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《汽车电子控制技术》实验指导书
《汽车发动机控制技术》实验指导书
编著:
施卫
王奎洋
江苏技术师范学院
2006.08
目录
1.发动机电子控制系统总体认识1
2.发动机电子控制系统元器件检测6
3.发动机电子控制系统数据流读取与分析13
4.发动机电子控制系统波形分析20
5.发动机电子控制系统故障诊断26
实验一发动机电子控制系统总体认识
一、实验目的与要求
1、了解发动机电子控制系统的总体结构；
2、了解发动机电子控制系统的工作原理；
3、了解发动机电子控制系统主要元器件的布置位置和功用；
4、能够区分、识别发动机电子控制系统的主要传感器和执行器。
二、实验学时：
2学时
三、实验设备与工具
1、桑塔纳AJR电喷发动机实验台一台；
2、AJR发动机电子控制系统结构图一套；
3、汽车发动机电子控制系统示教台一台；
4、各种类型的传感器与执行器若干；
5、常用工具一套。
三、实验原理
发动机电子控制系统主要由进气系统、燃油供给系统、点火系统和电子控制系统四个部分组成。
进气系统供给发动机在不同工况下正常燃烧所需要的空气，并对空气的进气量进行准确计量，一般包括空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管、进气歧管等；燃油供给系统通常由电动汽油泵、汽油滤清器、压力调节器、脉动阻尼器、喷油器和冷起动喷油器等组成，它的任务是根据发动机各种工况的需要，将一定压力和计量精确的燃油喷入进气管道或气缸，形成质和量都符合要求的可燃混合气；点火系统经历了传统触点式点火系统、晶体管辅助触点式点火系统、无触点电子点火系统和微机控制点火系统四个阶段，微机控制点火系统一般由电子点火组件（点火器）、点火线圈、火花塞以及高压导线等组成。
电子控制单元根据曲轴位置传感器和转速、水温等工况传感器信号计算出点火时刻和通电时间，并将计算结果送至电子点火组件，由点火组件控制点火线圈的初级电路接通和断开，使火花塞点火，产生火花点燃可燃混合气；电子控制系统根据传感器采集到的信号计算确定最佳喷油量、最佳喷油时刻和最佳点火时刻，再发出指令控制执行元件动作实现最佳控制。
其主要由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成。
传感器是一种信号检测与转换装置，安装在发动机的各个部位，其功能是检测发动机运行状态的各种电量、物理量和化学量参数，并将这些参量转换成计算机能够识别的电量信号输入电子控制单元。
电子控制单元（ElectronicControlUnit，ECU）又称为发动机电脑，是发动机电子控制系统的核心部件。
其功能是根据各种传感器和控制开关输入的信号参数，对喷油量、喷油时刻和点火时刻等进行实时控制。
执行器是控制系统的执行机构，其功能是接受电控单元的控制指令，完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳的运行状态。
发动机电子控制系统的主要功能是控制进气量与喷油量的空燃比、喷油时刻与点火时刻，除此以外，还有怠速控制、废气再循环控制、发电机控制、燃油泵控制、二次空气喷射控制以及自诊断系统等辅助控制功能。
以桑塔纳AJR发动机为例，电子控制系统的主要组成部件如图1－1：
图1－1AJR发动机电子控制系统主要组成部件
空气流量计通常安装在空气滤清器后面，主要有翼片式、卡门旋涡式、热线式和热膜式四种，其作用是将吸入发动机的空气量转换成电信号送至ECU。
空气流量计信号是确定基本喷油量的主要依据之一。
进气歧管绝对压力传感器一般安装在进气管道上，其作用与空气流量计相同（一般两者只有其一），用来测量发动机的进气量。
与空气流量计不同的是进气歧管绝对压力传感器依据发动机的负荷变化测出进气歧管绝对压力的相应值，采用间接测量方式测算发动机的进气量。
节气门位置传感器通常安装在节气门体上，可同时将节气门开度、怠速、大负荷等信号转换成电压信号送至ECU中，以便控制系统可以根据发动机的各种典型工况对其喷油量及点火提前角进行最优控制。
进气温度传感器和冷却液温度传感器的工作原理相同，目前采用普遍的是负温度系数热敏电阻式温度传感器。
它们分别安装于进气管道和冷却液管道上，用于感知进气温度和冷却液温度，判断发动机的热状态、计算进气空气的质量流量。
曲轴位置传感器分为光电式、电磁式和霍尔式三大类型，是发动机控制系统中最重要的传感器之一，可提供发动机的曲轴转角位置、气缸行程的位置信号及转速信号，以此确定发动机的基本喷油时刻、点火提前角及喷油正时。
就其安装位置而言，曲轴位置传感器有的安装在曲轴前端，有的安装在凸轮轴前端或分电器内以及飞轮上。
车型不同所采用的结构型式有所不同，所有就有曲轴位置传感器（转速传感器）和凸轮轴位置传感器（霍尔传感器）之说。
氧传感器安装于排气管上，是发动机空燃比控制的反馈信号，用于检测发动机的实际空燃比，由此判断实际混合气是浓还是稀，并向ECU提供空燃比的反馈信号，从而控制空燃比收敛于理论值，提高三元催化转换器的净化效果，降低排气污染。
爆燃程度目前广泛采用的是利用发动机机体振动检测法。
这类爆燃传感器有磁致伸缩和压电式两种类型，通常安装在机体上，用于检测发动机的爆燃程度，以此实现发动机点火时刻的闭环控制，可有效地抑制发动机爆燃现象的发生。
同时，由于闭环控制系统可将发动机的燃烧过程控制在轻微爆燃状态，故能有效地提高发动机的工作性能。
电动燃油泵安装位置有内置式和外置式两种，目前大多数EFI系统采用内置式燃油泵，即安装在油箱内。
其作用是把燃油从油箱内吸出并通过喷油器供给各气缸。
喷油器是燃油喷射控制系统的一个关键部件，分为轴针式、球阀式和片阀式三种。
它根据ECU发出的喷油脉冲信号精确计量燃油喷射量，同时将燃油喷射后雾化。
点火控制模块用于接受电子控制单元输出的点火信号，并将信号进行功率放大后驱动点火线圈工作，使火花塞点火。
同时，点火控制模块向ECU发送点火确认反馈信号，如果ECU连续3～5次没能接受到该反馈信号，则判断点火系统存在故障，强行断油，致使发动机熄火。
怠速控制装置一般安装在节气门体内，分为附加空气阀式、真空控制阀式、步进电机式和旋转滑阀式等，根据电子控制单元发出的信号控制怠速状态下进气通道的截面积，从而实现控制怠速状态下的进气量的目的，以期达到目标空燃比。
活性炭罐控制系统用于防止汽油箱内的汽油蒸发排放到大气中产生污染，增加燃油消耗。
发动机工作时，ECU根据发动机的转速、温度、空气流量等信号，控制活性炭罐电磁阀的动作来控制排放控制阀上部的真空度，从而控制排放阀的开闭动作，接通或断开汽油蒸汽至进气歧管间的排放小孔。
四、实验步骤
（一）讲解：
结合桑塔纳AJR电喷发动机实验台、AJR发动机电子控制系统结构图、发动机电子控制系统示教台以及各种类型的传感器与执行器讲解：
1、进气系统
空气滤清器→空气流量计→进气管道→节气门体（节气门位置传感器和怠速控制装置）→稳压室（进气温度传感器）→进气歧管→气缸。
2、燃油供给系统
燃油箱→燃油泵→燃油滤清器→燃油脉动阻尼器→供油主管→燃油压力调节器→喷油器→活性炭罐→活性炭罐电磁阀。
3、点火系统
电子控制单元→点火控制模块→点火线圈→高压导线→火花塞。
4、电子控制系统
传感器：
空气流量计→进气歧管绝对压力传感器→节气门位置传感器→进气温度传感器→冷却液温度传感器→曲轴位置传感器（转速传感器、霍尔传感器）→氧传感器→爆燃传感器；
电子控制单元；
执行器：
电动燃油泵→喷油器→点火控制模块→怠速控制装置→活性炭罐电磁阀→氧传感器加热丝。
（二）学习交流：
学生分组学习、交流，老师现场答疑。
（三）考核：
采用点名抽查或举手问答的方式，结合发动机实验台，由学生回答发动机电子控制系统组成，传感器和执行器名称、安装部位以及功用等。
（四）内容拓展：
结合现有其它型号的发动机实验台，介绍欧洲、美洲、亚洲各种车系典型发动机电子控制系统的类型与特点。
五、安全注意事项
1、遵守实验室规章制度，注意人身安全；
2、未经许可，不得移动和拆卸仪器与设备；
3、严禁未经许可擅自扳动教具、设备的电源开关和点火开关。
六、思考题
1、简述汽油发动机控制系统的类型与控制内容。
2、简述氧传感器、爆燃传感器在发动机控制系统中的作用。
实验二发动机电子控制系统元器件检测
一、实验目的
1、了解发动机电子控制系统电路图的读图方法，能够读懂AJR发动机电子控制系统的电路图；
2、掌握万用表的使用方法，能够对电子控制系统的连接线路进行检测；
3、掌握电子控制系统主要传感器与执行器的检测方法。
二、实验学时：
2学时
三、实验设备与工具
1、万用表两台；
2、连接导线若干；
3、各种类型的传感器与执行器若干；
4、桑塔纳AJR电喷发动机实验台一台；
5、AJR发动机电子控制系统电路图一套。
四、实验原理
读取故障代码，查出故障码所提示的故障部位后，或者通过数据流分析、传统经验诊断方法等初步确定故障部位后，就需要对相应的元器件及连接线路进行有针对性地检测，最终查出故障并排除故障。
在进行元器件检测之前，所需检测的发动机控制系统的电路图是必不可少的，根据电路图可以知道相关端子之间的连线，分析电路的走向，确定最佳检测方案。
本实验可以参照AJR发动机电子控制系统电路图。
1、连接线路检测
关闭点火开关，从ECU上拔下连接插头，再拔下要检测的元器件的插头，参照电路图查得相应连接线路的端子，利用万用表检测其连接线路的电阻。
如果连接线路通路，阻值应很小（一般小于1欧姆），相反，如果连接线路断路，阻值应为无穷大。
如果检测得的结果与实际不符，则说明该连接线路存在故障。
在检测时，为了避免损坏电子元器件，要注意量程表的量程必须符合检测条件。
2、元器件的检测
元器件检测是发动机电子控制系统故障诊断的一个重要环节，用于最终确定故障的原因和位置。
对控制系统元器件进行检测，实际上就是对元器件的相关电阻值和电压值进行检测，观察其是否符合额定值，如不符则说明存在故障。
以AJR发动机电子控制系统为例，部分检测项目与额定值如下表：
表2－1AJR发动机电子控制系统元器件检测
检测项目
检测条件－附加操作
检测部位
额定值
1～4缸喷油器电阻
关闭点火开关，拔下1～4缸喷油器插座
插头两触点
13～18Ω
1～4缸喷油器电压
喷油器插座触点1和喷油器熔丝间线路正常
插座触点1和发动机接地点
蓄电池电压
氧传感器电阻
关闭点火开关，拔下λ传感器4针插座
插头触点1和2
1～5Ω
氧传感器工作状况
发动机正常工作，改变工况
触点3和4
0.1～0.3V与0.7～1.0V之间变化
氧传感器信号电路
氧传感器加热正常，点火开关置于“ON”
触点3和4
0.4～0.5V
节气门位置传感器供电电压
关闭点火开关，拔下插座，再打开点火开关
触点4和7
约5V
节气门电位计信号
节气门全闭
触点5和7
0.1～0.9V
节气门全开
3.0～4.8V
空气流量计电压
燃油泵继电器和熔丝正常
触点2和接地点
不低于11.5V
转速传感器电阻
关闭点火开关，拔下转速传感器插座
触点2和3
480～1000Ω
控制单元供电电压
蓄电池电压/熔丝S17正常
关闭点火开关
触点1和3
接近蓄电池电压
打开点火开关
触点1和2
接近蓄电池电压
爆燃传感器输出电压
拔下插座，发动机运转
触点1和2
0.3～1.4V
爆燃传感器电阻
关闭点火开关，拔下插座
触点1和2
>1.0MΩ
霍尔传感器输出电压
拔下插座，打开点火开关
触点1和3
接近5V
燃油泵继电器
关闭点火开关，拔下继电器
触点4和接地点
接近12V
冷却液温度传感器
关闭点火开关，拔下插座
两触点
阻值随温度升高而减小，20℃时为2250～3000Ω
进气温度传感器
两触点
五、实验步骤
（一）元器件检测
1、空气流量计G70的检测
（1）关闭点火开关，拔下空气质量计的五针插头，五个端子的连线线路如图2-1所示：
图2-1空气流量计连接线路
（2）将万用表连接到插座触头2和发动机接地点之间，选用直流电压档；
（3）起动发动机并怠速运转，测量电压值应不低于11.5V；
测量部位
测量值
额定值
触头2和发动机接地点
≥11.5V
（4）将万用表连接到插座触头4和发动机接地点之间，选用直流电压档，测量电压值应约为5V；
测量部位
测量值
额定值
触头4和发动机接地点
约5V
（5）关闭点火开关；
（6）如果触头2的电压不正常或无电压，则根据电路图，检测触点2与燃油继电器的导线是否导通；
测量部位
测量值
额定值
触头2和燃油继电器
<0.5Ω
（7）如果触头2的电压正常，则根据电路图，检测空气质量计与ECU的连接线路，触点3与插孔12、触点4与插孔11、触点5与插孔13的导线电阻应不大于0.5Ω；
测量部位
测量值
额定值
触点3与插孔12
<0.5Ω
触点4与插孔11
<0.5Ω
触点5与插孔13
<0.5Ω
（8）如果触头4的电压不正常，而触点4与插孔11连接线路正常，则是电子控制单元故障，应更换控制单元；
（9）如果未发现电压和连接导线有故障，则应更换空气流量计G70。
2、节气门控制组件的检测
（1）拆卸节气门控制组件外盖，结合控制系统电路图，识别节气门定位器（位置调节器）V60、节气门定位电位计G88、节气门电位计G69和怠速触点开关F60；
（2）检测怠速开关F60
a）关闭点火开关，拔下空气质量计的八针插头，插头及其电路图如图2-2所示：
图2-2节气门控制部件插头及电路图
b）将万用表连接到插头触点3和触点7之间，选用欧姆档，测量值填入下表：
节气门开度
测量值
额定值
闭合
0.40Ω
开启任一位置
∞
（3）检测节气门定位器V60
将万用表连接到插头触点1和触点2之间，选用欧姆档，测量值填入下表：
测量部位
测量值
额定值
触点1和触点2
48.8Ω
（4）检测节气门电位器G69
a）用万用表连接到插头触点5和触点7之间，选用欧姆档，测量值填入下表：
节气门开度
测量值
额定值
全闭
1350Ω
全开
640Ω
b）用导线将5V电源的“+”极与节气门触点4连接，“-”极与触点7相连，接通电源，改变节气门开度，用万用表电压档测量触点5输出电压的变化情况，测量值填入下表：
节气门开度
测量值
额定值
全闭
4.35V
全开
0.60V
（5）检测节气门控制组件供给电压
将万用表连接到插座触点4和触点7之间，选用电压档，打开点火开关，进行电压测量并测量值填入下表：
测量部位
测量值
额定值
触点4和触点7
大于4.5V
（6）检测节气门控制组件与ECU的连接线路，触点1与插孔66、触点2与插孔59、触点3与插孔69、触点4与插孔62、触点5与插孔75、触点7与插孔67、触点8与插孔74的导线电阻应小于额定值；
测量部位
测量值
额定值
触点1与插孔66
<1Ω
触点2与插孔59
<1Ω
触点3与插孔69
<0.5Ω
触点4与插孔62
<0.5Ω
触点5与插孔75
<0.5Ω
触点7与插孔67
<0.5Ω
触点8与插孔74
<0.5Ω
3、喷油器的检测
（1）关闭点火开关，将1缸喷油器的连接插座拔下，如图2-3所示：
图2-3喷油器连接插座
（2）利用万用表测量插头触点1和2之间的电阻值，即喷油器的电阻值，其值应为13～18Ω，若发动机为热态时，此值应增加4～6Ω；
发动机状态
测量值
额定值
冷机
13～18Ω
热机
17～24Ω
（3）将万用表连接在连接插座触点1与接地点之间，选择直流电压档，短暂启动发动机，电压值应为蓄电池电压；
测量部位
测量值
额定值
触点1和接地点
接近12V
（4）在喷油器导线连接插座触点1和2之间接上发光二极管，短暂启动发动机，发光二极管应闪烁；
（5）若发光二极管不闪烁，则拔下发动机控制单元连接器，利用万用表检测喷油器与控制单元之间的连接导线电阻；
测量部位
测量值
额定值
触点2与插孔73
<1Ω
（二）内容拓展
由于篇幅和时间的限制，实验步骤部分只给出了空气流量计、节气门控制部件、喷油器等元器件的检测方法，其他元器件的检测方法以及现有的其他型号发动机元器件的检测方法大同小异，作为内容拓展部分由同学自己完成。
六、安全注意事项
1、遵守实验室规章制度，注意人身安全；
2、未经许可，不得移动和拆卸仪器与设备；
3、严禁未经许可擅自扳动教具、设备的电源开关和点火开关；
4、用万用表进行数据测量时，应该注意电阻档、电压档和量程的选择。
七、思考题
1、简述节气门控制部件的检测方法。
2、简述发动机电路中点火线与常火线的区别。
实验三发动机电子控制系统数据流读取与分析
一、实验目的
1、了解发动机自诊断系统的概念与功用；
2、掌握诊断仪器的使用方法，能够正确读取、清除故障码；
3、掌握利用诊断仪器读取发动机电子控制系统数据流的方法；
4、掌握电子控制系统控制机理与参数的影响关系，能够对数据流进行正确分析。
二、实验学时：
4学时
三、实验设备与工具
1、桑塔纳AJR电喷发动机实验台一台；
2、帕萨特B5电喷发动机实验台一台；
3、远征、金德诊断仪器各一台；
4、大众专用诊断仪V.A.G1552和V.A.S5052各一台。
四、实验原理
1、故障自诊断系统
现代汽车发动机的控制系统中，一般都设有故障自诊断系统。
该系统可以检测、诊断发动机控制系统的工作情况及工作中出现的故障。
电子控制系统工作时，ECU不断接收各种传感器输入的信号和一些执行器的反馈信号，同时不断向执行器输出指令信号，自诊断系统根据这些信号来判断发动机控制系统有无故障。
当电子控制系统出现故障时，ECU的故障检测电路可以将故障以代码的形式存储在ECU的RAM中，便于查找故障时调用，与此同时，点亮安装在仪表盘上的故障警告灯，以提醒使用人员及时检修。
故障自诊断接口通常设置在仪表盘下方或变速器操纵杆前，直接与ECU相连，将诊断仪器或检测设备插入此接口便可读取故障码或诊断的数据流，以便在控制系统出现故障时，能及时、快速地查找和排除系统中的故障。
2、诊断仪器及其功能
诊断仪器有通用和专用之分，通用诊断仪能适用于多种车系，适用范围大，如远征、金德的诊断仪器；专用诊断仪，如V.A.G1552、V.A.S5052以及TECH2等，只能适用于某一种车系，使用面较窄，但功能全面、针对性强。
下面以大众V.A.G1552为例加以说明，V.A.G1552可以选择的功能及功能选用的先决条件，如表3－1所示：
表3－1VAG1552的功能及功能选用的先决条件
功能
先决条件
故障诊断仪VAG1552的功能
发动机不转，点火开关接通
发动机在
怠速状态
车辆在
运行状态
编号
含义
01
查询控制单元版本
行
行
行
02
查询故障存储器的内容
行
行
行
03
最终控制诊断
行
不行
不行
04
基本设定
行
行
不行
05
删除故障存储
行
行
行
06
结束输出
行
行
行
07
控制单元编码
行
不行
不行
08
读测试数据块
行
行
行
10
匹配
行
不行
不行
11
登录
不行
行
不行
使用V.A.G1552不仅可以进行自诊断测试，提取故障代码，显示故障内容，同时还可以清除故障存储，对系统进行基本设定，读取测量数据，对控制单元进行编码，对发动机怠速进行调节等多种功能。
读取故障代码是诊断仪器的基本功能之一，通过故障码可以初步确定发生故障的位置和部件。
AJR发动机电子控制系统故障代码及含义如表3－2所示。
读测试数据块，即读取数据流信息，也是发动机自诊断系统的主要功能。
数据流信息包含了发动机电子控制系统的很多诊断信息，通过对数据流进行分析，可以判断发动机的工作性能、传感器与执行器的工作状况以及故障的可能位置等。
怠速状态下，AJR发动机电子控制系统的一些主要信号发生偏差的可能原因如表3－3所示。
表3－2AJR发动机电子控制系统故障代码及含义
故障代码
故障代码含义
元件代号
00513
发动机转速传感器
G28
00515
霍尔传感器
G40
00518
节气门电位计
G69
00522
冷却液温度传感器
G62
00524
爆燃传感器Ⅰ
G61
00527
进气温度传感器
G42
00530
节气门定位电位计
G88
00540
爆燃传感器Ⅱ
G66
00553
空气流量计
G70
00668
蓄电池电压
01165
节气门控制部件
K338
01247
ACF电磁阀
N80
01249
第一缸喷油器
N30
01250
第二缸喷油器
N31
01251
第三缸喷油器
N32
01252
第四缸喷油器
N33
表3－3AJR发动机电子控制系统的一些主要信号发生偏差的可能原因
信号
显示数值
可能的故障原因
转速
小于760r/min
●节气门控制部件卡住或有故障
●大量未计量的空气进入
大于960r/min
●怠速开关不闭合或有故障
●大量未计量的空气进入
●节气门控制部件卡住或有故障
发动机负荷
小于1.0ms
●较小的值仅会在滑行方式中的驾驶中出现
大于2.5ms
●怠速抖动（不是所有气缸都工作）
●空气流量计故障
●节气门控制部件故障
●电气设备被打开
●转向盘在极限位置上
●驾驶排挡选择（自动变速器）
信号
显示数值
可能的故障原因
空气流量
小于2.0g/s
●在进气歧管和空气流量计之间的大量未计量空气量
大于4.0g/s
●驾驶排挡选择（自动变速器）
●发动机由于辅助设备而增加负荷
冷却液温度
小于80℃
●发动机温度太低
●冷却液温度传感器同发动机控制单元的连接导线
大于105℃
●散热器受污脏
●冷却液风扇不工作
●节温器故障
●冷却液温度传感器同发动机控制单元的连接导线
怠速空气质
量学习值
低于-1.70g/s
●在节气门后有未计量空气进入
高于+1.70g/s
●由于辅助设备而产生高负荷
●在进气区域中有节流或有异物
λ调节器
调节值
在公差范围之外
（-10.0～10.0％）
●负区域：
混合气太浓，λ调节使混合气稀
●正区域：
混合气太稀，λ调节使混合气浓
●未计量的空气
●喷油器故障
●λ学习值在极限上
氧传感器
电压
显示不摆动
（恒定0.0～0.3v）
（恒定0.7～1.0v）
●大量未计量的空气
●火花塞故障
●燃油压力太低
●燃油压力太高
●喷油器故障
●冷却液温度传感器故障
●活性炭罐电磁阀故障
●氧传感器无加热功能
●氧传感器故障或污脏
恒定为1.0v
●与正极短路：
经由氧传感器、传感器导线、搭铁线、发动机控制单元
恒定在0.4～0.5v
●导线断路：
经由氧传感器、传感器导线、搭铁线、发动机控制单元
恒定为0.0v
●与搭铁短路：
经由氧传感器、传感器导线、搭铁线、发动机控制单元
发
升级会员 