联合电子 M7.9.7 电控燃油喷射系统 一、联合电子发动机管理系统（M7.9.7）简介 1、 概述：M7-Motronic 发动机管理系统发动机管理系统通常主要由传感器、微处理器（ECU） 、执行器三个部分组成，对发动机工作 时的吸入空气量、喷油量和点火提前角进行控制。基本结构如图 所示。 图 21 发动机电控系统的组成 在发动机电控系统中，传感器作为输入部分，用于测量各种物理信号（温度、压力等） ， 并将其转化为相应的电信号；ECU 的作用是接受传感器的输入信号，并按设定的程序进行计算处 理，产生相应的控制信号输出到功率驱动电路，功率驱动电路通过驱动各个执行器执行不同的动 作，使发动机按照既定的控制策略进行运转；同时 ECU 的故障诊断系统对系统中各部件或控制 功能进行监控，一旦探测到故障并确认后，则存储故障码，调用“跛行回家”功能，当探测到故 障被消除，则正常值恢复使用。 M7 发动机电子控制管理系统的最大特点是采用基于扭矩的控制策略。扭矩为主控制策 略的主要目的是把大量各不相同的控制目标联系在一起。这是根据发动机和车辆型号来灵活 选择把各种功能集成在 ECU 的不同变型中的唯一方法。M7 发动机电控系统结构如图 22 所 示。 图 22 M7 发动机电控系统结构图 M7 发动机电控系统的基本组件有： 电子控制器（ECU） 怠速调节器 空气质量流量计（视项目而定） 喷油器 进气压力温度传感器（视项目而定） 电子燃油泵 冷却液温度传感器 燃油压力调节器 节气门位置传感器 油泵支架 相位传感器 燃油分配管 转速传感器 碳罐控制阀 爆震传感器 点火线圈 氧传感器 M7-Motronic 发动机管理系统是一个电子操纵的汽油机控制系统，它提供许多有关操作 者和车辆或设备方面的控制特性，系统采用开环和闭环（反馈）控制相结合的方式，对发动 机的运行提供各种控制信号。系统的主要功能有： 1）应用物理模型的发动机的基本管理功能 以扭矩为基础的系统结构 由进气压力传感器空气流量传感器确定汽缸负荷量 在静态与动态状况下改进了的混合气控制功能 闭环控制 燃油逐缸顺序喷射 点火正时， 包括逐缸爆震控制 排放控制功能 催化器加热 碳罐控制 怠速控制 跛行回家 通过增量系统进行速度传感 2）附加功能 防盗器功能 扭矩与外部系统（如传动机构或车辆动态控制）的联接 对几种发动机零部件的控制 提供给匹配， EOL-编程工具与维修工具的界面 3）在线诊断 OBD II 完成一系列 OBD II 功能 用于诊断功能的管理系统 2、扭矩结构：基于扭矩控制的 M7 系统在 M7 以扭矩为主的发动机管理系统中，发动机的所有内部需求和外部需求都用发动机的扭 矩或效率要求来定义，如图 23 所示。通过将发动机的各种需求转化为扭矩或效率的控制变量， 然后这些变量首先在中央扭矩需求协调器模块中进行处理。M7 系统可将这些相互矛盾的要求按 优先顺序排列，执行最重要的一个要求，通过扭矩转化模块得到所需的喷油时间、点火正时等发 动机控制参数。该控制变量的执行对其它变量没有影响。这就是以扭矩为主控制系统的优点。 同样在进行发动机匹配时，由于基于扭矩控制系统具有的变量独立性，在匹配发动机特 性曲线和脉谱图时只依靠发动机数据，与其它功能函数和变量没有干涉，因此避免了重复标 定，简化了匹配过程，降低了匹配成本。图 23 M7 以扭矩为基础的系统结构3、 控制信号：M7 系统输入/输出信号M7 系统中 ECU 的主要传感器输入信号包括： 进气压力信号 进气温度信号 节气门转角信号 冷却液温度信号 发动机转速信号 相位信号 爆震传感器信号 氧传感器信号 车速信号 空调压力信号 以上信息进入 ECU 后经处理产生所需的执行器控制信号，这些信号在输出驱动电路 中被放大，并传输到各对应执行器中，这些控制信号包括：怠速调节器开度 喷油正时和喷油持续时间 油泵继电器 碳罐控制阀开度 点火线圈闭合角和点火提前角 空调压缩机继电器 冷却风扇继电器 二、联合电子发动机管理系统（M7.9.7）系统功能介绍： 1 、起动控制在起动过程中，要采取特殊计算方法来控制充量、喷油和点火正时。该过程的开始阶 段，进气歧管内的空气是静止的，进气歧管内部压力显示为周围大气压力。节气门关闭，怠 速调节器指定为一个根据起动温度而定的固定参数。燃油喷射量根据发动机的温度而变化， 以促使进气歧管和气缸壁上的油膜的形成，因此，当发动机达到一定转速前，要加浓混合气。 在起动工况下点火角也不断调整。随着发动机温度、进气温度和发动机转速而变。 2、 暖机和三元催化器的加热控制发动机在低温起动后，气缸充量、燃油喷射和电子点火都被调整以补偿发动机更高的 扭矩要求；该过程继续进行直到升到适当的温度阈值。在该阶段中，最重要的是三元催化器的快速加热，因为迅速过渡到三元催化器开始工 作可大大减少废气排放。在此工况下，采用适度推迟点火提前角的方法利用废气进行“三元 催化器加热” 。 3、 加速/减速和倒拖断油控制喷射到进气歧管中的燃油有一部分不会及时到达气缸参加接着的燃烧过程。相反，它 在进气歧管壁上形成一层油膜。根据负荷的提高和喷油持续时间的延长，储存在油膜中的燃 油量会急剧增加。当节气门开度增加，部分喷射的燃油被该油膜吸收。所以，必须喷射相应的补充燃油量对 其补偿并防止混合气在加速时变稀。一旦负荷系数降低，进气歧管壁上燃油膜中包含的附加 燃油会重新释放，那么在减速过程中，必须减少相应的喷射持续时间。 倒拖或牵引工况指发动机在飞轮处提供的功率是负值的情况。在这种情况下，发动机 的摩擦和泵气损失可用来使车辆减速。当发动机处于倒拖或牵引工况时，喷油被切断以减少 燃油消耗和废气排放，更重要的是保护三元催化器。 4、 怠速控制M7 系统以扭矩为主控制策略依据闭环怠速控制来确定在任何工况下维持要求的怠速转速 所需的发动机输出扭矩。该输出扭矩随着发动机转速的降低而升高，随发动机转速的升高而 降低。系统通过要求更大扭矩以响应新的“干扰因素” ，如空调压缩机的开停或自动变速器换 档。在发动机温度较低时，为了补偿更大的内部磨擦损失和/或维持更高的怠速转速，需要增 加扭矩。所有这些输出扭矩要求的总和被传递到扭矩协调器，扭矩协调器进行处理计算，得 出相应的充量密度，混合气成分和点火正时。 5、 闭环控制三元催化器中的排气后处理是降低废气中有害物质浓度的有效方法。三元催化器可降低碳 氢（HC）一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）达 98%或更多，把它们转化为水（H2O） ，二 氧化碳（CO2）和氮（N2） 。不过只有在发动机过量空气系数 =1 附近很狭窄的范围内才能 达到这 样高的效率， 闭环控制的目标就是保证混合气浓度在此范围内。 6、 蒸发排放控制由于外部辐射热量和回油热量传递的原因，油箱内的燃油被加热，并形成燃油蒸汽。 由于受到蒸发排放法规的限制，这些含有大量 HC 成分的蒸汽不允许直接排入大气中。在系 统中燃油蒸汽通过导管被收集在活性碳罐中，并在适当的时候通过吹洗进入发动机参与燃烧 过程。吹洗气流的流量是由 ECU 控制碳罐控制阀来实现的。该控制仅在 闭环控制系统闭 环工作情况下才工作。 7、 爆震控制系统通过安装在发动机适当位置的爆震传感器检测爆震产生时的特性振动，转换成电子信 号以便传输到 ECU 中并进行处理。ECU 使用特殊的处理算法，在每个气缸的每个燃烧循环 中检测是否有爆震现象发生。一旦检测到爆震则触发爆震闭环控制。当爆震危险消除后，受 影响的气缸的点火逐渐重新提前到预定的点火提前角。爆震控制的阈值对不同的工况和不同标号的燃油具有良好的适应性。 三、系统故障诊断功能介绍1、 故障信息记录电子控制单元不断地监测着传感器、执行器、相关的电路、故障指示灯和蓄电池电压等 等，乃至电子控制单元本身，并对传感器输出信号、执行器驱动信号和内部信号（如 闭环 控制、冷却液温度、爆震控制、怠速转速控制和蓄电池电压控制等）进行可信度检测。一旦 发现某个环节出现故障，或者某个信号值不可信，电子控制单元立即在 RAM 的故障存储器 中设置故障信息记录。故障信息记录以故障码的形式储存，并按故障出现的先后顺序显示。故障按其出现的频度可分成“稳态故障”和“偶发故障” （例如由于短暂的线束断路或者 接插件接触不良造成） 。 2、 故障灯的控制策略 无故障时 点火开关 ON 后，故障灯亮，4 秒钟后灭； 4 秒钟内起动，找到转速信号后故障灯灭； K 线接地超过 2.5 秒后，故障灯以 2 赫兹频率闪烁。 有故障时 点火开关 ON 后，故障灯一直亮； 起动，找到转速信号后熄灭，如果故障类中故障灯定义为亮模式，则满足相应确认条件后 故障灯一直亮； K 线接地超过 2.5 秒后，输出闪烁码即 P-CODE 值。如：P0203 闪烁方式为：连续闪 10 次-间歇-连续闪 2 次-间歇-连续闪 10 次-间歇-连续闪 3 次。 3、四种故障类型最大故障，信号超过正常范围的上限。 最小故障，信号超过正常范围的下限。 信号故障，无信号。 不合理故障，有信号，但信号不合理。 4、 诊断仪连接本系统采用“K”线通讯协议，并采用 ISO 9141-2 标准诊断接头，见下图 25。这个标 准诊断接头是固定地连接在发动机线束上的。用与发动机管理系统 EMS 的是标准诊断接头 上的 4、7 和 16 号针脚。标准诊断接头的 4 号针脚连接车上的地线；7 号针脚连接 ECU 的 71 号针脚，即发动机数据“K”线；16 号针脚连接蓄电池正极。图 2.5 ISO9141-2 标准诊断接头 5、通过闪烁码读取故障信息打开点火开关，利用发动机数据 K 线（即标准诊断接头 7#）接地超过 2.5 秒后，如 ECU 故障存储器内记忆有故障码，此时发动机故障灯输出闪烁码即 P-CODE 值。如：P0203 闪烁方式为：连续闪 10 次-间歇-连续闪 2 次-间歇-连续闪 10 次-间歇-连续闪 3 次。 四、M7 系统零部件结构、原理及故障分析 1、 进气压力温度传感器 简图和针脚简图和针脚针脚：1 号接地；2 号输出温度信号；3 号接 5V；4 号输出压力信号。安装位置安装位置这个传感器由两个传感器即进气歧管绝对压力传感器和进气温度传感器组 合而成，装在进气歧管上。工作原理工作原理进气岐管绝对压力传感元件由一片硅芯片组成。在硅芯片上蚀刻出一片压力膜片。压力膜片 上有 4 个压电电阻，这 4 个压电电阻作为应变元件组成一个惠斯顿电桥。硅芯片上除了这个压 力膜片以外，还集成了信号处理电路。硅芯片跟一个金属壳体组成一个封闭的参考空间，参考空 间内的气体绝对压力接近于零。这样就形成了一个微电子机械系统。硅芯片的活性面上经受着一 个接近于零的压力，它的背面上经受着通过一根接管引入的、待测的进气岐管绝对压力。硅芯片 的厚度只有几个微米（祄） ，所以进气歧管绝对压力的改变会使硅芯片发生机械变形， 4 个压电 电阻跟着变形，其电阻值改变。通过硅芯片的信号处理电路处理后，形成与压力成线性关系的电 压信号。进气温度传感元件是一个负温度系数（NTC）的电阻,电阻随进气温度变化，此传感器输送给 控制器一个表示进气温度变化的电压。技术特性参数技术特性参数在大气压力下，压力传感器的信号输出电压接近电源电压。如果电源电压为 5V，则节气门全 开时压力传感器的信号输出电压等于 4V 左右。 温度传感器的极限数据温度传感器的极限数据 储存温度：-40/+130C 25C 承载能力：100mW 温度传感器的特性数据温度传感器的特性