2．1系统基本原理 2．1．1系统概述：M7-Motronic发动机管理系统 发动机管理系统通常主要由传感器、发动机控制单元（ECU）、执行器三个部分组成，对 9 发动机工作时的吸入空气量、喷油量和点火提前角进行控制。基本结构如图2.1所示。 图2.1 发动机电控系统的组成 在发动机电控系统中，传感器作为输入部分，用于测量各种物理信号（温度、压力等）， 并将其转化为相应的电信号；ECU的作用是接受传感器的输入信号，并按设定的程序进行计 算处理，产生相应的控制信号输出到功率驱动电路，功率驱动电路通过驱动各个执行器执行 不同的动作，使发动机按照既定的控制策略进行运转；同时ECU的故障诊断系统对系统中各 部件或控制功能进行监控，一旦探测到故障并确认后，则存储故障码，调用“跛行回家”功 能，当探测到故障被消除，则正常值恢复使用。 M7 发动机电子控制管理系统的最大特点是采用基于扭矩的控制策略。扭矩为主控制策 略的主要目的是把大量各不相同的控制目标联系在一起。这是根据发动机和车辆型号来灵活 选择把各种功能集成在ECU 的不同变型中的唯一方法。M7 发动机电控系统结构如图2.2 所 示。 传感器 ECU 执行器 发动机 诊断 诊断 10 图2.2 M7发动机电控系统结构图 M7发动机电控系统的基本组件有： 电子控制器（ECU） 怠速调节器 进气压力/温度传感器 喷油器 冷却液温度传感器 电子燃油泵 节气门位置传感器 燃油压力调节器 相位传感器 油泵支架 转速传感器 燃油分配管 爆震传感器 碳罐控制阀 氧传感器 点火线圈 可变进气控制阀 M7-Motronic发动机管理系统是一个电子操纵的汽油机控制系统，它提供许多有关操作 者和车辆或设备方面的控制特性，系统采用开环和闭环（反馈）控制相结合的方式，对发动 机的运行提供各种控制信号。系统的主要功能有： 1) 应用物理模型的发动机的基本管理功能 ² 以扭矩为基础的系统结构 ² 由进气压力传感器确定汽缸负荷量 ² 在静态与动态状况下改进了的混合气控制功能 ² l闭环控制 ² 燃油逐缸顺序喷射 ² 点火正时, 包括逐缸爆震控制 ² 排放控制功能 ² 催化器加热 ² 碳罐控制 11 ² 怠速控制 ² 跛行回家 ² 通过增量系统进行速度传感 2) 附加功能 ² 扭矩与外部系统（如传动机构或车辆动态控制)的联接 ² 对几种发动机零部件的控制 ² 提供给匹配, EOL-编程工具与维修工具的界面 3) 在线诊断 OBD II ² 完成一系列OBD II 功能 ² 用于诊断功能的管理系统 2．1．2扭矩结构：基于扭矩控制的M7 系统 在M7 以扭矩为主的发动机管理系统中，发动机的所有内部需求和外部需求都用发动机 的扭矩或效率要求来定义，如图2.3所示。通过将发动机的各种需求转化为扭矩或效率的控 制变量，然后这些变量首先在中央扭矩需求协调器模块中进行处理。M7 系统可将这些相互 矛盾的要求按优先顺序排列，执行最重要的一个要求，通过扭矩转化模块得到所需的喷油时 间、点火正时等发动机控制参数。该控制变量的执行对其它变量没有影响。这就是以扭矩为 主控制系统的优点。 同样在进行发动机匹配时，由于基于扭矩控制系统具有的变量独立性，在匹配发动机特 性曲线和脉谱图时只依靠发动机数据，与其它功能函数和变量没有干涉，因此避免了重复标 定，简化了匹配过程，降低了匹配成本。 图2.3 M7 以扭矩为基础的系统结构 12 和以往的M系列发动机电喷管理系统相比，M7 系统的主要特点为： ² 新的以扭矩为变量的发动机功能结构，与其它系统最易兼容,可扩展性强； ² 新的模块化的软件结构和硬件结构,可移植性强； ² 基于模型的发动机基本特性图，相互独立，简化了标定过程； ² 带有相位传感器，顺序燃油喷射有助于改善排放； ² 系统集成防盗功能； ² 通过对各种扭矩要求的集中协调以改善驾驶性能； ² 16位中央处理器，24兆赫时钟频率，512k缓存； ² 系统可根据将来的需要, 如：今后的排放法规, OBDII, 电子节气门等， 进行扩充。 2．2控制信号：M7系统输入/输出信号 M7系统中ECU的主要传感器输入信号包括: l 进气压力信号 l 进气温度信号 l 节气门转角信号 l 冷却液温度信号 l 发动机转速信号 l 相位信号 l 爆震传感器信号 l 氧传感器信号 l 车速信号 l 空调压力信号 以上信息进入ECU 后经处理产生所需的执行器控制信号，这些信号在输出驱动电路 中被放大，并传输到各对应执行器中，这些控制信号包括： l 怠速调节器开度 l 喷油正时和喷油持续时间 l 油泵继电器 l 碳罐控制阀开度 l 点火线圈闭合角和点火提前角 l 空调压缩机继电器 l 冷却风扇继电器 2．3系统功能介绍 2．3．1起动控制 在起动过程中，要采取特殊计算方法来控制充量、喷油和点火正时。该过程的开始阶 段，进气歧管内的空气是静止的，进气歧管内部压力显示为周围大气压力。节气门关闭，怠 13 速调节器指定为一个根据起动温度而定的固定参数。 在相似的过程中，特定的“喷油正时”被指定为初始喷射脉冲。 燃油喷射量根据发动机的温度而变化，以促使进气歧管和气缸壁上的油膜的形成，因 此，当发动机达到一定转速前，要加浓混合气。 一旦发动机开始运行，系统立即开始减少起动加浓，直到起动工况结束时 （600…700min-1）完全取消起动加浓。 在起动工况下点火角也不断调整。随着发动机温度、进气温度和发动机转速而变。 2．3．2暖机和三元催化器的加热控制 发动机在低温起动后，气缸充量、燃油喷射和电子点火都被调整以补偿发动机更高的 扭矩要求；该过程继续进行直到升到适当的温度阈值。 在该阶段中，最重要的是三元催化器的快速加热，因为迅速过渡到三元催化器开始工 作可大大减少废气排放。在此工况下，采用适度推迟点火提前角的方法利用废气进行“三元 催化器加热”。 2．3．3加速/减速和倒拖断油控制 喷射到进气歧管中的燃油有一部分不会及时到达气缸参加接着的燃烧过程。相反，它 在进气歧管壁上形成一层油膜。根据负荷的提高和喷油持续时间的延长，储存在油膜中的燃 油量会急剧增加。 当节气门开度增加，部分喷射的燃油被该油膜吸收。所以，必须喷射相应的补充 燃油量对其补偿并防止混合气在加速时变稀。一旦负荷系数降低，进气歧管壁上燃油膜中包 含的附加燃油会重新释放，那么在减速过程中，必须减少相应的喷射持续时间。 倒拖或牵引工况指发动机在飞轮处提供的功率是负值的情况。在这种情况下，发动机 的摩擦和泵气损失可用来使车辆减速。当发动机处于倒拖或牵引工况时，喷油被切断以减少 燃油消耗和废气排放，更重要的是保护三元催化器。 一旦转速下降到怠速以上特定的恢复供油转速时，喷油系统重新供油。实际上，ECU 的程序中有一个恢复转速的范围。它们根据发动机温度，发动机转速动态变化等参数的变化 而不同，并且通过计算防止转速下降到规定的最低阈值。 一旦喷射系统重新供油，系统开始使用初次喷射脉冲供给补充燃油，并在进气歧管壁 上重建油膜。恢复喷油后，扭矩为主的控制系统使发动机扭矩的增加缓慢而平稳（平缓过渡）。 2．3．4怠速控制 怠速时，发动机不提供扭矩给飞轮。为保证发动机在尽可能低的怠速下稳定运行，闭 环怠速控制系统必须维持产生的扭矩与发动机“功率消耗”之间的平衡。怠速时需要产生一 定的功率，以满足各方面的负荷要求。它们包括来自发动机曲轴和配气机构以及辅助部件， 如水泵的内部摩擦。 M7 系统以扭矩为主控制策略依据闭环怠速控制来确定在任何工况下维持要求的怠速 转速所需的发动机输出扭矩。该输出扭矩随着发动机转速的降低而升高，随发动机转速的升 14 高而降低。系统通过要求更大扭矩以响应新的“干扰因素”，如空调压缩机的开停或自动变 速器换档。在发动机温度较低时，为了补偿更大的内部磨擦损失和/或维持更高的怠速转速， 也需要增加扭矩。所有这些输出扭矩要求的总和被传递到扭矩协调器，扭矩协调器进行处理 计算，得出相应的充量密度，混合气成分和点火正时。 2．3．5 l闭环控制 三元催化器中的排气后处理是降低废气中有害物质浓度的有效方法。三元催化器可降 低碳氢（HC）,一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）达98%或更多，把它们转化为水（H2O）， 二氧化碳（CO2）和氮（N2）。不过只有在发动机过量空气系数l=1 附近很狭窄的范围内才 能达到这样高的效率，l闭环控制的目标就是保证混合气浓度在此范围内。 l闭环控制系统只有配备氧传感器才能起作用。氧传感器在三元催化器侧的位置监测 废气中的氧含量，稀混合气（l>1）产生约100mV 的传感器电压，浓混合气（l<1）产生约 900mV 的传感器电压。当l=1 时，传感器电压有一个跃变。l闭环控制对输入信号作出响应 （l>1=混合气过稀，l<1=混合气过浓）修改控制变量，产生修正因子作为乘数以修正喷油 持续时间。 2．3．6 蒸发排放控制 由于外部辐射热量和回油热量传递的原因，油箱内的燃油被加热，并形成燃油蒸汽。 由于受到蒸发排放法规的限制，这些含有大量HC 成分的蒸汽不允许直接排入大气中。在系 统中燃油蒸汽通过导管被收集在活性碳罐中，并在适当的时候通过吹洗进入发动机参与燃烧 过程。吹洗气流的流量是由ECU 控制碳罐控制阀来实现的。该控制仅在l闭环控制系统闭 环工作情况下才工作。 2．3．7 爆震控制 系统通过安装在发动机适当位置的爆震传感器检测爆震产生时的特性振动，转换成电子 信号以便传输到ECU中并进行处理。ECU 使用特殊的处理算法，在每个气缸的每个燃烧循 环中检测是否有爆震现象发生。一旦检测到爆震则触发爆震闭环控制。当爆震危险消除后， 受影响的气缸的点火逐渐重新提前到预定的点火提前角。 爆震控制的阈值对不同的工况和不同标号的燃油具有良好的适应性。 15