對ME7系統啟動邏輯的分析

吳建軍，刁健

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230022）

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對ME7系統啟動邏輯的分析

吳建軍，刁健

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230022）

自上世紀以來，汽車工業的飛速發展使得世界汽車保有量急劇增加。汽車工業的發展，推動了人類社會的快速進步。然而，汽車在給人類帶來交通便利和社會繁榮的同時，也給環境造成了巨大的危害。截止上世紀70年代，汽車的排放污染物己經成為城市中最主要的大氣污染源。根據目前的排放法規，新車出廠必須經過冷啟動的各項測試，而冷啟動作為發動機的一個特殊而重要的工況，受到了越來越多的整車生產廠及各大研究機構的重視。基于上述原因，文章展開了對一款正處于研發階段的汽油機啟動性能的研究工作，并詳細的分析了汽油機的ME7管理系統，了解重要的傳感器執行器，分析控制系統針對冷啟動階段的控制策略。

排放；冷啟動；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

相對于穩態工況而言，汽油機冷啟動過程具有其特殊性，引起排放較高的原因主要在于以下幾方面。首先，汽油機冷啟動過程中環境溫度以及發動機本身的進氣系統、冷卻液、缸壁等溫度都比較低，燃油不能完全蒸發，一部分在進氣道、進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，冷啟動階段的排氣溫度是隨時間增加的，所以三元催化轉換器以及用于閉環控制的氧傳感器在開始階段尚未達到工作溫度，使得大量有害氣體未經轉換處理而直接排入大氣；另外，在環境溫度及發動機溫度都較低的情況下，潤滑油粘度增加，致使摩擦損失增大，因此冷啟動過程的燃油消耗量也較高。研究表明，在汽油機冷啟動階段，排氣中的CO主要取決于汽油機的空燃比；而HC主要來源于發動機的失火、火焰不完全傳播、濕壁、余隙效應以及壁面淬熄等因素。而通過調試和優化電控系統的控制參數，使發動機達到最佳性能的過程，是將電控系統應用于發動機開發階段中的重要部分。在一個電控系統軟件和硬件模式基本確定的前提下，發動機能否發揮出綜合最優的性能，基本上取決于對電控系統控制參數的精細標定，使發動機按照最優的控制參數運行。

如前所述，本文對德國BOSCH公司生產的ME7系統的啟動邏輯進行分析，使匹配過程中發動機性能達到最佳狀態，以滿足排放法規。

1、ME7管理系統的組成及功能

1.1ME7管理系統的組成

圖1　ME7系統組成示意圖

ME7發動機管理系統包括三個部分：

傳感器：負責記錄當前發動機和車輛運行的各種數據以及駕駛者的駕駛意愿；

執行機構：點火式發動機管理系統所需要的所有伺服單元或終端控制單元；

中央電控單元：對傳感器信進行采集處理并生產相應的輸出信號。

ME7系統的電控單元(EMS ECU)采用了兩片高性能CPU，大容量的閃存(FlashMemory)，在提高系統運行處理能力和程序、匹配數據升級方面有明顯的提高。電控單元中的CPU還集成了CAN總線控制器，與車內其它電子控制系統組成了 CAN總線網絡，進一步提高了系統性能，并同時也為診斷和維修提供了方便。此外，ME7系統集成了眾多先進的傳感器和執行器，可以更加準確、可靠地測量和執行動作，所有這些都為提高整個汽車的綜合性能奠定了堅實的基礎。

1.2ME7管理系統的功能

ME7發動機管理系統的基本功能是根據駕駛者的意愿設置相應的扭矩輸出。具體地說，就是利用加速踏板位置傳感器反映當前駕駛者的駕駛意愿，中央電控單元將認為當前的加速踏板位置傳感器的測量值對應著一個特定的輸出扭矩，為了獲得這個對應的扭矩，中央電控單元將在采集各類發動機工況參數和車輛運行參數的基礎上，協調各個輸出控制信號，如：氣缸進氣量、噴油量、點火正時等，以達到要求的輸出扭矩，同時系統將監測當前運行參數的變化情況。

ME7系統的基本控制功能包括:分缸順序噴射、采用無分電器點火控制系統、增量系統的速度測量、節氣門位置測量、采用空氣流量計的負荷測量、氧傳感器空燃比、閉環控制、碳罐閉環控制、混合氣自適應控制、排溫保護模型、基于模型的過渡工況自適應控制、基于模型的扭矩控制、怠速閉環控制、進排氣 VVT閉環控制、催化器加熱控制、分缸爆震自適應控制、連續可調冷卻風扇控制、空調壓縮機控制、主動巡航控制、車速和發動機轉速限制功能、發動機過熱及其它保護功能等。

同時，ME7系統還可以進行擴展，例如降低Nox排放的排氣再循環控制(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、發動機氣門正時可變(VVT)的凸輪軸控制等。

ME7系統的最主要特點是一個基于發動機理論模型的EMS系統。這個理淪模型主要包括四大子模型：

第一，充氣計算模型：通過所包含的殘余廢氣子模型、排氣背壓子模型及進氣溫度子模型等可以精確計算出發動機每循環的實際充氣質量，作為扭矩控制及噴油計算的基礎；

第二，負荷預測模型：基于進氣歧管壓力梯度的變化，在噴油前預測出本循環的實際充氣量作為動態工況油膜計算的基礎；

第三，扭矩計算模型：建立在實測基礎上的包含點火定時及空燃比變化的扭矩模型，是貫穿此系統的主線；

第四，排溫保護模型：建立在實測基礎上的排氣溫度模型包含了空燃比、點火定時及環境溫度變化對其的影響，能夠更好地平衡催化器保護與油耗之間的矛盾。

另外，ME7系統采用了電子節氣門(EleetronicThrottlee Control，簡稱 ETC)，使得發動機的進氣量不直接由加速踏板來控制，而是由電控單元采集分析諸多信號后通過控制節氣門開度來精確確定。

2、電控系統的冷啟動的控制策略

2.1冷起動控制策略

ME7發動機管理系統將起動功能分為冷起動、暖機起動、熱起動、起動后、暖機等幾個子模塊。并對于這些子模塊分別設定了各自的噴油和點火的計算邏輯起動的目標一般為快速起動、一次起動成功、HC排放低以及過渡平穩等。

從駕駛員轉動點火鑰匙開始，ECU便等待著第一個轉速信號，當發動機被拖動的轉速超過設定的發動機最小轉速后，則起動條件B_St置位.此時ECU便判定發動機狀態為起動狀態，后續的噴油和點火都是以此為基礎的。當發動機的轉速超過一個與發動機自身溫度 tmot相關的由起動狀態切換到起動后的轉速 NSTNM時，則發動機切換為起動后狀態;同樣，當轉速下落到一個與進氣溫度tans相關的由正常狀態切換到起動狀態的轉速NNSTA時，發動機起動條件B_St重新置位，發動機重新回到起動狀態。這里NNSTA小于NSTNM。

圖2　起動功能分段

2.2起動點火控制

針對本文的研究工況，下面簡要介紹一下ME7管理系統為冷起動過程設定的點火控制策略。圖2所示即為冷起動工況的點火計算模型。起動點火角脈譜圖KFZWSTTM分別以發動機轉速nmot和起動溫度tmst為橫、縱坐標，并與以進氣溫度tans為坐標的修正曲線DZWSTTA的相應值相加，得到起動階段的點火角zwstt。這里面涉及到個標志位Blirein，它是用來判斷起動后進入怠速轉速運轉的標志位，當Bnrein的值為TRUE時，點火時刻的計算將轉入起動后的點火計算模塊。

圖3　起動點火控制

2.3起動噴油控制

為了使冷態的發動機能夠達到適當的燃燒的目的，起動階段的混合氣必須要予以加濃，這里的fstw就是這個起動加濃系數。例如，起動系數為2，則以通常的噴油量與之相乘，這就意味著起動時要噴入通常2倍的油量。起動時刻的噴油功能模塊ESSTT就是專門計算這個加濃系數fstw的。這個系數主要是根據發動機起動時刻的溫度來確定，尤其在寒帶冷起動情況下，最大值甚至可達到30。

3、結束語

本文較為全面的介紹了ME7電控管理系統的基本功能、特點，深入認識到該系統是基于發動機理論模型的管理系統；此外還簡單地介紹了該管理系統的硬件組成，包括重要的傳感器和執行器等元件；最后，詳細地分析了該管理系統冷啟動的基本策略，尤其是冷起動階段的點火和噴油控制邏輯，為排放的匹配工作做好很好的鋪墊。

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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中心。

U461

A

1671-7988（2016）06-93-03