发动机电控系统概述.docx

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发动机电控系统概述

1．1发动机电子控制系统的控制内容及功能

目前，汽车发动机上主要的电子控制系统有：

电子控制燃油喷射系统、电子控制点火系统、进气控制系统、怠速控制系统、排放控制系统和自诊断系统等，通常将电子控制燃油喷射系统、电子控制点火系统以外的其他控制系统统称为辅助控制系统。

发动机电子控制系统的主要控制功能是燃油控制（控制喷油量和喷油正时）和点火控制（控制点火提前角、闭合角和爆燃控制）。

1．1．1电子控制燃油喷射系统

该系统主要包括喷油量控制和喷射正时控制。

系统中ECU主要根据空气流量传感器提供的进气量信号确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器）信号对喷油量进行修正，能有效控制混合气空燃比，使发动机在各种工况下空燃比达到较佳值、在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而实现提高功率、降低油耗、减少排气污染等功效。

当采用与发动机转动同步的顺序独立喷射方式时，ECU还要根据发动机各缸的点火顺序，将燃油喷射时间控制在一个最佳的时刻。

另外，系统还能进行断油控制和燃油泵控制。

1．空气供给系统

空气供给系统的功用是为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气，并测量出进入气缸的空气最。

2．燃油供给系统

燃油供给系统的功用是向发动机各个气缸供给混合气燃烧所需的燃油量。

1．1．2电子控制点火系统

该系统的主要功能是点火提前角控制、通电时间（闭角）控制与恒流控制。

系统可使发动机在不同转速、不同负荷条件下，根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，并根据蓄电池电压及转速等信号控制点火线圈初级电路的通电时间，从而改善发动机的燃烧过程，使发动机输出最大的功率和转矩，而将油耗和排放降低到最低程度。

此外，系统还能进行爆燃控制。

1．1．3辅助控制系统

1．进气控制系统

该系统主要根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机的动力性。

其主要包括谐波进气增压系统（ACIS）、废气涡轮增压系统、可变气门正时系统、电子控制节气门系统（ETCS）等。

2．怠速控制系统

怠速控制（ISC）系统能在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入档位等状态，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。

3．排放控制系统

该系统主要对发动机排放控制装置的工作实行电子控制，主要包括燃油蒸发排放控制系统（EVAP）、废气再循环控制系统（EGR）、三元催化转化器（TWC）与空燃比反馈控制系统、二次空气喷射控制系统等。

4．故障自诊断系统

故障自诊断系统利用电子控制单元ECU监视电子控制系统各组成部分的工作情况，发现故障后，自动启动故障运行程序，不仅保证汽车在有故障的情况下可以继续行驶，同时还将存储在存储器中的故障信息（故障码）以一定的方式显示出来，或以数据流的形式通过汽车上配置的诊断插座输出，以便于驾驶员和维修人员发现和排除故障。

1．2发动机电子控制系统的基本组成与控制原理

1．2．1发动机电子控制系统的基本组成

从控制原理来看，发动机电子控制系统可以简化为传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三大组成部分。

传感器是感知信息的部件，功用是采集控制系统的信号并转换成电信号输送给ECU，以提供汽车运行状况和发动机工况等相关信息。

ECU接收来自传感器的信息，进行存储、计算和分析处理后发出相应的控制指令给执行器。

执行器即执行元件，其功用是执行ECU的专项指令，从而完成控制目的。

统组成示意图。

执行器

电子控制单元

（ECU）

传感器

1．传惑器

传感器是一种信号转换装置，安装在发动机的各个部位，其功用是检测发动机运行状态的各种电量参数、物理量和化学量等，并将这些参量转换成计算机能够识别的电量信号输入电控单元（ECU）。

发动机电子控制系统常用的传感器有以下几种：

（1）空气流量传感器测量发动机的进气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。

（2）进气（歧管绝对）压力传感器通过测量进气管压力间接检测进气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。

（3）节气门位置传感器检测节气门的开度（如节气门全开、全闭和部分开启等）及开度变化情况，并将信号输入ECU，ECU以此对燃油喷射及EGR废气再循环等其他系统进行控制。

（4）曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器的功用是检测曲轴位置信号和曲轴转角信号，凸轮轴位置传感器的功用是检测活塞上止点位置信号（又称为气缸识别传感器），是点火控制的主控制信号。

在相当一部分汽车上，曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器是制作在一体的，统称为曲轴／凸轮轴位置传感器。

（5）冷却液温度传感器给ECU提供冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。

（6）进气温度传感器检测供给发动机的空气温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。

（7）氧传感器检测废气中氧离子的含量，向ECU输入反馈信号，进行喷油量（空燃比）的闭环控制。

（8）爆燃传感器检测汽油机是否爆燃及爆燃强度，向ECU输入反馈信号，用于对电子控制点火系统进行闭环控制。

（9）大气压力传感器检测大气压力，修正喷油和点火控制。

（10）车速传感器检测车速，向ECU输入车速信号，控制发动机转速，实现超速断油控制。

在发动机和自动变速器共同控制时，也是自动变速器的主控制信号。

除以上传感器向ECU输入控制信号之外，还有点火开关信号、发电机负荷信号、空调开关信号（A／C）、档位开关信号和空档位置开关信号、蓄电池电压信号、离合器开关信号、制动开关信号、动力转向开关信号、巡航（定速）控制开关信号等输入ECU，以更好地对喷油量、点火提前角等进行控制，适应汽车的不同运行工况。

2．电子控制单元（ECU）

（1）电子控制单元的功能给传感器提供参考（基准）电压（2V、5V、9V、12V）；接收传感器或其他装置输入的信息，将输入的信息转变为微机所能接受的信号；存储分析计算所用的程序、车型的特点参数、运算中的数据及故障信息；运算分析，即根据信息参数求出执行命令并输出给执行器；将输出的信息与标准值对比，查出故障并输出故障信息；自我修正（自适应功能）。

在发动机控制系统中，ECU不仅用来控制汽油喷射系统，同时还具有点火提前角控制、怠速控制、进气控制、排放控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功用。

在发动机控制系统中，由于使用微型计算机，与以往的模拟电路控制相比，信号处理的速度和容量大大提高，因此，就可以实现多功能的高精度集中控制。

（2）电子控制单元的硬件如图所示，ECU主要由输入回路、A／D转换器、微机和输出回路四部分组成。

从传感器来的信号，首先进入输入回路。

在输入回路里，对输入信号进行预处理，一般是在去除杂波和把正弦波变为矩形波后，再转换成输入电平。

对于微机不能直接处理的模拟信号，A／D转换器将其转换为数字信号后再输入微机。

如果传感器输出的是脉冲（数字）信号，经过输入回路处理后可以直接进入微机。

微型计算机是发动机电控系统的核心，由中央处理器CPU、存储器、输入／输出口和总线等部分组成。

它能根据需要，把各种传感器送来的信号，按内存的程序对数据进行运算处理，并把处理结果送往输出回路。

输出回路将微机发出的指令，转变成控制信号来驱动执行器工作。

输出回路一般起着控制信号的生成和放大等功能。

为实现发动机各种工况及运行条件下最佳的综合性能，电子控制系统必须以最佳的相应控制参数（如最佳喷油脉宽和最佳点火提前角）控制发动机在最佳运行状况下运转，这些控制参数的最佳数据预先全部存储在只读存储器中（ROM）。

（3）电子控制单元的软件ECU中的软件起着控制决策的作用，还可完成部分硬件的功能，它是控制系统中必不可少的部分。

软件包括控制程序和数据两部分。

控制软件大多数采用模块化结构，将整个控制系统的程序分成若干个功能相对独立的程序模块，每个模块分别进行设计、编程和调试，最后将调试好的程序模块连接起来。

这种结构方式可使程序设计和调试容易，修改变动方便且可按需要进行取舍。

软件中最主要的是主控程序。

主控程序可根据使用和控制要求设定内容。

主控程序的主要任务是整个系统初始化，实现系统的工作时序、控制模式的设定，常用工况及其他各工况模式下喷油信号和点火信号输出程序。

软件中还有转速和负荷的处理程序、中断处理程序、查表及插值程序等。

为了能对发动机进行最优控制，应在发动台架、排放转鼓试验台和道路上进行匹配试验，得到基本喷油量和基本点火提前角的三维图，以及其他为匹配各种运行工况而确定的修正系数、修正函数和常数等，都以离散数据的形式存在存储器中，作为控制的依据。

（4）工作过程发动机起动时，ECU进入工作状态，某些程序从ROM中取出进入CPU。

这些程序可以用来控制点火时刻、燃油喷射和怠速等。

通过CPU的控制，一个个指令逐个地进行循环执行。

执行程序中所需要的发动机信息，来自各个传感器。

从传感器来的信号，首先进入输入回路进行处理。

如果是数字信号直接经I／0接口进入微机；如果是模拟信号经A／D转换器转换成数字信号后才经I／0接口进入微机。

大多数信息暂时存储在RAM内，根据指令再从RAM送到CPU。

有时需将存储在ROM中的参考数据引入CPU，使输入传感器的信息与之进行对比。

对来自有关传感器的每一个信息依次取样，并与参考数据进行比较。

CPU对这些数据进行比较运算后，做出决定并发出输出指令信号，经I／O接口，必要的信号还要经D／A转换器变成模拟信号，最后经输出回路去控制执行器动作。

3．执行器

执行器是接受电子控制单元ECU的控制指令来完成具体的控制动作、具体执行某项控制功能的装置。

在发动机控制系统中主要的执行器及其功能如下：

（1）电动燃油泵其功用是供给燃油喷射系统规定压力的燃油。

（2）电磁喷油器其功用是根据ECU的喷油脉冲信号，精确计量燃油喷射量。

（3）点火控制器点火控制器又称为点火模块，是微机控制点火系统的功率输出级；它接受ECU输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。

（4）怠速控制阀其功用是根据发动机的负荷情况，控制发动机的怠速转速。

（5）活性炭罐及其电磁阀根据电控单元的控制指令信号，回收发动机内部的燃油蒸汽，从便减少排气污染。

其他的执行器还有进气控制阀、EGR阀、二次空气喷射阀、燃油泵继电器、冷却风扇继电器、空调压缩机继电器和自诊断显示与报警装置等。

随着控制功能的增加，执行器也将相应增加。

桑塔纳2000GSiAJR型发动机M3．8．2电子控制系统的组成及位置布置如图所示。

汽油喷射系统和点火系统位置布置图

l-霍尔传感器（G40）2-喷油器（N30－N33）3-活性炭罐4-热膜式空气流量计（G70）5-活性炭罐电磁阀（N80）6-ECU（J220）7-氧传感器（G39）8-水温传感器（G62）9-转速传感器插接器（灰色）10-l号爆震传感器插接器（白色）11-氧传感器插接器（黑色）12-2号爆震传感器插接器（黑色）13-节气门控制组件（J338）14-2号爆震传感器（G66）15-转速传感器（G28）16-进气温度传感器（G72）17-点火线圈（N152）18-1号爆震传感器（G61）

1．2．2发动机电子控制系统的工作原理

在发动机运转过程中，ECU根据发动机控制系统的各传感器送来的信号，判断发动机当前所处的运行工况和运行条件，并从ROM中查取相应的控制参数数据，经中央处理器（CPU）的计算和必要的修正后，输出相应的控制信号，控制发动机运转。

1．2．3发动机电子控制系统的控制方式

发动机电子控制系统的控制方式主要有两种：

开环控制和闭环控制。

1．开环控制

发动机工作时，ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果（如燃烧是否完全、怠速是否稳定、有否有爆燃发生等）是否达到预期目标无法做出分析，控制的结果对控制过程没有影响，这种控制方式称为开环控制。

开环控制的特点是在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用。

这种开环控制方式要达到精确控制，其控制系统ROM中必须预先存储发动机可能遇到的各种工况及运行条件所需控制参数的精确调整数据，这样才能保证输出的控制信号能产生预期的发动机响应。

而控制数据一旦存入ECU的ROM中，就不再变动。

2．闭环控制

由上述可知，开环控制系统调整空燃比和点火提前角的准确程度受到发动机技术状况和控制程序及数据的限制。

另外，开环控制系统无法将影响空燃比和点火提前角的其他控制参数一一兼顾，因此很难达到精确的控制。

闭环控制实质上就是反馈控制。

在开环控制的基础上，控制系统根据实际检测到的开环控制结果的反馈信号来决定增减输出控制量的大小，而此时不再根据其他输入信号进行控制。

闭环控制的特点是在控制器与被控对象之间，不仅存在着正向作用，而且存在着反馈作用，即系统的输出量对控制量有直接影响。

如图所示，喷油量控制由计算机根据氧传感器输出的氧浓度信号来判断进入气缸中的可燃混合气的浓度（空燃比）是否合适，从而修正燃油供给量，使混合气空燃比保持在理想状态下．

点火时刻的闭环控制是采用爆燃传感器检测发动机是否产生爆燃作为反馈信号．从而决定点火时刻适应提前还是推迟，使实际点火时刻能贴近爆燃界限曲线变化。

由于开环和闭环控制各有其特点，现代发动机电控系统大多同时采用开环和闭环两种控制方式。

开环控制作为基本控制手段，而闭环控制作为精确控制手段，根据发动机工作需要，相互转换，协调工作。

小结

发动机电子控制系统有：

电子控制燃油喷射系统、电子控制点火系统、进气控制系统、怠速控制系统、排放控制系统和自诊断系统等。

·发动机电子控制系统可以简化为传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三大组成部分。

·发动机电子控制系统的控制方式主要有两种：

开环控制和闭环控制。

作业：

pg8一、二、三