影响上，这经常导致同时出现相互矛盾的要求。 该控制策略则能够区分出这些相互矛盾的需求的优先程度，并执行最至关重要的需求,这也是基于扭矩控制的控制策略的优势所在。,系统综述,系统接口 在ME7系统中，中央控制单元采用CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线与车内掌管其它系统的不同控制单元保持通信与互相协作。 这种协作的一个例子是当进行换档时，Motronic控制单元可操纵自动变速箱的ECU来执行扭矩的减少，从而减少变速箱的磨损。 同样，如果安装了TCS(牵引控制系统)，当感受到车轮滑动时，它的ECU会把相应的数据传递给Motronic控制单元，使其降
7、低发动机扭矩。 这也是采用基于扭矩的柔性响应控制的另一个好处。,系统综述,系统诊断 由于器件故障将可能导致严重的安全或排放问题，在线诊断系统(On-Board Diagnosis)是Motronic系列发动机管理系统的标准配置。 利用在线诊断，系统可以诊断出象空气流量计、电子节气门体、氧传感器、碳罐阀等诸多器件的故障。 ME7系统可满足OBD和EOBD标准。,系统综述,ME7的主要控制系统,ME7的主要控制系统,发动机管理系统主要通过控制：进气、喷油、点火来实现对整个发动机的运行管理，本章将主要就以下三个分系统介绍ME7主要的控制系统：,燃油系统,点火系统,进气系统,节气门控制 对火花塞式发动
8、机而言，决定功率输出的首要因素是气缸进气量。 发动机管理系统主要是通过调节节气门开度来控制气缸进气的。,进气系统,进气系统,常规系统 常规的设计是依靠机械的连接来控制节气门，借助系缆或机械拉杆传递加速踏板的运动，相应地转变成节气门的动作。 发动机冷车启动时，为了克服较大的内部摩擦消耗需要吸入较多的空气和喷入额外多的燃油；同时，当辅助设备如空调压缩机被打开时，气缸也需要吸入更多的空气来弥补驱动功率的损失。,进气系统,这些额外的空气要求可通过空气旁通执行器来满足，这种执行器能控制一个绕过节气门的额外气流通道。 另一种选择是使用一种可随发动机需求变化而相应调整节气门最小开度的节气门执行器来满足这种要
9、求。 但这两种情况下为满足发动机需求波动而对空气流量进行电子控制的范围都是有限的，仅局限在某些特定工况，比如说怠速控制。,进气系统,带有ETC的系统 如下图所示，ETC(电子节气门控制)控制涉及部件包括：加速踏板、EMS ECU、和电子节气门总成。,进气系统,ETC系统部件说明： - 加速踏板：内有两个输出信号同向变化的电位器负责监控踏板的位置。踏板的位置由驾驶员决定。 - 电子节气门体：包括节气阀门、节气门执行器(一直流电机)、节气门开度传感器。其中开度传感器是两个输出反向互补的电位器。 ME-Motronic系统将ETC控制与负责点火、喷油和大量辅助功能的发动机管理ECU集成在一起，而无需
10、为ETC配备一个专门的ECU。,进气系统,进气系统,下图给出的是一典型的ETC系统部件的图片：,ETC系统控制原理： 加速踏板位置传感器将感受到的加速踏板位置信号传递给ECU， ECU计算出相应的节气门开度，在根据发动机当前运行工况作适当调整后，产生一个相应的控制信号传递给电子节气门总成的节气门执行器。 节气门执行器能够对ECU的输出控制信号做出精确的响应，同时两个节气门位置传感器又将当前的节气门开度信息反馈给ECU，由ECU再做适当的反馈控制。 电子节气门总成上的两个反相互补节气门位置传感器连同加速踏板上监控踏板运动行程的两个电位器，构成了整个ETC监控功能的一部分，能提供系统所期望的冗余度
11、。,进气系统,在整个发动机运行期间，ETC控制系统会不断地检查和监测所有能影响节气门开度的传感器信号和计算。 一旦遇到故障，系统的初始反应是回复到基于冗余传感器信号的状态并进行数据处理。如果没有冗余的信号可用，则节气门开度调整到默认的位置。,进气系统,尽管节气门控制是控制发动机进气的主要方式，仍然有许多其它的系统型式也能够实现对进入气缸中的新鲜空气和残留废气数量的调整，包括： - 可变进排气阀门正时 - 排气再循环(EGR) - 可变进气歧管布置(动态增压） - 废气涡轮增压,进气系统,燃油供应与传送 电动燃油泵从油箱中泵出燃油，经燃油滤清器强制过滤后，燃油被送往燃油分配管。 燃油分配管上装有
12、由电磁控制的喷油器，可以精确地将一定数量的燃油喷入进气歧管。 在配有回油管的系统中，燃油流经油压调节器后多于的部分会返回油箱中。,燃油系统,燃油系统,燃油系统可分为带回流管和不带回流管的两种，在无回油管的系统中，油压调节器紧挨着油泵安装。回油管就可省略了，这不仅可减少生产的成本，而且可降低油箱里的温度。 温度的降低意味着不仅碳氢化合物的排放更少，而且燃油蒸发排放系统的表现会更佳。 右图给出的是带回流管的燃油系统。,燃油系统,燃油系统,1）电动燃油泵 2）燃油分配管 3）燃油滤清器 4）油压调节器 5）电磁喷油器,燃油系统的组成：,1）电动燃油泵 电动燃油泵维持着由油箱而来的连续不断的燃油流动。
13、它可以安装在油箱里或者油箱外的油路中。 目前多采用的是在油箱内安装油泵总成，这种油泵总成集成了油泵与油位传感器，并设有一涡旋状隔板结构以去除回油管中的油蒸汽。,燃油系统,2）燃油分配管 燃油经油泵后流过燃油分配管，燃油分配管上装有喷油器，在这里燃油被均匀的分配到各个喷油器。在有回油管的系统中还有压力调节器。 燃油分配管的尺寸经过精心设计，以防止由于喷油器的开关引起谐振造成局部的油压波动。这就避免了在负荷或转速变化的过渡工况时喷入不规则数量的燃油。 视不同车型的特殊需要，燃油分配管可采用钢制、铝制或塑料材料制造。同时燃油分配管也可集成一个测试阀，供检修时卸压以及测试之用。,燃油系统,3）燃油滤清
14、器 燃油杂质造成的污染会影响油压调节器与喷油器的工作。 因此有必要在油泵的下游安装一个燃油滤清器。 滤清器中含有纸制的滤芯，滤芯上带有许多平均直径仅10m的微孔。,燃油系统,4）油压调节器 喷油量由喷油脉宽和燃油分配管与进气歧管的压差决定。 有回油管的系统由油压调节器负责维持燃油系统与进气歧管的压差恒定。,燃油系统,5）油压衰减器 喷油器的循环工作与正排量燃油泵的周期性燃油卸压特性都会引发燃油系统内的压力波。在恶劣的环境条件下，电动油泵、油路以及燃油分配管的支架会将这种压力波动传递给油箱和车身。 通过使用特别设计的支架和油压衰减器可以抑制这些噪声源。油压衰减器的设计与油压调节器类似，由一个有弹
15、簧预设力压住的膜片将燃油腔与空气腔分割开。,燃油系统,6）电磁喷油器 当电磁线圈中没有电流通过时，由于弹簧力与燃油压力的共同作用，阀针被压向阀座，从而将燃油供应系统与进气歧管隔断。 当电磁线圈通电时，线圈周围产生磁场，从而提升衔铁，阀针离开阀座，燃油便通过喷油器喷出。 电磁喷油器的结构可参考下图。,燃油系统,燃油系统,电磁喷油器的结构示意图：,燃油喷射 为满足汽车平稳运行和低排放的严格要求，每一个工作循环都需要提供完全精确的混合气配制。 喷射的燃油量必须精确计量以匹配吸入的空气量。如今，准确的喷油正时也变得越来越重要，因此，ME7系统采用的是多点燃油喷射，即每个气缸都配有一个电磁喷油器。 喷油器由ECU控制，可在准确的时间点将精确的燃油量直接喷向气缸进气门附近，这样大大避免了喷出燃油沿进气管壁的凝结。因为这种凝结将导致所需混合气空燃比的偏离。 此外，对于多点燃油喷射系统来说，因为发动机进气歧管只通过供燃烧的空气，所以可以优化其形状和尺寸来实现发动机的动态增压。,燃油系统,燃油系统,多点燃油喷射示意图如下：,燃油系统,混合气配制 可以采用各种不同的燃油调节方法来实现有效的燃油雾化，最大程度保证空燃混合气的均匀性，同时使在进气管壁凝结程度最小。 燃油雾化模式取决于喷油器出口端的几何形状、角度以及油滴的尺寸。 对特定的气缸头与进气歧管几何形状而言，采用的喷油器应有所不同。,点火系
