Motronic发动机管理系统(2)

40Motronic图1给出了计算喷油时间的流程图。在随后的各章中将会对各个气缸的各自的工作范围和条件做更加详细的说明。当汽缸进气量低于一定的水平时，混合气将无法点燃。限制喷油时间即可防止尾气中未燃碳氢化合物的形成。起动时，喷油时间用与计算的负荷信号无关的准则单独计算的。喷油方式除喷油时间之外，对于燃油经济性和排放，喷油方式也是一个重要的参数。选择的范围取决于喷油系统的类型(图2)：－同时喷油，－成组喷油，－顺序喷油，同时喷油对于同时喷油，每一循环中，所有喷油器在一个特定的时点触发两次。也即是凸轮每转一圈触发一次，或者曲轴每转两圈触发一次。这种喷油方式是静态的。成组喷油成组喷油是将喷油器组成两组，每一组喷油器在一个循环中触发一次。两个触发点之间的时间间隔等于曲轴旋转一周。这样安排，就有可能使用发动机的运行点来作为选择喷油方式的重要准则，同时还可在预设的程序曲线图上很大范围内防止不希望的喷射燃油通过开启的进气门。顺序喷油这种喷油方式给设计提供了最大的自由度，在这种方式下，对于各个气缸的循环，每一个喷油器在相同的循环点上分别喷油，喷油过程彼此独立，互不相干。对喷油时间没有限制，这样就可以自由地与最佳准则相匹配。比较与同时喷油相比，成组和顺序喷油需要一个更宽的喷油器变化范围（其范围从怠速时的最小值扩展到节流阀全开时的最大值）。控制闭合角控制闭合角就是根据发动机转速和蓄电池电压改变点火线圈的通电时间。在所有可能的最大范围的运行工况下，所选择的闭合角都应能保证在通电结束时获得足够的一次电流。闭合角取决于点火线圈的充电时间，因而也就是取决于蓄电池的电压（图3）。采用一个补充的动态蓄能器，即使在发动机突然提高转速时，也可以提供所需的电流。充电时间被限制在高转速范围内，以保证火花塞具有足够的跳火时间。图3：在各种系统电压下的一次电流曲线规定值时间一次电流41控制点火提前角含有各种发动机负荷和转速的基本点火时间的程序图（programmap）被存贮在MotronicECU的存贮器中。点火提前角已经过优化，以最大限度地减少燃油耗和废气排放。发动机和吸入空气的温度数据（通过传感器进行监测）是补偿温度偏移所需的修正的基础。这一部分还提供了额外的修正和/或恢复到其它的程序图，以适应所有的运行工况。这样就能够将扭矩、排放、燃油耗、爆震倾向和行驶性能等相互作用的效果一起考虑进去。在使用二次空气喷射或者废气再循环（EGR）的运行期间，以及汽车动态运行期间（例如加速时），特殊的点火角度修正系数将发挥作用。继续考虑各种运行范围（怠速、节气门部分开启、节气门全开、起动与预热），见图4所示可以得到点火提前角处理过程的流程图。处理运行数据图4：计算点火正时是否00由负荷和转速信号所得到的基本点火提前角温度修正起动后和预热修正超速与运行点相关的点火角修正超速断油前的修正再开启时的修正变速器调节修正点火提前角极限点火点怠速时的点火角修正爆震控制的点火角修正42Motronic运行工况起动在起动过程中，需要采用专门的计算来确定喷油量。此外，对于初次的喷油脉冲，还需要使用特殊的喷油正时。按照发动机的温度，为了在进气歧管壁面上加快形成油膜，需要增加喷油量，因此，在发动机加速到正常转速期间，需补足发动机所需的更多的燃油量。只要发动机开始正常转动，燃油的补充量即会减少，而一旦发动机开始运转，即会取消燃油补充。在起动期间，点火提前角也需要特别调整，调整是按照发动机温度和转速来进行的。起动后阶段起动后阶段的特征是进一步减少补充喷油量。这种减少是基于发动机的温度和从起动过程结束开始计算的时间长短，点火提前角也随着燃油量的调节和不同的运行工况而进行调整。起动后阶段在平缓地过渡到预热阶段后结束。预热阶段预热阶段可以使用不同的方法，这取决于发动机和排放控制系统的设计，所依据的准则是驱动性能、尾气排放和燃油经济性。稀混合气预热与推迟点火正时相结合将会提高排气温度。另一个提高排气温度的方法是采用浓混合气预热以及二次空气喷射。这里，在发动机起动后的很短时间内将空气通过排气门喷射到排气系统的下游。二次空气泵可以提供额外空气。当温度足够高时，这些过量的空气将会促进排气系统中的HC和CO的氧化，并在瞬间产生所需要的高排气温度（图1）。这两种方法均有助于催化转换器在不久后开始有效的工作。较高的怠速有助于提高点火提前角和喷油正时的调节效果。这是通过一个特别设计的空气喷射装置来实现的，同时该装置也缩短了催化转换器的预热时间。一旦催化转换器达到其图1：二次空气对HC和CO排放的影响1无二次空气，2有二次空气HC排放过量空气系数λ过量空气系数λCO排放43工作温度，喷油将会达到λ＝1。这也伴随着相应的点火角度的调节。瞬变补偿加速/减速一部分喷射到进气歧管里的燃油并没有及时进到汽缸内参与下一个燃烧过程。相反，这些燃油沿着进气道内壁形成了一层冷凝油膜。随着负荷的提高和喷油持续期的延长，这些油膜中实际储存的燃油量也显著增加。当节气门开启时，一部分喷射的燃油就用于形成这层油膜。因此，必须补充喷射相应的燃油予以补偿，防止混合气的稀化。因为随着负荷的下降，管壁上油膜中的燃油会被释放出来，所以在减速时，相应减少喷油时间。图2显示了实际喷油时间的结果曲线。滑行断油和恢复喷油当节气门关闭时，喷油即停止，以降低燃油耗，减少废气排放。在停止喷油之前，已经先行减小点火提前角，以免瞬变到滑行油门时扭距的突变。当发动机转速达到某一特定的恢复转速——高于怠速——时，喷油又重新开始。在ECU中贮存有各种情况下的恢复转速。这些转速随着不同的参数，诸如发动机温度和动态转速的变化而变化，同时各种速度均经过计算以防止不管其运行工况而使发动机转速降得过低。恢复喷油后，仍将喷射补充燃油，以在管壁上重建燃油层。同时，点火提前角也进行调整，以平缓地增加扭矩。闭环怠速控制怠速怠速时，燃油的消耗量主要取决于发动机的效率和怠速转速。在交通拥挤的城市内，发动机很大一部分的燃油实际上是在怠速时消耗的。因而应尽可能降低怠速速度，同时，怠速也不能降得太低，否则会发生抖动，特别是在附件负荷，如电气装置、空调器、自动变速器合上、动力转向等的作用下，发动机可能熄火。运行工况图2：瞬变时的喷油时间1.按照负荷信号的喷油时间。2.有效喷油时间，3.附加燃油量，4.燃油减少量，5.节气门角度。行驶距离喷油持续期44Motronic怠速控制怠速控制必须在发动机发出的扭矩和负荷之间保持平衡，以保证怠速的稳定。怠速时发动机的负荷由几部分组成，发动机曲轴和配气机构中的摩擦以及驱动附件（例如驱动水泵）等。怠速控制补偿这种内部摩擦，对发动机的寿命也有影响。这些负荷对温度变化也特别敏感。除了存在内部摩擦源之外，也存在外部因素，如来自于如前所述的空调器的负荷。这些外部因素所引起的负荷随着附件的开停，会发生很大的变化。具有较小飞轮重量和较大进气歧管的现代发动机对这些负荷的变动特别敏感。输入变量除了来自发动机转速传感器的信号之外，怠速控制回路还需要节气门角度的信息，以便识别怠速状态（加速踏板处于放松状态）。同时也要监测发动机的温度，以便提前对温度效应进行补偿。空气的质量流量是根据发动机温度和所需的怠速转速来确定的，然后在闭环运行中对怠速进行校正。如有的话，从空调器和自动变速器来的输入信号也用来进行修正以及为闭环怠速控制提供补充支持。图3：带软管接头的旁路执行器图4：歧管安装的旁路执行器45执行器的调节可以用三种调节执行元件的方法来调节怠速。空气控制经过实践证明的控制方法是使用节气门旁路通道来调节空气流量，或者使用可变节气门调节装置或节气门电子控制装置中所用的直接执行器来调节节气门本身。旁路执行器设计为用软管连接，通节气门的旁路通道包括空气软管和一个执行器（图3）。更先进的旁路执行器是直接安装的，这种旁路空气调节装置是通过法兰直接安装在节气门总成上。图4是直接安装的单线圈旋转执行器的例子。旁路执行器的一个缺点是它们增加节气门本身的空气泄漏量。一旦发动机过了磨合期，通过节气门和旁路执行器的空气量总和可能远远超过发动机怠速时所需的空气量，这时怠速调节就不再有效。当采用调节节气门本身的方法来调节空气流量时，这种不利情况不再存在。怠速节气门装置使用一个电动马达和传动齿轮来改变节气门怠速调节装置的位置（图5）。在大容量进气歧管的系统中使用空气流量调节时，会发生怠速反应延迟现象。调节点火提前角第二种方法（反应速度更快）是调节点火提前角。使用对转速敏感的点火提前系统对发动机转速下降作出反应，通过增加点火提前角来提高扭矩。混合气成分严格的排放控制法规和实际可能性的限制范围使得混合气调节方法变得几乎没有意义。运行工况图5：含有怠速执行器的节气门总成46MotronicLambda闭环控制三元催化转换器对废气的机后处理是降低有害废气排放的一个有效方法。催化转换器将三种污染成分CO、HC和NOx转化为H2O、CO2和N2。控制范围同时转化以上三种成分气体的范围非常的窄：“Lambda窗口”λ＝0.99－1，这意味着闭环Lambda控制异常关键。催化转换器上游的排气系统中装有一个Lambda氧传感器，它监测那里废气的氧含量。稀混合气（λ﹥1）使传感器产生的电压大约为100mV，而浓混合气（λ﹤1）使传感器产生的电压大约为800mV。当λ＝1时，传感器电压从一个水平突然跳到另一水平（图6）。ECU使用空气质量流量计和被监测发动机的转速信号来生成一个喷油信号。同时，它还利用λ氧传感器信号来产生一个λ补充控制因子，以修正喷油时间。运行λ氧传感器必须先开始工作，λ闭环控制电路才能起作用。有一个辅助鉴别电路连续进行监测。氧传感器不热或电路损坏（断路或短路）会产生不可信的电压信号，ECU拒绝接受这种信号。大多数系统使用加热λ传感器，仅需30秒钟它就进入工作状态。冷发动机要求混合气较浓（λ﹤1）以使怠速平稳。因此，在达到一个设定的温度后λ闭环控制电路才被激活。一旦λ控制被激活，ECU就使用一个比较器将来自传感器的信号转化成二进制信号。控制器对输入信号（λ﹥1＝混合气过稀，或λ﹤1＝混合气过浓）作出反应，修正控制变量（起初突变然后缓变），相应调节喷油时间（延长或缩短）。控制因子对连续数据传输发生反应，产生一个恒定的振荡（图7）。振荡持续时间由气流次数决定，而“倾斜攀升”在负荷转图7：λ闭环控制电路示意图1空气质量流量流计，2发动机，3aλ氧传感器1，3bλ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喷油量空气排气燃油废气排放，传感器电压图6：对于降低排放的λ氧传感器的闭环控制范围－－－无催化转换器――――有催化转换器λ－控制范围氧传感器响应曲线过量空气系数λ47速范围内很大程度地维持着恒定振幅，尽管气体流过的时间在变化。λ转移最佳转换范围和氧传感器电压的突变不是精确重合的。可以使用一个非对称控制振荡方法来使混合气转移到最佳范围（λ＝1）。非对称可以通过两种方法获得，一种是氧传感器电压发生突变（从稀到浓）后延迟接入控制因子，另一种是给出一个非对称突变。从稀突变到浓时氧传感器中电压的跃变情况与从浓到稀突变时的情况是不同的。使预先设定值适应λ闭环控制λ闭环控制系统是根据氧传感器以前的测量值修正随后的喷油过程，因此对气流流过的时刻而言不可避免地存在一个滞后。由于预先控制的不正确，使得接下来运行点的λ值偏离1。使闭环控制系统采集新的循环数据可以缓解以上情况。所以需要一个特殊的预先控制机构来保持达到排放要求。预先控制在适应发动机的过程中确定，并将λ响应曲线存入ROM。但是，由于在车辆寿命期内可能出现漂移，所以可能需要进行修改。燃油质量和密度的变化是漂移因素之一。当λ控制器在一定的负荷和发动机转速范围内一直重复相同的修正时，预先控制适应机构就辨认出这种状态，它将预先控制修正到这一范围并在RAM存储片中（带不间断电流供给）记录下这个修正。因此，修正后的预先控制在下一次起动时可以立即响应，直到λ闭环控制系统开始工作。永久记忆存储器也能被辨认出电流中断，然后以零缺省值重新开始自适应过程，提供运