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1、上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r电喷标定基础培训电喷标定基础培训上汽技术中心动力总成部杨飞赟上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r目录目录目录目录pEMS基本原理pEMS的硬件与软件pEMS控制策略内容p标定的流程上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l
2、 C e n t e rEMSEMS基本原理基本原理基本原理基本原理系统系统系统系统基本功能基本功能基本功能基本功能 EMS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。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S
3、 A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rEMSEMS基本原理基本原理基本原理基本原理系统系统系统系统辅助功能辅助功能辅助功能辅助功能 EMS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 上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rEMSEMS基本原理基本原理基本原理基本原理由于多种因素的共同作用，这些辅助功
4、能已被提高到了一个重要的位置。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上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rEMSEMS基本原理基本原理基本原理基本原理系统扩展系统扩展系统扩展系统扩展 EMS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)。上上海
5、海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rEMSEMS基本原理基本原理基本原理基本原理系统基本系统基本系统基本系统基本控制策略控制策略控制策略控制策略 EMS（ME7/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功能。大多数辅助开环和闭环控制功能都会体现在对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
6、制的控制策略的优势所在。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rEMSEMS基本原理基本原理基本原理基本原理系统接口系统接口系统接口系统接口 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，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
7、相应的数据传递给控制单元，使其降低发动机扭矩。这也是采用基于扭矩的柔性响应控制的另一个好处。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rEMSEMS基本原理基本原理基本原理基本原理系统系统系统系统诊断诊断诊断诊断 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。上上海海汽汽车车集
8、集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r诊断接口电子控制单元ECU三元催化器M7系统结构图系统结构图上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rME7系统结构图系统结构图上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r主要电子零部件主要电子零部件主要电子零部件主要电子零
9、部件上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r主要电子零部件主要电子零部件主要电子零部件主要电子零部件上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r主要电子零部件主要电子零部件主要电子零部件主要电子零部件电子节气门体电子油门踏板上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C
10、 e n t e r主要零部件功能主要零部件功能主要零部件功能主要零部件功能序号零部件名称功能M7ME7EUIIEIIIEOBD1电子控制器M(E)7.9.7发动机管理系统的核心，接收传感器信号，通过软件处理后，对执行器发送控制信息，实现对喷油、点火等的控制。2空气质量流量计或进气压力温度传感器DS-S/TF测量发动机进气量或进气歧管绝对压力，提供发动机负荷信息。3燃油分配管总成KSZ-S分配燃油，贮存燃油，提供燃油，调节油压以保持喷油器进、出口的压力差恒定不变。3.1 喷油器EV6将燃油喷在汽缸进气口前。3.2 调压阀DR2保持燃油分配管总成系统的压力与进气管内的压力差为恒值。4凸轮轴位置传
11、感器PG区分一缸的压缩上止点和排气上止点。5水温传感器TF-W测定发动机冷却液温度。6爆震传感器KS-1-K检测发动机缸体振动情况，以供电子控制器识别发动机爆震工况。7碳罐控制阀TEV-2控制蒸发排放控制系统中再生气流的流量。8点火线圈ZSK-2x2提供火花塞点火所需的点火能量9转速传感器DG-6提供曲轴转速信息和第一缸上止点信息上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r主要零部件功能主要零部件功能主要零部件功能主要零部件功能10油泵支架EKPT为电动燃油泵安装在油箱内提供良好
12、的机械安装支架。10.1油泵EKP13.5将燃油从油箱送往发动机，并提供足够的燃油压力和富余燃油。11节气门位置传感器DKG-1提供发动机负荷信息、工况信息。12怠速调节器通过改变怠速旁通通道截面积影响旁通气量，实现发动机怠速工况时转速闭环控制。13电子油门踏板（FPM）提供驾驶员所踩踏板的电压信号14电子节气门体（DVE)控制发动机进气量并提供节气门开度信号15氧传感器(上游)LSH25C测定发动机排气中氧气含量，实现闭环控制16氧传感器(下游)LSH25C监控三元催化转换器的转换功能。17机油温度传感器检测发动机机油温度，控制VVT阀（仅VVT发动机）18振动加速度传感器探测路面不平度，避
13、免失火误判断。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r ECUECU硬件原理示意图硬件原理示意图 上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rECU内部模块上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e rECU管脚分配管脚分配上上海海汽汽车车集集团团股
14、股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r ECU线束原理图线束原理图上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r M(E)7M(E)7系统功能系统功能系统功能系统功能 基本功能基本功能催化器加热控制4缸顺序喷射分缸爆震自适应控制1x1，1x2,2x2等多种方式的点火控制冷却风扇控制增量系统的速度测量空调压缩机控制节气门位置测量车速和发动机转速限制功能压力传感器负荷测量两点式或线性氧传感器
15、空燃比闭环控制炭罐控制扩展功能扩展功能混合气自适应控制CAN总线，防盗功能，巡航等车辆控制排温保护VVT，Turbo，EGR，CBR，SU等发动机控制基于模型的过渡工况自适应控制EOBD自诊断系统基于模型的扭矩控制怠速控制项目功能需求表（项目功能需求表（FR）上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r发动机在燃烧作功冲程中产生的动能由下列因素所确定：发动机在燃烧作功冲程中产生的动能由下列因素所确定：-进气门关闭时进入的可供燃烧的进进气门关闭时进入的可供燃烧的进气气量；量；驾驶员
16、通过加速踏板的机械连接直接控制节气门开度怠速调节器-同时进入的可供燃烧的燃同时进入的可供燃烧的燃油油量；量；喷油量与喷油正时的控制-点火火花开始点燃空燃混合气的着点火火花开始点燃空燃混合气的着火火点。点。点火正时与闭合角的控制发动机性能的影响因素发动机性能的影响因素上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r1空气和燃油蒸汽2碳罐控制阀3通往蒸发排放控制系统4废气5有可调开度的EGR阀门6空气质量流量（大气压力）7空气质量流量（进气管压力）8新鲜空气冲量（燃烧室压力）9残余废气量
17、10废气11进气门12排气门节气门开启角“气”上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制节气门控制节气门控制节气门控制节气门控制 对火花塞式发动机而言，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。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制常规系
18、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。1 怠速旁通阀怠速旁通阀 3 节气阀节气阀 2 ECU 4 旁通管旁通管 上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制p这些额外的空气要求可通过空气旁通执行器来满足，
19、这种执行器能控制一个绕过节气门的额外气流通道。p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求。p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。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制带有带有ETCETC的的系统系统 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。加速踏板加速踏板
20、EMS ECU电子节气门体电子节气门体电子节气门电子节气门控制系统：控制系统：监测模块监测模块传感器传感器执行器执行器电子节气门电子节气门上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制ETCETC系统部件说明：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。ME7系统将ETC控
21、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，而无需为ETC配备一个专门的ECU。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制ETCETC系统控制原理：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
22、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。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制 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
23、用，则节气门开度调整到默认的位置。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“气气气气”的控制的控制的控制的控制 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）-废气涡轮增压上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t
24、e r多多 点点 喷喷 油油 系系 统统(MPI)1燃油2空气3节气门4进气歧管5喷油嘴6发动机外部形成混合气的系统外部形成混合气的系统这种供油系统最显著的特点是：空燃混合气在燃烧室外的进气歧管内形成。多点喷油系统多点喷油系统多点喷射为上述混合气形成准则提供了理想的基础。在这种系统中，每个气缸都配有自己的喷油嘴，把燃油直接喷射到进气门前面部位。喷喷油油量量根据进气量、发动机水温和转速等条件精确计算的。“油”上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r“油油油油”的控制的控制的控制
25、的控制p燃油喷射燃油喷射p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。p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。p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。p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。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中
26、中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r在提前点火的点火时刻在提前点火的点火时刻曲轴和活塞的位置曲轴和活塞的位置TDC:上止点，BDC:下止点Z:点火时刻点火提前角是用曲轴的上止点（TDC）来表示。提前角是以TDC前的角度来度量的。相应的数字称为点火（正时提前）角。把点火时间向后移到TDC，称之为“延迟点火正时”；把点火时间向前移到更早的点火点，称之为“提前点火”，如图所示。点火正时的选择必须满足以下准则：-最大的发动机功率-最佳的燃油经济性-发动机无爆震-排气清洁但这些要求不可能同时得到满足，必须根据具体情况制定折衷的方案。要达到
27、要求的扭矩，最佳点火提前角取决于若干因素，最重要的因素包括发动机转速、负荷、发动机结构、燃料品质和运行工况等（如起动、怠速、全速和倒拖工况）。“火”上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r发动机爆震是由于火花塞点燃的火焰前锋尚未到达而部分空燃混合气已突然自燃引起的，这种情况属于点火提前角过大。爆震不仅导致燃烧室的温度升高，反过来又可以引起提前着火，而且会引起压力的升高。现在，在点燃式发动机中使用高压缩比比以前常用的压缩比带来更大的爆震危险。两种不同形式的爆震应当加以区别。-发
28、动机低转速高负荷时的加速爆震（可清楚的听见金属敲击声）-发动机高转速高负荷时的高速爆震长时间的爆震对发动机有极大的损害（气缸盖垫片和轴承损坏，活塞损坏）以及火花塞的损坏。爆震爆震上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r控制策略控制策略控制策略控制策略 如综述中所述，ME7系统除了闭环控制，怠速闭环控制，爆震控制之外，还在于ME7的控制系统是基于扭矩控制这个平台的，下面将对以下ME7系统的主要计算、控制策略进行论述：基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩控制的理论基于扭矩
29、控制的理论气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算气缸进气量的计算点火正时的计算和控制点火正时的计算和控制点火正时的计算和控制点火正时的计算和控制喷油计算和控制喷油计算和控制喷油计算和控制喷油计算和控制对不同运行工况的处理对不同运行工况的处理对不同运行工况的处理对不同运行工况的处理怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制爆震控制爆震控制爆震控制爆震控制 的闭环控制的闭环控制的闭环控制的闭环控制蒸发排放控制蒸发排放控制蒸发排放控制蒸发排放控制增压控制增压控制增压控制增压控制安全保护安全保护安全保护安全保护驾驶性能改善驾驶性能改善驾驶性能改善驾驶性能改善上上海海汽汽车车集集团团股股
30、份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略 发动机管理系统的首要任务是将驾驶指令反映到发动机的功率和扭矩输出上。不论是在恒速前进还是加速前进，驾驶员都需要发动机输出扭矩克服前进中的阻力。此外，系统内许多功能子系统（如怠速控制和转速调速等）参与对行驶伺服机构（如电子牵引力控制，自动变速箱）和通常的汽车附属功能（如空调等）的控制，并将这些设备对发动机功率输出调整要求告诉EMS系统。例如，在启动空调压缩机时，空调控制系统就会向ECU请求增加
31、输出功率。早期发动机运行时，作为控制参数的气缸充气量、燃油质量和点火正时都被认为是控制指令而直接执行，当各种可能互相矛盾的需求同时出现时，彼此之间没有协调。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略p采用基于扭矩控制策略的ME7系统则前进了一步，它首先对各部件的要求进行优先级判断和协调，然后再利用得出的控制参数去实现指定扭矩的输出。p这种协调控制的策略能确保发动机在各个工况下实现排放和耗油的优化。p此外，采
32、用基于扭矩的控制策略，就能比较方便地做到：根据不同的发动机和客户使用要求，将众多的不同控制功能集成到不同型号的发动机管理系统中，供用户自由选择。也就是说，从而使ME7型发动机管理系统具有更好的移植性。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略外部请求:加速踏板(驾驶员)巡航控制外界动力条件舒适性和方便性起动加热三元催化器怠速控制运行效率对扭矩输出和运行效率进行协调怠速控制转速限制元件保护设定可能的各控制参数
33、汽油发动机汽油发动机汽油发动机汽油发动机的扭矩调节的扭矩调节的扭矩调节的扭矩调节起动节气门开度点火正时喷油控制废气旁通阀上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略发动机的扭矩计算发动机的扭矩计算 燃烧过程产生的内部扭矩是基于扭矩控制的ME7系统的基本参数。发动机的实际输出扭矩还要从中扣除摩擦、泵气损失、驱动辅助器件（水泵、交流发电机等）和传动装置所消耗的能量。基于扭矩控制的最终目的是能够选择最精确的发动机参
34、数以精确地响应驾驶指令，同时还要补偿损失以及满足给其他辅助部件供能的需要。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略基于扭矩控制的策略实际输出扭矩的调节实际输出扭矩的调节 ME7系统在扭矩生成的时候采用两种方法调节输出扭矩：一种是控制电子节气门（ETC）改变进气量，这是一种逐渐缓慢过渡的方法，另外一种是采用调节点火正时或关闭某个气缸喷油的快速响应方式。采用缓慢过渡的方法实际上就是控制进气量的方法，主要负责稳态运行；而快速响应
35、的方式（调节点火正时）可以在扭矩生成时对动力变化非常迅速地响应。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理 可用不同的扭矩输出和发动机转速来区分发动机的不同运行工况。右图显示了发动机运行的不同工况范围对应的扭矩和转速范围。发动机运行工况范围发动机运行工况范围满满 负负 荷荷扭扭 矩矩起起动动怠速怠速 超速超速 断断 油油 转转 速速恢复后恢复后部分负荷部分负荷加速加速上上海海汽汽车车集集团团股股份份
36、有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理起动起动 在起动过程中，进气量、喷油量和点火时间根据专门的计算结果来调整。起动后工况起动后工况 起动后工况(紧接在起动过程结束之后)的混合气仍然较浓，但相比起动初始时已减少喷油量和进气量。点火提前角也作相应调整，以适应修正后的喷油量和不同的运行工况的需要。直到平稳过渡到暖机工况后，起动后工况结束。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T
37、O R T e c h n i c a l C e n t e r对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理暖机和催化转换器加热暖机和催化转换器加热 当发动机在冷车状态下起动后，需要调整气缸进气、喷油和点火以满足发动机输出更大扭矩的要求。这个过程一直持续到升高至合适的温度为止。在这个过程中首要的事情是快速加热催化净化器，使催化净化器迅速转换到工作状态以大幅度降低排放。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r对不同工况的运行处理对不同工况的
38、运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理暖机和催化转换器加热暖机和催化转换器加热 当发动机在冷车状态下起动后，需要调整气缸进气、喷油和点火以满足发动机输出更大扭矩的要求。这个过程一直持续到升高至合适的温度为止。在这个过程中首要的事情是快速加热催化净化器，使催化净化器迅速转换到工作状态以大幅度降低排放。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理怠速工况怠速工况怠速工况怠速工况 在怠速时，发动机
39、没有扭矩输出，燃烧过程产生的能量被用来维持发动机本身的运转和驱动附属设备。在这种工况下，维持运转所需要的扭矩和怠速转速一起决定了油耗。在交通严重拥堵时，车辆很多油耗就是在这种工况下发生的，它被用来克服怠速时最低水平的摩擦损耗，并由此决定了低怠速的转速。闭环怠速控制能保证在设定的怠速状态下稳定、可靠地工作，而与其他条件的变化无关。这些变化则可能是由于多种因素，诸如电气系统、空调压缩机、自动变速箱齿轮啮合、助力转向等引起的电流波动等而导致的。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e
40、r对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理WOT(WOT(WOT(WOT(满负荷满负荷满负荷满负荷)在节气门全开(WOT)时没有节气损失，发动机在任何给定的转速下均可发出最大潜能的功率。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理过度工况过度工况过度工况过度工况1 1）加速）加速/减速减速 一部分喷入进气道的燃油并未及时到达气缸参加随后的燃烧。相反，在进气歧管壁
41、上生成了一层油膜。在大负荷和喷油量增加的情况下，这层油膜所含有的燃油迅速增加。当加速时节气门开度增大，一部分喷射的燃油被这层油膜吸收，因此相应地必须喷射额外数量的燃油以弥补这部分损失，防止加速时混合气变稀。同样，因为一旦负荷下降，管壁上油膜中含有的额外燃油将重新气化，所以减速时喷油量必须相应地降低。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理对不同工况的运行处理2 2）飞车倒拖断油）飞车倒拖断油/恢复供油恢复供油 当高转
42、速飞车，或者处于拖动时的节制状态，发动机提供给飞轮的能量会变为负值。在这些情况下，发动机的摩擦和空气阻力都能使车辆减速；而喷油或不喷油，发动机都能持续运转。对于被动的、无喷油的倒拖工况，喷油须被抑制以减少燃油消耗和排放。基于扭矩的控制能对喷油脉宽施加一个可调的抑制作用，通过逐渐地而非突然地减少特定的输出量，来防止在过渡到倒拖工况时发生扭矩跳变。当转速降到高于怠速转速的某个特定的值时，喷油重新开始。在喷油重新开始的过程中，基于扭矩的控制功能控制着扭矩缓慢地增长，以确保发动机扭矩的建立平稳进行(平滑过渡)。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T
43、 O R T e c h n i c a l C e n t e r怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制目的目的 怠速期间，发动机并不在飞轮端输出扭矩，为了在尽可能低的转速下维持稳定的转速，怠速闭环控制系统必须要努力维持扭矩输出和发动机自身耗能的平衡。在怠速期间，发动机提供能量是必要的，因为这可以满足众多部件耗能的需要，这可能包括发动机曲轴的内部摩擦，气阀伺服机构以及诸如冷却水泵之类的辅助设备。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭
44、环控制怠速闭环控制 发动机的内部摩擦损失将由于温度的波动而产生各种变化。此外，在整个发动机的服务寿命期间，尽管摩擦损失变化很慢，但是还是始终在改变。发动机所承担的负荷也可能由于一些外部辅助设备（如空调压缩机）的起动和关闭而在一个较大的范围内变化。由于采用的是更小质量的往复运动部件和飞轮以及更大容量的进气歧管，因此现代发动机对负荷的变化特别敏感。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制运行理念运行理念 ME7这种基于扭矩控制的发动
45、机管理系统要求怠速闭环控制能够定量输出功率，以确保在任何工况下都能维持怠速工况的稳定。其结果是使在转速降低的时候增加输出功率，而在转速升高的时候降低功率输出。系统在识别到一些影响因素，如空调压缩机起动或自动变速箱换档的时候，将会相应地增加功率输出。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制怠速闭环控制 在低温情况下，由于要克服更大的摩擦损失或维持更高的怠速转速，输出扭矩必须增大。将这些输出功率要求累加起来后，送到扭矩协调处理单元，再由它进行计
46、算，得出相应所需的充气质量、混合气成分和点火正时。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r 的闭环处理的闭环处理 利用三元催化净化器对排气进行后处理是一种有效的降低排气有害物质浓度的方法。三元催化净化器可以将碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOX）减少98乃至更多，并将其转换成水（H2O）、二氧化碳（CO2）和氮气（N2）。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l
47、 C e n t e r 的闭环处理的闭环处理 如下图所示，转换的效率取决于发动机空燃比是否在1的附近很小范围内。三元催化净化器的效率、传感器输出电压与空气过量系数之间的关系：1无三元催化净化器时的发动机排放2有三元催化净化器时的发动机排放3双态型传感器输出电压传感器输出电压12发动机排放发动机排放3控制范围浓过量空气系数稀上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r 的闭环处理的闭环处理双态型双态型 传感器的闭环控制传感器的闭环控制1 1）控制范围）控制范围 为了有效地同时处理
48、排气中典型的有害物质，调节必须极为严格地限制在能同时对三种有害物质有效转化的范围内。闭环控制要求保证发动机运行在=0.991内。ME7系统在计算喷油时间的时候利用了这个来自氧传感器的信号。右图展示了闭环控制的结构原理。排气进气燃油闭环控制电路示意图闭环控制电路示意图1.空气质量流量流计2.发动机3a.氧传感器13b.氧传感器2（按要求配置）4.催化转换器5喷油器6ECU。Us氧传感器电压，Uv喷油器控制电压，VE喷油量上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r 的闭环处理的闭环
49、处理2 2）控制过程）控制过程 闭环控制只有等到氧传感器能够完全工作时才起作用。事实上,有一个辅助电路负责始终不停地监测氧传感器的工作状况。当氧传感器过冷或已损坏（短路或开路）时，它发出的信号是不真实的，会被ECU拒绝。依据各自设计和安装位置的不同，现在的加热型传感器在绝大多数系统中的启动反应时间在15秒到30秒之间。为了平滑地运行，冷的发动机需要较浓的混合气（1，混合气稀1，混合气浓)，并以此产生控制因子，该控制因子被用作修正喷油时间的相乘因子。喷油时间被调整(延长或缩短)，而控制因子的响应则设置成一种稳定的振荡状态。采用振荡模式的动态采用振荡模式的动态 控制控制a单个双态型传感器输出信号，
50、b控制因子的振荡模式，c进行峰值限制延迟后的控制参数上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公公司司技技术术中中心心 S A I C M O T O R T e c h n i c a l C e n t e r 的闭环处理的闭环处理 对于采用双态型传感器的系统来说，以1为中心持续不断地作振荡性调整是获得最优控制的唯一方法。闭环控制的精度取决于为了抵销空气过量系数变化而对控制因子进行调整的速度。由于当燃料不断地进入燃烧室的时候，氧传感器还安装在排气管后面，这样就必然造成从空气变化到控制电路响应之间存在着滞后，这个滞后时间的长短取决于发动机的负荷和转速。上上海海汽汽车车集集团团股股份份有有限限公