现代缸内直喷式汽油机(八)

现代缸内直喷式汽油机(八)

(接上期)

2.6电子控制系统

2.6.1基本概况和要求

如前面所述，均质燃烧直喷式汽油机由于运行状况与进气道喷射汽油机相似，因此无论是排气后处理系统还是电控系统都与后者相仿，变得较为简单。而分层稀燃直喷式汽油机则由于必须在部分负荷工况充量分层和中高负荷工况均质混合汽这两种运行方式之间瞬态转换，并且所应用的NOx 吸附催化转化器的吸附和再生过程又必须在稀和浓混合汽之间周期性地转换，因此对发动机电控系统提出了更高的特殊要求。为此，下面以Bosch公司专门为缸内分层稀燃直喷式汽油机开发的电控系统为例，简要介绍其控制策略和系统概况。

Bosch公司在ME7型进气道喷射汽油机电控系统的基础上，专门为缸内分层稀燃直喷式汽油机新开发了Motronic MED7型电控系统。由于ME7型电控系统采用的是基于扭矩控制的先进的控制策略，这就为用于缸内直喷式汽油机提供了有利的前提条件。为了充分挖掘缸内汽油直接喷射的所有潜力，电控系统必须能最大限度地对所有调节参数进行自

由控制，同时又能对两种基本的运行方式(图60)进行识别和转换，因此对电控系统提出了以下两个要求：

①喷油始点必须能够根据发动机运行工况在压缩冲程期间的较晚喷油始点和在进气冲程期间的较早喷油始点之间调节；

②必须将进气量调节与加速踏板调节功能分开，以便能够在低负荷工况时节气门全开实现发动机无节流运行，而在高负荷工况时又能用节气门来调节进气空气量。

图14(见本刊今年第4期)示出了Motronic MED7电控系统的主要部件。这种高压喷油系统是一种蓄压式共轨喷射系统，因此燃油能够在任何一个时刻由电控喷油器直接喷入汽缸，同时将进气量调节与加速踏板调节功能分开，分别由电子节气门(EGAS)和加速踏板模块(含“油门”位置传感器)来承担，进气空气质量可由电子节气门(EGAS)自由调节，并应用热膜空气质量流量计来精确测量汽缸吸入的空气质量，而根据行驶负荷所需的发动机输出扭矩的调节(扭矩控制)由加速踏板模块输出相应的信号通知电控单元，并与一个普通的宽带λ传感器来实现混合汽的控制，用于进行λ=1均质运行或分层稀薄运行调节以及催化器再生的精确控制。此外，在热力循环中特别是高EGR率情况下废气再循环的精确调节是特别重要的，因此采用一个进气管压力传感器来进行废气再循环的测量。

2.6.2扭矩控制方式

进气道喷射汽油机用的ME7型电控系统扭矩控制方式。经扩展后构成了MED7型电控系统用于缸内直喷式汽油机，而发动机的指示扭矩被用作为系统的重要接口。这种扭矩控制方式被分成扭矩需求、扭矩协调和扭矩转化三个功能范围，如图61所示。

首先，扭矩的需求是先根据司机的意愿。通过操纵加速踏板来发出最重要的扭矩需求信息。其次，扭矩的协调是由MED7型电控单元协调各种不同的扭矩需求，以便随后对发动机实施所必需的调节指令。这种方式方法具有以下优点：

①由发动机电控系统对扭矩进行总体协调；

②各种功能在其各自的状态上都需要某种大小的扭矩，但各种功能之间无须进行信息交换；

③调节参数平台上的各种功能之间不会相互影响；

④对各种功能都有明确的接口；

⑤这种结构易于扩展，可开发出更多的功能；

⑥由于各个功能组各自的数据之间没有横向连接，因此可简化对发动机的功能匹配。

最后，扭矩的转化就是将扭矩协调的最终结果转化成对进气空气量、喷油和点火角等参数的调节指令，使得发动机能输出所需的扭矩。

2.6.3控制策略

在分层运行时，发动机的指示扭矩几乎与喷油量成正比，而进气空气量和点火角几乎对发动机扭矩没有影响。在均质运行时，与进气道喷射汽油机一样是通过空燃比对发动机起作用的，并且通过点火角的延迟调节能迅速地降低发动机扭矩，此时尽可能转用ME7型进气道喷射电控系统来控制。过量空气系数A的协调承担了λ=1的均质运行和分层稀薄运行之间的转换控制。在均质运行和分层稀薄运行之间转换时，十分重要的是应控制喷油量、进气和点火角使发动机传输给变速器的扭矩保持不变，其中控制节气门的重要功能也直接由ME7型进气道喷射电控系统来承担。

图62示出了在直喷式汽油机上均质运行和分层稀薄运行之间转换的实例。在原本是分层稀薄运行状态向均质运行转换之前，必须将节气门关闭。随着进气管压力的降低，过量空气系数λ值也随之减小。在运行状态转换时须特别注意两个λ极限值：

①在分层稀薄运行时，为避免产生炭烟，其下限值大约为：λ=1.5。

②在均质运行时。考虑到发动机稀薄运行能力有限，其上限值大约为：λ=1.3。

因此，在运行方式转换时必须避开1.3＜λ＜1.5的禁用

区，这在转换时加大喷油量就可以做到，并通过点火角的短时间延迟调节，抑制了发动机扭矩的增大，因而此时不会出现扭矩的突变，使得整个转换过程非常平顺，司机是感觉不到的。

此外，为了对NOx吸附催化转化器的吸附和再生两种工作状态的转换进行控制，电控单元控制软件中应用了一个描述催化器吸附和再生性能的数学模型。但是，十分重要的是发动机这样周期性地转换到仅持续短短几秒钟加浓的均质运行，其转换过程不能使发动机扭矩发生突变。也不能对汽车的行驶性能产生不良的影响。图63作为实际例子示出了某个NOx吸附催化转化器的吸附和再生的变化过程。再生所必需的还原剂的数量(即附加的喷油量)是由宽带λ调节来准备提供的。

2.6.4电控单元

图64示出了BOSCh公司Motronic MED7电控系统电控单元的方框图。与进气道喷射ME7基本型电控单元相比。其主要区别在于为汽油直接喷射集成了控制高压喷油器的驱动级。

该电控单元采用了西门子公司的80C167微处理器，程序和数据存储在Flash-EPROM中，而外围设备功能和驱动级采用了最新二一十进制(BCD)技术的高集成度转换电路。控

制高压喷油器的驱动级具有峰值一保持电流驱动波形的调节功能，通过采用驱动级启动电容器进行高电压控制，以使驱动级获得很短的启动时间。而该启动电容器则用直流，直流变压器充电。(未完待续)