对ME7系统启动逻辑的分析

吴建军，刁健

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230022）



对ME7系统启动逻辑的分析

吴建军，刁健

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230022）

自上世纪以来，汽车工业的飞速发展使得世界汽车保有量急剧增加。汽车工业的发展，推动了人类社会的快速进步。然而，汽车在给人类带来交通便利和社会繁荣的同时，也给环境造成了巨大的危害。截止上世纪70年代，汽车的排放污染物己经成为城市中最主要的大气污染源。根据目前的排放法规，新车出厂必须经过冷启动的各项测试，而冷启动作为发动机的一个特殊而重要的工况，受到了越来越多的整车生产厂及各大研究机构的重视。基于上述原因，文章展开了对一款正处于研发阶段的汽油机启动性能的研究工作，并详细的分析了汽油机的ME7管理系统，了解重要的传感器执行器，分析控制系统针对冷启动阶段的控制策略。

排放；冷启动；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

相对于稳态工况而言，汽油机冷启动过程具有其特殊性，引起排放较高的原因主要在于以下几方面。首先，汽油机冷启动过程中环境温度以及发动机本身的进气系统、冷却液、缸壁等温度都比较低，燃油不能完全蒸发，一部分在进气道、进气门和气缸壁等处形成油膜，致使燃油不完全燃烧的比例较大，排放量急剧增加；其次，冷启动阶段的排气温度是随时间增加的，所以三元催化转换器以及用于闭环控制的氧传感器在开始阶段尚未达到工作温度，使得大量有害气体未经转换处理而直接排入大气；另外，在环境温度及发动机温度都较低的情况下，润滑油粘度增加，致使摩擦损失增大，因此冷启动过程的燃油消耗量也较高。研究表明，在汽油机冷启动阶段，排气中的CO主要取决于汽油机的空燃比；而HC主要来源于发动机的失火、火焰不完全传播、湿壁、余隙效应以及壁面淬熄等因素。而通过调试和优化电控系统的控制参数，使发动机达到最佳性能的过程，是将电控系统应用于发动机开发阶段中的重要部分。在一个电控系统软件和硬件模式基本确定的前提下，发动机能否发挥出综合最优的性能，基本上取决于对电控系统控制参数的精细标定，使发动机按照最优的控制参数运行。

如前所述，本文对德国BOSCH公司生产的ME7系统的启动逻辑进行分析，使匹配过程中发动机性能达到最佳状态，以满足排放法规。

1、ME7管理系统的组成及功能

1.1ME7管理系统的组成

图1　ME7系统组成示意图

ME7发动机管理系统包括三个部分：

传感器：负责记录当前发动机和车辆运行的各种数据以及驾驶者的驾驶意愿；

执行机构：点火式发动机管理系统所需要的所有伺服单元或终端控制单元；

中央电控单元：对传感器信进行采集处理并生产相应的输出信号。

ME7系统的电控单元(EMS ECU)采用了两片高性能CPU，大容量的闪存(FlashMemory)，在提高系统运行处理能力和程序、匹配数据升级方面有明显的提高。电控单元中的CPU还集成了CAN总线控制器，与车内其它电子控制系统组成了 CAN总线网络，进一步提高了系统性能，并同时也为诊断和维修提供了方便。此外，ME7系统集成了众多先进的传感器和执行器，可以更加准确、可靠地测量和执行动作，所有这些都为提高整个汽车的综合性能奠定了坚实的基础。

1.2ME7管理系统的功能

ME7发动机管理系统的基本功能是根据驾驶者的意愿设置相应的扭矩输出。具体地说，就是利用加速踏板位置传感器反映当前驾驶者的驾驶意愿，中央电控单元将认为当前的加速踏板位置传感器的测量值对应着一个特定的输出扭矩，为了获得这个对应的扭矩，中央电控单元将在采集各类发动机工况参数和车辆运行参数的基础上，协调各个输出控制信号，如：气缸进气量、喷油量、点火正时等，以达到要求的输出扭矩，同时系统将监测当前运行参数的变化情况。

ME7系统的基本控制功能包括:分缸顺序喷射、采用无分电器点火控制系统、增量系统的速度测量、节气门位置测量、采用空气流量计的负荷测量、氧传感器空燃比、闭环控制、碳罐闭环控制、混合气自适应控制、排温保护模型、基于模型的过渡工况自适应控制、基于模型的扭矩控制、怠速闭环控制、进排气 VVT闭环控制、催化器加热控制、分缸爆震自适应控制、连续可调冷却风扇控制、空调压缩机控制、主动巡航控制、车速和发动机转速限制功能、发动机过热及其它保护功能等。

同时，ME7系统还可以进行扩展，例如降低Nox排放的排气再循环控制(EGR)、降低HC排放的二次空气喷射控制、CAN总线控制、防盗功能、涡轮增压控制、发动机气门正时可变(VVT)的凸轮轴控制等。

ME7系统的最主要特点是一个基于发动机理论模型的EMS系统。这个理沦模型主要包括四大子模型：

第一，充气计算模型：通过所包含的残余废气子模型、排气背压子模型及进气温度子模型等可以精确计算出发动机每循环的实际充气质量，作为扭矩控制及喷油计算的基础；

第二，负荷预测模型：基于进气歧管压力梯度的变化，在喷油前预测出本循环的实际充气量作为动态工况油膜计算的基础；

第三，扭矩计算模型：建立在实测基础上的包含点火定时及空燃比变化的扭矩模型，是贯穿此系统的主线；

第四，排温保护模型：建立在实测基础上的排气温度模型包含了空燃比、点火定时及环境温度变化对其的影响，能够更好地平衡催化器保护与油耗之间的矛盾。

另外，ME7系统采用了电子节气门(EleetronicThrottlee Control，简称 ETC)，使得发动机的进气量不直接由加速踏板来控制，而是由电控单元采集分析诸多信号后通过控制节气门开度来精确确定。

2、电控系统的冷启动的控制策略

2.1冷起动控制策略

ME7发动机管理系统将起动功能分为冷起动、暖机起动、热起动、起动后、暖机等几个子模块。并对于这些子模块分别设定了各自的喷油和点火的计算逻辑起动的目标一般为快速起动、一次起动成功、HC排放低以及过渡平稳等。

从驾驶员转动点火钥匙开始，ECU便等待着第一个转速信号，当发动机被拖动的转速超过设定的发动机最小转速后，则起动条件B_St置位.此时ECU便判定发动机状态为起动状态，后续的喷油和点火都是以此为基础的。当发动机的转速超过一个与发动机自身温度 tmot相关的由起动状态切换到起动后的转速 NSTNM时，则发动机切换为起动后状态;同样，当转速下落到一个与进气温度tans相关的由正常状态切换到起动状态的转速NNSTA时，发动机起动条件B_St重新置位，发动机重新回到起动状态。这里NNSTA小于NSTNM。

图2　起动功能分段

2.2起动点火控制

针对本文的研究工况，下面简要介绍一下ME7管理系统为冷起动过程设定的点火控制策略。图2所示即为冷起动工况的点火计算模型。起动点火角脉谱图KFZWSTTM分别以发动机转速nmot和起动温度tmst为横、纵坐标，并与以进气温度tans为坐标的修正曲线DZWSTTA的相应值相加，得到起动阶段的点火角zwstt。这里面涉及到个标志位Blirein，它是用来判断起动后进入怠速转速运转的标志位，当Bnrein的值为TRUE时，点火时刻的计算将转入起动后的点火计算模块。

图3　起动点火控制

2.3起动喷油控制

为了使冷态的发动机能够达到适当的燃烧的目的，起动阶段的混合气必须要予以加浓，这里的fstw就是这个起动加浓系数。例如，起动系数为2，则以通常的喷油量与之相乘，这就意味着起动时要喷入通常2倍的油量。起动时刻的喷油功能模块ESSTT就是专门计算这个加浓系数fstw的。这个系数主要是根据发动机起动时刻的温度来确定，尤其在寒带冷起动情况下，最大值甚至可达到30。

3、结束语

本文较为全面的介绍了ME7电控管理系统的基本功能、特点，深入认识到该系统是基于发动机理论模型的管理系统；此外还简单地介绍了该管理系统的硬件组成，包括重要的传感器和执行器等元件；最后，详细地分析了该管理系统冷启动的基本策略，尤其是冷起动阶段的点火和喷油控制逻辑，为排放的匹配工作做好很好的铺垫。

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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

吴建军，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

U461

A

1671-7988（2016）06-93-03