Motronic发动机管理系统(1)

Motronic

发动机管理系统

技术说明书

BOSCH

Motronic发动机管理系统

现代电子学正为汽车设计提供新的发展前景。人们对火花点燃发动机不断提出各种各样的要求，有时这些要求甚至是相互矛盾的。现在满足这些要求（包括高比功率、适度的燃油耗以及低废气排放）成为可能，那就是通过使用若干能对各种运行特性进行优化组合的系统来实现。

分别使用混合气配制系统和点火系统可以解决部分问题，如Jetronic燃油喷射系统控制燃油供给，而电子点火系统提供最佳点火控制。

Motronic组合了这两种系统。电脑根据共同适用的优化准则来控制燃油喷射系统和点火系统。

数字化处理和微处理器使得将大量运行信息转换为预设程序控制喷油和点火的数据成为可能。

安装一个Lambda氧传感器，以及在微处理器（CPU）中集成一个Lambda控制单元，使得Motronic在现在就可以满足将来的排放法规。火花点燃发动机的燃烧

火花点燃或奥托循环

发动机 2

混合气配制

参数 4 适应特定的工况条件 5 混合气配制系统 6

点火

功能和要求10 Motronic发动机管理系统

Motronic：系统概述14 燃油系统16 高压点火电路24 运行数据采集28 运行数据处理38 运行工况42 综合诊断58 ECU（电子控制单元）62 系统接口64

点燃式发

动机的燃

烧

点燃式发动机的燃烧

火花点燃或奥托循环发动机

原理

火花点燃或奥托循环发动机是一种外源点火的内燃机，它将燃油含有的能量转换成动能。

火花点燃发动机使用一个置于燃烧室外部的混合气配制装置来形成空燃混合气（使用汽油或某种燃气）。当活塞下降时，混合气被吸入燃烧室，然后随着活塞的上升被压缩。一个外部点火源以特定的间隔点火，利用火花塞点燃混合气。燃烧过程释放的热能使得气缸内的压力升高，活塞向下推动曲轴，从而提供实际的做功能量（动力）。在每一个燃烧行程之

后，废气被排出气缸，新鲜的空燃混合气又被吸入。对于汽车发动机来说，这种气体的交换通常是根据四冲程原理来设计的，一个完整的循环需要曲轴转动两周。

四冲程原理

四冲程火花点燃发动机使用气门来控制气流。这些气门控制着气缸进气管和排气管的开与关。

第一行程：进气

第二行程：压缩和点火

第三行程：燃烧和作功

第四行程：排气

进气行程

进气门：开，

排气门：关，

活塞运动：向下，

燃烧：无。

活塞向下运动气缸的有效容积增大，通过开启的进气门吸入新鲜空燃混合气。

压缩行程

进气门：关，

排气门：关，

活塞运动：向上，

燃烧：开始点火阶段。

*1 根据Nikolaus August Otto（1832—1891）命名，他在1878年的巴黎世界博览会上展示了第一台四冲程煤气压缩发动机。

图1：往复活塞式发动机的设计思想TDC—上止点，BDC—下止点，V h—气缸工作容积，Vc—最小压缩容积，s—活塞行程。

随着活塞向上运动气缸的有效容积减小，压缩混合气。当活塞到达上止点时，火花塞点燃被压缩后的混合气，燃烧开始。

压缩比用气缸工作容积V h和最小压缩容积V c来计算：

ε=（V h+V c）/V c

压缩比ε的范围根据不同发动机的设计从7：1到13：1。提高压缩比可以提高发动机的热效率，更有效地利用燃油。例如，将压缩比从6：1提高到8：1会使热效率提高12%。压缩比的增加受到爆震（或过早着火）极限的限制。爆震指的是由于压力的过度增加而发生的不可控制的混合气燃烧。燃烧爆震会导致发动机的损坏。采用适当的燃油和燃烧室构造可以改善爆震极限，从而使压缩比达到更高。

作功行程

进气门：关，

排气门：关，

活塞运动：向上，

燃烧：燃烧完成。

当火花塞点燃混合气后，混合气燃烧，温

度增高，气缸压力随之增大，推动活塞向下运

动。活塞运动产生的力通过连杆传给曲轴作

功，这就是发动机动力的实际来源。

发动机转速和扭矩的提高使得输出功率

提高（P=Mω）。

还应配备拥有各种传动比的变速器来使

发动机的功率和扭矩与车辆运行的实际要求

相匹配。

排气行程

进气门：关，

排气门：开，

活塞运动：向上，

燃烧：无。

活塞向上运动将废气（排气）从开启的排气门

排出。然后，重复整个工作循环。进排气门的

开启时间有一定的重叠，这样可以改善气流和

振荡方式以加强气缸的充气和扫气。

火花点燃

或奥托循

环发动机

图2：四冲程火花点燃发动机的工作循环

第一行程：进气第二行程：压缩第三行程：燃烧第四行程：排气

混合气

配制

混合气配制

概述

参数

空燃混合气

火花点燃发动机运行时要求一个特定的空气和燃料比例（空燃比），理论上完全燃烧的理想空燃比值是14.7：1，这被称为化学当量比（理想配比）。混合气的成份需要不断进行调整来满足具体运行工况下发动机的特定要求。

火花点燃发动机的燃油比耗很大程度取决于空燃比。理论上，要达到完全燃烧从而使燃油耗最低，需要过量的空气。但是，实际中过量空气被一些因素所制约，如混合气的着火性和燃烧时间的限制。

对当代的发动机而言，最小燃油耗发生在空燃比大约为15至18公斤空气比1公斤汽油。换言之，就是1升汽油需要10,000升空气来支持其燃烧（如图1所示）。

因为汽车动力装置大多数时间是在节气门部分开启的状态下运行，所以发动机的最低燃油耗就设计在这个区域。在怠速和节气门全开的运行工况下，燃油比例较高的混合气能提供更好的性能。混合气配制系统必须能够满足这些多种多样的要求。过量空气系数

我们选用过量空气系数（或空气比例）λ来表示实际混合气空燃比与理论值（14.7：1）的偏离程度。

λ=吸入空气量/化学当量燃烧所需空气量

λ=1：表示吸入空气量相当于理论要求量。

λ＜1：表示空气较少，混合气浓。当λ=0.85－0.95时，可以提高输出功率。

λ＞1：表示空气过量（混合气稀）。过量空气系数λ=1.05－1.3的范围内，燃油耗降低，但伴随着性能下降。

λ＞1.3：这时混合气不能被点燃，出现失燃现象，导致运行不平稳。

图1：最低燃油比耗燃烧的空燃比

10,000升

空气

1升燃油