介绍Motronic发动机管理系统(II)

开始正常转动，燃油的补充量即会减少，而一
游。二次空气泵可以提供额外空气。当温度足够
旦发动机开始运转，即会取消燃油补充。
高时，这些过量的空气将会促进排气系统中的
在起动期间，点火提前角也需要特别调整，
HC 和 CO 的氧化，并在瞬间产生所需要的高排
调整是按照发动机温度和转速来进行的。
气温度（图 1）。
起动后阶段
稀混合气（λ﹥1）使传感器产生的电压大
控制器对输入信号（λ﹥1＝混合气过稀，或
约为 100mV，而浓混合气（λ﹤1）使传感器产 λ﹤1＝混合气过浓）作出反应，修正控制变量（起
生的电压大约为 800mV。当 λ＝1 时，传感器 初突变然后缓变），相应调节喷油时间（延长或
电压从一个水平突然跳到另一水平（图 6）。 缩短）。控制因子对连续数据传输发生反应，产
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。
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。
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
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。
特殊的喷油正时。按照发动机的温度，为了在
与推迟点火正时相结合将会提高排气温度。另一
进气歧管壁面上加快形成油膜，需要增加喷油
个提高排气温度的方法是采用浓混合气预热以
量，因此，在发动机加速到正常转速期间，需
及二次空气喷射。这里，在发动机起动后的很短
补足发动机所需的更多的燃油量。只要发动机
时间内将空气通过排气门喷射到排气系统的下
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
控制范围
钟它就进入工作状态。
同时转化以上三种成分气体的范围非常的
冷发动机要求混合气较浓（λ﹤1）以使怠速
规定值
一次电流
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，
时间
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控制点火提前角
就能够将扭矩、排放、燃油耗、爆震倾向和行 处理运行
含有各种发动机负荷和转速的基本点火时 驶性能等相互作用的效果一起考虑进去。在使 数据
间的程序图（program map）被存贮在 Motronic 用二次空气喷射或者废气再循环（EGR）的运
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
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执行器的调节
远远超过发动机怠速时所需的空气量，这时怠
可以用三种调节执行元件的方法来调节 速调节就不再有效。当采用调节节气门本身的
怠速。
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
空气控制
齿轮来改变节气门怠速调节装置的位置（图
运行工况
喷油持续期
行驶距离
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Motronic
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。
这一部分还提供了额外的修正和/或恢复到其它 示可以得到点火提前角处理过程的流程图。
的程序图，以适应所有的运行工况。这样
图 4：计算点火正时
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 否
是 超速断油前的修正
与运行点相关的点火角修正
再开启时的修正
0源自文库
怠速时的点火角修正
变速器调节修正
ECU 的存贮器中。点火提前角已经过优化，以 行期间，以及汽车动态运行期间（例如加速时），
最大限度地减少燃油耗和废气排放。
特殊的点火角度修正系数将发挥作用。
发动机和吸入空气的温度数据（通过传感器
继续考虑各种运行范围（怠速、节气门部
进行监测）是补偿温度偏移所需的修正的基础。 分开启、节气门全开、起动与预热），见图 4 所
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。
通过节气门和旁路执行器的空气量总和可能
运行工况
图 5：含有怠速执行器的节气门总成
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Motronic
Lambda 闭环控制
运行
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 。
－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。
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
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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。
ECU 使用空气质量流量计和被监测发动机 生一个恒定的振荡（图 7）。振荡持续时间由气流
的转速信号来生成一个喷油信号。同时，它还 次数决定，而“倾斜攀升”在负荷转
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。
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
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。
门的旁路通道包括空气软管和一个执行器 提前角。使用对转速敏感的点火提前系统对发
（图 3）。更先进 的旁路执行器是直接安装的， 动机转速下降作出反应，通过增加点火提前角 这种旁路空气调节装置是通过法兰直接安装 来提高扭矩。
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，
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。
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。
Motronic
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)：
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。
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。
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
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
窄：“Lambda 窗口”λ＝0.99－1，这意味着闭 平稳。因此，在达到一个设定的温度后 λ 闭环控
环 Lambda 控制异常关键。
制电路才被激活。
催化转换器上游的排气系统中装有一个
一旦 λ 控制被激活，ECU 就使用一个比较器
Lambda 氧传感器，它监测那里废气的氧含量。 将来自传感器的信号转化成二进制信号。
经过实践证明的控制方法是使用节气门 5）。在大容量进气歧管的系统中使用空气流量
旁路通道来调节空气流量，或者使用可变节 调节时，会发生怠速反应延迟现象。
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。
调节点火提前角
旁路执行器设计为用软管连接，通节气
第二种方法（反应速度更快）是调节点火
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 CO 排放
过量空气系数λ
过量空气系数λ
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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。
λ－控制范围
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，3a λ 氧传感 器 1，3b λ 氧传感器 2（按要求配置），4 催化 转换器，5 喷油器，6 ECU。Us 氧传感器电压，
Uv 喷油器控制电压，VE 喷油量
空气
排气
废气排放，传感器电压
氧传感器 响应曲线
燃油
过量空气系数 λ
爆震控制的点火角修正
0 点火提前角极限
点火点
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Motronic 运行工况
整。起动后阶段在平缓地过渡到预热阶段后结 束。
起动
预热阶段
在起动过程中，需要采用专门的计算来确
预热阶段可以使用不同的方法，这取决于发
定喷油量。
动机和排放控制系统的设计，所依据的准则是驱
此外，对于初次的喷油脉冲，还需要使用
动性能、尾气排放和燃油经济性。稀混合气预热