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博世公司汽车电子技术简介之十
作者: 周应军 来源: 汽车与配件杂志 日期: 2001年第21/22期

博世公司在汽油发动机电子控制领域处于世界领先地位,其汽油机电控产品几乎覆盖了发动机所有的电控系。不论发动机制造商是计划开发新款机型,或是对现有产品进行升级优化,博世都能为此提供成套可行的解决方案。

一、发动机管理系统Motronic ME7

Motronic是博世发动机管理系统的拳头产品。该系列产品自80年代推出以来,一直在汽油机电控领域扮演着重要的角色。其中,博世最新推出的Motronic ME7产品采用了多参数控制技术,不仅能够进行精确的扭矩控制,而且还可以进一步降低油耗和排放。同时,ME7产品所采用的开放式设计理念为产品的功能拓展开辟了广阔的空间。在ME7基础上开发的发动机管理系统可以具有发动机干预的主动安全功能、满足更为苛刻的排放标准及适应直喷技术发展的潮流。

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1. 发动机输出扭矩控制

传统的发动机管理系统通常以扭矩作为系统的运算结果,而Motronic ME7却另辟蹊径,以扭矩作为系统运算的起点。ME7系统运行时,系统必须首先计算出很确切的扭矩数值:然后在实现最低排放和油耗的前提下产生该扭矩,即ME7系统可以实现精确的扭矩控制。

在行车过程中,驾驶者的输入指令是ME7系统的运算起点。起先,加速踏板模块中的踏板行程传感器通过两个电位计将行程信息转换为电子模拟信号并输入系统;接着,ME7系统将该信号转换为特定的扭矩数值,以此作为系统控制的基础。同时,诸如电子稳定程序控制系统ESP及牵引力控制系统TCS等辅助系统也会对扭矩数值产生影响。另外,如空调压缩机、起动机、怠速控制及催化转化器加热等负荷也会增加所需的扭矩数值。当然,对发动机产生保护作用的系统功率损耗也是不可忽略的,如对温度和转速进行限值的系统等。最终,由Motronic ME7系统对上述的扭矩需求进行综合管理和控制,通过精确控制节气门开度、燃油喷射量及点火角等多参数宋产生所需求的扭矩。例如,当ESP系统探测到车辆即将发生甩尾时,ESP系统将自动降低发动机的输出扭矩而忽略驾驶者不适当的输入指令,从而有效提高了行车的安全性和舒适性。

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2. 车载诊断技术

保证发动机电控系统运行的稳定性和可靠性是发动机管理系统的基础和核心。近年来,加州空气资源局(CARB)、国家环境保护署(EPA)及欧洲相关机构都非常关注车载诊断技术,这无疑也大大促进了该技术进一步的深化和推广。

博世车载诊断OBD(On—Board Diagnostics)系统对发动机所有的系统和部件进行全程实时监控。当某一系统或部件发生故障时,系统即刻自行启用该系统的安全替代参数,并通过仪表板警示灯的显示提醒驾驶者及时检修车辆,从而有效保证了系统的安全性和可靠性。当汽车送至维修站后,维修人员可以使用专用的解码器读出故障代码,极大提高了故障诊断的工作效率。例如,当Motronic ECU诊断出催化转化器发生故障时,系统将自行启动仪表板上相应的警示灯来提醒驾驶者。又如,OBD可以诊断出燃油箱的燃油蒸发。系统通过一只活性炭罐来收集燃油蒸气,然后经由截止阀和炭罐清洗阀将燃油输送回发动机的燃油系,进而减少了排放并降低了油耗。

博世OBD是Motronic系统的基本功能之一。随着Motronic系统在汽车工程中的大量应用,其车载诊断技术也越来越为人们所熟知。

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3. 空燃比的控制

空燃比对发动机性能有决定性的影响。为了获得最佳的排放水平,必须实现λ=1的理想空燃比。事实上,理想的空燃比并不等同于最佳的排放,因为排放后处理对空燃比有着特殊的要求。

三效催化转化器是最主要的排放后处理装置,其转换效率与工作温度及空燃比之间存在着密切的关联关系。为了实现理想的催化效果,博世采用了电加热催化转化器。此时,系统将需要富燃的混合气(空燃比λ<1),以实现在排气管或催化转化器内完成HC的后燃烧(Afterburning),最终降低HC的排放。

博世λ空燃比A/F闭环控制系统可以有效提高催化转化器的催化效率。其中,安装在发动机与转化器之间的氧传感器可以探测出废气中的氧含量。另外,在转化器之后安装的“Cat-back”传感器能够进一步提高排放系统的长期稳定性。实践证明λ闭环控制系统具有车辆全寿命持续稳定的低排放特征。

4. 氧传感器

博世新一代的宽带氧传感器不仅具备优良的启动特性,而且还具有较强的高温性能。配备该传感器的新车可以实现超低排放ULE,甚至已经达到了欧洲4号排放标准。现在,博世公司正在研制开发用于探测废气中NOx及其他成分的传感器,以满足人类社会绿色环保的需求。

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5. 废气再循环技术EGR

废气再循环技术EGR(Exhaust Gas Recirculation)可以显著降低废气中NOx的排放。EGR属于Motronic系统的基本功能之一,即将部分废气引入新鲜的混合气中,不仅提高了系统的燃烧效率,而且还降低了排放。

废气再循环技术EGR(ExhaustGas Recirculation)可以显著降低废气中NOx的排放。EGR属于Motronic系统的基本功能之一,即将部分废气引入新鲜的混合气中,不仅提高了系统的燃烧效率,而且还降低了排放。

另外,Motronic系统具有二次空气喷射功能,从而降低催化转化器加热阶段的HC和CO排放。

6. 博世火花塞

博世火花塞具有延展的持续点火时间,提高了点火可靠性,保证了发动机的流畅运转,并有利于降低

H C的排放。其中,博世超级四触点火花塞是一典范。

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7. 空气流量计

博世最新的热膜式空气质量流量计HFM 5(Hot-Film air-mass Meters)可以精确且高速地转换出进气歧管的空气流量。其中,HFM 5中的传感器元件是由厚度为微米级的硅晶片经蚀刻而成的超微型机构。另外,该传感器还能够探测出进气歧管中的回流现象。

8. 电子节气门

博世电子节气门ETC是Motronic ME 7全电子驱动的组成之一。ETC不仅提高了发动机全工况下的输出扭矩,而且还支持ABS及TCS对输出扭矩实时控制的需要,即ETC可以接收上述主动安全系统的输入信号。ETC系统主要由节气门阀、执行器及节气门开度传感器等组成。其执行器是—只大力矩、小电流轻量化的直流电机。

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9. 加速踏板模块

博世加速踏板模块采用了机电一体化结构,集成了加速踏板行程传感器、怠速及全速限位装置等。另

外,其自动跳合开关的输出信号是变速器换档策略的重要参数之一,将作为输入信号而传递到自动变速器的控制系统中。

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10. 进气模块

博世发动机管理系统的进气系统采用了模块化设计手法,同时还集成了ECU技术,因而有效简化了进气系统的结构。进气模块主要由执行器和传感器组成。主要构成部件包括集成了热膜式空气流量计的空气滤清器、电子节气门总成、燃油输送管道及喷油器等。

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11. 数据传输技术

博世Motronic ME7系统的ECU、执行器及传感器通过控制器区域网CAN的数据总线与其它系统进行数据传输,从而能够简化系统的布局设计、减少系统的布线长度。所以系统具有结构紧凑、成本低及量轻等优点。

CAN对传输的数据具有实时检测和自动校验等功能。虽然每一具体的子系统都可以接收所有的传输数据,但是其也只能对相关数据进行处理,而不会对其它数据产生任何干扰,有效保证了系统的稳定性和可靠性。

12. Motronic ECU

博世公司在汽油机喷射技术领域已有半个多世纪的历史。从1967年的电子喷射系统D-Jetronic,到1979年推出的Motronic系列,博世公司以其锐意进取、不断革新的精神推动了发动机电子控制技术的突飞猛进。其中,Motronic系列产品已经从1979年版发展到现今的ME7,功能愈加强大、但结构却越来越紧凑。

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13. Motronic NE7的通用性

博世Motronic ME7是以既定扭矩为基础的发动机管理系统,通过适量的燃油喷射来实现驾驶者输入指令所对应扭矩的输出。ME7改善了发动机的性能,并有多种工作模式可供选择。ME7不仅适用于不同车型,而且通过功能拓展后还可以用于动力传动系的管理。其所具有的通用性提高了整车制造厂适应市场的灵活性。

ME7可以通过程序设定来满足不同的个性化需求。例如,通过配备不同的扭矩过滤器使发动机表现出不同的工作特性,从而满足诸如强劲或柔顺等不同的个性需求。

二、发动机管理系统Motronic MED7

60多年前,博世公司便研制出第一代汽油发动机直喷系统,起初这种机械式的控制系统仅应用在航空发动机上,之后才逐步推广到汽车工程中。其中,奔驰300SL就是首开先河的典范。

DI- Motronic MED7是博世公司第一代直喷扭矩控制的电子发动机管理系统,其工作原理与ME7系统基本相同:电子节气门ETC首先将驾驶者的输入指令转换为电子信号:然后由该电子信号控制节气门阀的开度。MED 7接收来自各方面的扭矩需求量,然后确定所需求的扭矩总量,最终系统在保证发动机输出所需扭矩的前提下,实现油耗及排放水平的最优化。

博世DI-Motronic MED7系统通过对燃油喷射量、进气量及喷射角度的合理匹配来保证从均质燃烧(Homogeneous)到分层燃烧(Stratified)等各工况下发动机输出扭矩的稳定性。另外,在稀薄燃烧工况下MED7的NOx排放非常低。

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1. 非满载工况下的经济运行模式

当汽车进行非满载工况行驶时,MED7在压缩行程中喷射燃油,并且仅在火花塞附近区域形成可燃混合气。燃烧将从该区域扩散到其它浓度较稀薄的部位,这种分层燃烧技术可以将精确定量的混合气在燃烧室内进行完全燃烧。同时,由于分层燃烧技术减少了燃烧室壁的热量损耗,因而提高了燃烧过程的热动力效率。另外,当汽车处于低速或怠速工况行驶时,MED 7将打开节气门,从而避免空气进入节气门造成的功率损耗。

总之,在非满载工况下MED7将通过控制燃油喷射量达到期望的输出扭矩值。此时,MED7发动机管理系统采用分层燃烧技术来降低油耗,从而保证车辆按照经济模式行驶。

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2. 满载工况下的动力运行模式

当汽车进行满载工况行驶时,MED7在吸气行程中喷射燃油,在燃烧室内形成理想配比λ=1的均质可燃混合气。初始喷射形成的混合气处于冷态(具有较高的密度),该混合气经过压缩行程的充分混合和升温,达到理想的燃烧状态。所以在满载工况下,MED 7可以降低油耗(相对于传统的发动机)和提高输出功率,从而满足动力运行的需求。

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3. 排放控制

在MED7发动机管理系统的控制下,汽车CO2的排放极低,已经达到了比现行标准更为严格的排放法规的要求。

当汽车进行非满载工况行驶时,可以通过应用废气再循环技术EGR来降低NOx的排放。同时,MED7还采用了NOx催化转换器以满足未来更为严格的排放法规对NOx的排放限制。在稀薄燃烧时,NOx将被收集到NOx催化转换器中。当MED7将燃烧状态设为均质燃烧时,NOx催化转换器中的NOx将被还原为氮和氧元素,从而实现NOx催化转换器的再生。

4. 燃油供应

MED 7采用了共轨燃油输送系统,其共轨油道内由高压泵生成的燃油压力可达120bar。MED7可以精确控制燃油的喷射时刻和持续时间,其喷油器采用了高速电磁控制技术,有力保证了燃油喷射量的精确控制。

5. 燃油经济性

MED7系统可以在均质燃烧和分层燃烧两种工况之间进行快速切换(在驾驶者毫无察觉的情况下),优先以经济模式行驶,相应提高了系统的燃油经济性。与传统的进气管喷射系统相比,MED7直喷系统提高燃油经济性可达20%。

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6. 动力性

MED 7发动机管理系统在关注油耗和排放的同时,并没有忽略人们对驾驶动力性的需求。与传统的进气管喷射系统相比,博世MED 7直喷系统可以增强动力达5%,这主要是通过应用提高压缩比和使均质燃烧初期混合气体处于冷态等技术来实现。

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(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:elizabeth)

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