對(duì)ME7系統(tǒng)啟動(dòng)邏輯的分析

吳建軍，刁健

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

?

對(duì)ME7系統(tǒng)啟動(dòng)邏輯的分析

吳建軍，刁健

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230022）

自上世紀(jì)以來(lái)，汽車工業(yè)的飛速發(fā)展使得世界汽車保有量急劇增加。汽車工業(yè)的發(fā)展，推動(dòng)了人類社會(huì)的快速進(jìn)步。然而，汽車在給人類帶來(lái)交通便利和社會(huì)繁榮的同時(shí)，也給環(huán)境造成了巨大的危害。截止上世紀(jì)70年代，汽車的排放污染物己經(jīng)成為城市中最主要的大氣污染源。根據(jù)目前的排放法規(guī)，新車出廠必須經(jīng)過(guò)冷啟動(dòng)的各項(xiàng)測(cè)試，而冷啟動(dòng)作為發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)特殊而重要的工況，受到了越來(lái)越多的整車生產(chǎn)廠及各大研究機(jī)構(gòu)的重視?；谏鲜鲈?，文章展開(kāi)了對(duì)一款正處于研發(fā)階段的汽油機(jī)啟動(dòng)性能的研究工作，并詳細(xì)的分析了汽油機(jī)的ME7管理系統(tǒng)，了解重要的傳感器執(zhí)行器，分析控制系統(tǒng)針對(duì)冷啟動(dòng)階段的控制策略。

排放；冷啟動(dòng)；控制策略

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.06.033

CLC NO.: U461 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)06-93-03

概述

相對(duì)于穩(wěn)態(tài)工況而言，汽油機(jī)冷啟動(dòng)過(guò)程具有其特殊性，引起排放較高的原因主要在于以下幾方面。首先，汽油機(jī)冷啟動(dòng)過(guò)程中環(huán)境溫度以及發(fā)動(dòng)機(jī)本身的進(jìn)氣系統(tǒng)、冷卻液、缸壁等溫度都比較低，燃油不能完全蒸發(fā)，一部分在進(jìn)氣道、進(jìn)氣門和氣缸壁等處形成油膜，致使燃油不完全燃燒的比例較大，排放量急劇增加；其次，冷啟動(dòng)階段的排氣溫度是隨時(shí)間增加的，所以三元催化轉(zhuǎn)換器以及用于閉環(huán)控制的氧傳感器在開(kāi)始階段尚未達(dá)到工作溫度，使得大量有害氣體未經(jīng)轉(zhuǎn)換處理而直接排入大氣；另外，在環(huán)境溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)溫度都較低的情況下，潤(rùn)滑油粘度增加，致使摩擦損失增大，因此冷啟動(dòng)過(guò)程的燃油消耗量也較高。研究表明，在汽油機(jī)冷啟動(dòng)階段，排氣中的CO主要取決于汽油機(jī)的空燃比；而HC主要來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)的失火、火焰不完全傳播、濕壁、余隙效應(yīng)以及壁面淬熄等因素。而通過(guò)調(diào)試和優(yōu)化電控系統(tǒng)的控制參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳性能的過(guò)程，是將電控系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)階段中的重要部分。在一個(gè)電控系統(tǒng)軟件和硬件模式基本確定的前提下，發(fā)動(dòng)機(jī)能否發(fā)揮出綜合最優(yōu)的性能，基本上取決于對(duì)電控系統(tǒng)控制參數(shù)的精細(xì)標(biāo)定，使發(fā)動(dòng)機(jī)按照最優(yōu)的控制參數(shù)運(yùn)行。

如前所述，本文對(duì)德國(guó)BOSCH公司生產(chǎn)的ME7系統(tǒng)的啟動(dòng)邏輯進(jìn)行分析，使匹配過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)性能達(dá)到最佳狀態(tài)，以滿足排放法規(guī)。

1、ME7管理系統(tǒng)的組成及功能

1.1ME7管理系統(tǒng)的組成

圖1　ME7系統(tǒng)組成示意圖

ME7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)包括三個(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)：點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)所需要的所有伺服單元或終端控制單元；

中央電控單元：對(duì)傳感器信進(jìn)行采集處理并生產(chǎn)相應(yīng)的輸出信號(hào)。

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(FlashMemory)，在提高系統(tǒng)運(yùn)行處理能力和程序、匹配數(shù)據(jù)升級(jí)方面有明顯的提高。電控單元中的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(cè)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)。

1.2ME7管理系統(tǒng)的功能

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(shuō)，就是利用加速踏板位置傳感器反映當(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(cè)量值對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的輸出扭矩，為了獲得這個(gè)對(duì)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(hào)，如：氣缸進(jìn)氣量、噴油量、點(diǎn)火正時(shí)等，以達(dá)到要求的輸出扭矩，同時(shí)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)當(dāng)前運(yùn)行參數(shù)的變化情況。

ME7系統(tǒng)的基本控制功能包括:分缸順序噴射、采用無(wú)分電器點(diǎn)火控制系統(tǒng)、增量系統(tǒng)的速度測(cè)量、節(jié)氣門位置測(cè)量、采用空氣流量計(jì)的負(fù)荷測(cè)量、氧傳感器空燃比、閉環(huán)控制、碳罐閉環(huán)控制、混合氣自適應(yīng)控制、排溫保護(hù)模型、基于模型的過(guò)渡工況自適應(yīng)控制、基于模型的扭矩控制、怠速閉環(huán)控制、進(jìn)排氣 VVT閉環(huán)控制、催化器加熱控制、分缸爆震自適應(yīng)控制、連續(xù)可調(diào)冷卻風(fēng)扇控制、空調(diào)壓縮機(jī)控制、主動(dòng)巡航控制、車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速限制功能、發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱及其它保護(hù)功能等。

同時(shí)，ME7系統(tǒng)還可以進(jìn)行擴(kuò)展，例如降低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、CAN總線控制、防盜功能、渦輪增壓控制、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門正時(shí)可變(VVT)的凸輪軸控制等。

ME7系統(tǒng)的最主要特點(diǎn)是一個(gè)基于發(fā)動(dòng)機(jī)理論模型的EMS系統(tǒng)。這個(gè)理淪模型主要包括四大子模型：

第一，充氣計(jì)算模型：通過(guò)所包含的殘余廢氣子模型、排氣背壓子模型及進(jìn)氣溫度子模型等可以精確計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)的實(shí)際充氣質(zhì)量，作為扭矩控制及噴油計(jì)算的基礎(chǔ)；

第二，負(fù)荷預(yù)測(cè)模型：基于進(jìn)氣歧管壓力梯度的變化，在噴油前預(yù)測(cè)出本循環(huán)的實(shí)際充氣量作為動(dòng)態(tài)工況油膜計(jì)算的基礎(chǔ)；

第三，扭矩計(jì)算模型：建立在實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上的包含點(diǎn)火定時(shí)及空燃比變化的扭矩模型，是貫穿此系統(tǒng)的主線；

第四，排溫保護(hù)模型：建立在實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上的排氣溫度模型包含了空燃比、點(diǎn)火定時(shí)及環(huán)境溫度變化對(duì)其的影響，能夠更好地平衡催化器保護(hù)與油耗之間的矛盾。

另外，ME7系統(tǒng)采用了電子節(jié)氣門(EleetronicThrottlee Control，簡(jiǎn)稱 ETC)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量不直接由加速踏板來(lái)控制，而是由電控單元采集分析諸多信號(hào)后通過(guò)控制節(jié)氣門開(kāi)度來(lái)精確確定。

2、電控系統(tǒng)的冷啟動(dòng)的控制策略

2.1冷起動(dòng)控制策略

ME7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)將起動(dòng)功能分為冷起動(dòng)、暖機(jī)起動(dòng)、熱起動(dòng)、起動(dòng)后、暖機(jī)等幾個(gè)子模塊。并對(duì)于這些子模塊分別設(shè)定了各自的噴油和點(diǎn)火的計(jì)算邏輯起動(dòng)的目標(biāo)一般為快速起動(dòng)、一次起動(dòng)成功、HC排放低以及過(guò)渡平穩(wěn)等。

從駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火鑰匙開(kāi)始，ECU便等待著第一個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被拖動(dòng)的轉(zhuǎn)速超過(guò)設(shè)定的發(fā)動(dòng)機(jī)最小轉(zhuǎn)速后，則起動(dòng)條件B_St置位.此時(shí)ECU便判定發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)為起動(dòng)狀態(tài)，后續(xù)的噴油和點(diǎn)火都是以此為基礎(chǔ)的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過(guò)一個(gè)與發(fā)動(dòng)機(jī)自身溫度 tmot相關(guān)的由起動(dòng)狀態(tài)切換到起動(dòng)后的轉(zhuǎn)速 NSTNM時(shí)，則發(fā)動(dòng)機(jī)切換為起動(dòng)后狀態(tài);同樣，當(dāng)轉(zhuǎn)速下落到一個(gè)與進(jìn)氣溫度tans相關(guān)的由正常狀態(tài)切換到起動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)速NNSTA時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件B_St重新置位，發(fā)動(dòng)機(jī)重新回到起動(dòng)狀態(tài)。這里NNSTA小于NSTNM。

圖2　起動(dòng)功能分段

2.2起動(dòng)點(diǎn)火控制

針對(duì)本文的研究工況，下面簡(jiǎn)要介紹一下ME7管理系統(tǒng)為冷起動(dòng)過(guò)程設(shè)定的點(diǎn)火控制策略。圖2所示即為冷起動(dòng)工況的點(diǎn)火計(jì)算模型。起動(dòng)點(diǎn)火角脈譜圖KFZWSTTM分別以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nmot和起動(dòng)溫度tmst為橫、縱坐標(biāo)，并與以進(jìn)氣溫度tans為坐標(biāo)的修正曲線DZWSTTA的相應(yīng)值相加，得到起動(dòng)階段的點(diǎn)火角zwstt。這里面涉及到個(gè)標(biāo)志位Blirein，它是用來(lái)判斷起動(dòng)后進(jìn)入怠速轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的標(biāo)志位，當(dāng)Bnrein的值為TRUE時(shí)，點(diǎn)火時(shí)刻的計(jì)算將轉(zhuǎn)入起動(dòng)后的點(diǎn)火計(jì)算模塊。

圖3　起動(dòng)點(diǎn)火控制

2.3起動(dòng)噴油控制

為了使冷態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠達(dá)到適當(dāng)?shù)娜紵哪康模饎?dòng)階段的混合氣必須要予以加濃，這里的fstw就是這個(gè)起動(dòng)加濃系數(shù)。例如，起動(dòng)系數(shù)為2，則以通常的噴油量與之相乘，這就意味著起動(dòng)時(shí)要噴入通常2倍的油量。起動(dòng)時(shí)刻的噴油功能模塊ESSTT就是專門計(jì)算這個(gè)加濃系數(shù)fstw的。這個(gè)系數(shù)主要是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)刻的溫度來(lái)確定，尤其在寒帶冷起動(dòng)情況下，最大值甚至可達(dá)到30。

3、結(jié)束語(yǔ)

本文較為全面的介紹了ME7電控管理系統(tǒng)的基本功能、特點(diǎn)，深入認(rèn)識(shí)到該系統(tǒng)是基于發(fā)動(dòng)機(jī)理論模型的管理系統(tǒng)；此外還簡(jiǎn)單地介紹了該管理系統(tǒng)的硬件組成，包括重要的傳感器和執(zhí)行器等元件；最后，詳細(xì)地分析了該管理系統(tǒng)冷啟動(dòng)的基本策略，尤其是冷起動(dòng)階段的點(diǎn)火和噴油控制邏輯，為排放的匹配工作做好很好的鋪墊。

[1] 姜述剛.電控發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)臺(tái)架自動(dòng)化標(biāo)定技術(shù)研究 7D8.北京:清華大學(xué).

[2] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB18352.1一2001輕型汽車污染.

[3] 物排放限值及測(cè)量方法(I)[M〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.

[4] 王振鎖,李理光,宮長(zhǎng)明,等.基于循環(huán)控制的LPG電噴發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)初探[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2004,24(4):337一344.

[5] 吳憩棠.汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(四))MotronicME7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(上).

[6] 汽車與配件,2002李紅朋，秦大同，等.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)仿真[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，28(06)：4-8.

[7] YunfeiLuan, NaeimA.Henein. ASimulationModelfor GasolineEngine ColdStart.

[8] 周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)(第2版)7M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[9] 徐琳.汽油機(jī)電控系統(tǒng)冷起動(dòng)控制策略及標(biāo)定.武漢:武漢理工大學(xué)汽車學(xué)院,2006.

[10] 范俊民.465Q汽油機(jī)電控系統(tǒng)冷啟動(dòng)性能的標(biāo)定[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院,2005.

The analysis of the starting logic ME7 system

Wu Jianjun, Diao Jian
（Technique center, Anhui Jianghuai Automobile CO., LTD, Anhui Hefei 230022）

Since the last century, the rapid development of automobile industry makes the car ownership has increased dramatically. The development of automobile industry, and promote the rapid progress of human society. However, the car to bring to mankind the convenient transportation and social prosperity at the same time, also caused great harm to the environment. By the 1970 s, car of the discharge of pollutants has been become the main air pollution in cities. According to the current emission regulations, a new car factory must pass through the cold start the test, and the engine cold start as a special and important condition, has been more and more attention the major vehicle manufacturers and research institutions. Based on the above reasons, this paper carried out the starting of a is in the midst of the development of gasoline engine performance of research work, and detailed analysis of the gasoline engine ME7 management system, understand the important of sensor, actuator, and analysis of control system for cold start phase of the control strategy.

Emissions; cold start; the control strategy

吳建軍，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。

U461

A

1671-7988（2016）06-93-03