课题一
认识发动机管理系统

（一）电控系统的组成

电控系统的组成如图1-1所示。

发动机汽车上任何一种电子控制系统，其主要组成都可分为电子控制单元（ECU）、信号输入装置和执行元件三部分。

1.电子控制单元

电子控制单元ECU的功能是给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后向执行器发出指令，如图1-2所示。ECU的功能是给各传感器提供参考电压，接收传感器信号，进行存储、计算和分析处理后向指行器发出指令。

2.信号输入装置

汽车上的输入装置主要是各种传感器，其功用是用于采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。汽车上的输入装置主要是各种传感器，其功用是用于采集控制系统所需的信息并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。

汽车常用的传感器有进气压力传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器、曲轴角度传感器、氧传感器、进气温度传感器、水温传感器、爆震传感器等。

①进气压力传感器：反映进气歧管内绝对压力大小的变化，是向ECU（发动机电控单元）提供计算喷油持续时间的基准信号。

②空气流量传感器：测量发动机吸入的空气量，提供给ECU作为喷油时间的基准信号。

③节气门位置传感器：测量节气门打开的角度，提供给ECU作为断油、控制空燃比、点火提前角修正的基准信号。

④曲轴角度传感器：检测曲轴及发动机转速，提供给ECU作为确定点火正时及工作顺序的基准信号。

⑤氧传感器：检测排气中的氧浓度，提供给ECU作为控制空燃比在最佳值（理论值）附近的基准信号。

⑥进气温度传感器：检测进气温度，提供给ECU作为计算空气密度的依据。

⑦水温传感器：检测冷却液的温度，向ECU提供发动机温度信息。

⑧爆震传感器：安装在缸体上专门检测发动机的爆燃状况，提供给ECU根据信号调整点火提前角。

3.执行元件

执行元件（图1-4）受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。

汽车常用的执行元件有喷油器、点火器、怠速控制阀、EGR阀、炭罐电磁阀、油泵继电器等。

①喷油器：用来向发动机的进气歧管或气缸内喷射燃油。

②点火器：用于对发动机气缸内高压混合气体点火提供能量。

③怠速控制阀：控制发动机怠速通道开度，稳定发动机怠速。

④EGR阀：控制发动机废气循环量。

⑤炭罐电磁阀：控制炭罐内的汽油蒸气。

⑥油泵继电器：控制汽车汽油泵工作。

4.电控系统的功用

①空气供给系统。空气供给系统如图1-5所示。功用：空气供给系统的功用是为发动机提供清洁的空气并控制发动机正常工作时的供气量。

②燃油供给系统。功用：燃油供给系统的功用是供给喷油器一定压力的燃油，喷油器则根据电子控制单元指令喷油。

③控制系统。ECU根据空气流量传感器信号和发动机转速信号确定基本喷油时间，再根据其他传感器对喷油时间进行修正，并按最后确定的总喷油时间向喷油器发出指令，使喷油器喷油或断油。

（二）电控系统工作过程

电控系统由电控单元（即ECU，俗称电脑）、发动机转速传感器（也称曲轴位置传感器）、空气流量传感器、节流阀体、进气温度传感器、冷却液温度传感器（发动机水温传感器）、k型传感器（即氧传感器）、爆震传感器、相位传感器（也称凸轮轴位置传感器或霍尔传感器）、点火线圈、油压调节器和喷油器等组成。

驾驶员通过节气门（俗称油门）控制发动机进气量，控制单元通过节气门位置传感器得知节气门开度，再综合发动机转速、空气流量、进气温度、探测值等各传感器及电子开关提供的信息，经分析、计算，确定出最佳喷油量和点火时刻，向喷油器和点火线圈发出喷油和点火指令。发动机转速和空气流量信号是ECU计算基本喷油量的主信号，ECU再根据进气温度传感器、冷却液温度传感器、爆震传感器和节气门位置等信号对喷油量进行必要的修正，确定出实际喷油量，然后根据转速传感器得到的曲轴位置信号和相位传感器检测到的气缸压缩上止点信号，适时地向喷油器和点火线圈发出动作指令。

（三）开环控制与闭环控制

1.开环控制

开环控制是ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，但不去检测控制结果；开环控制是指控制装置与被控对象之间只有按顺序工作，没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统称为开环控制系统。其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用产生影响，没有自动修正或补偿的能力。

2.闭环控制

闭环控制也称反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU。闭环控制有反馈环节，通过反馈系统使系统的精确度提高，响应时间缩短，适合于对系统的响应时间、稳定性要求高的系统。

（四）故障自诊断系统

汽车电控系统在设计时，都在ECU中设置了一个故障自诊断系统，又称为“车载自动诊断系统”（On-Board Diagnostics,OBD）。故障自诊断系统会在运行过程中不断监测电控系统各组成部分的工作情况，如有异常，会点亮仪表上的故障警告灯或在系统中产生故障代码，提醒驾驶员汽车电控系统出现故障。

1.基本原理

故障自诊断模块监测的对象是电控汽车上的各种传感器（如空气流量传感器）、电子控制系统本身以及执行元件（如继电器），故障判断正是针对上述3种对象进行的。故障自诊断模块公用汽车电子控制系统的信号输入电路，在汽车运行过程中监测上述3种对象的输入信息，当某一信号超出了预设范围值且这一现象在一定时间内不会消失，故障自诊断模块便判断这一信号对应的电路或元件出现故障，并将这一故障以代码的形式存入内部存储器，同时点亮仪表盘上的故障指示灯。

2.自诊断系统程序

①接通点火开关，启动发动机，使发动机预热到冷却液温度达到50℃以上，发动机速度达到3 000r/min以上，增压值达到0.1 MPa以上。

②用手将节气门全负荷开关接通约3 s。

③当速度表指示4 000r/min时，开始调出故障码（故障灯处于接通状态）。

④按诊断结果排除故障，经路试证明故障全部排除后，关断点火开关清除故障代码，自诊断结束。

3.自诊断系统功能

（1）故障报警

汽车故障一般通过设置在仪表板上报警灯的闪亮来向车主报警。在装有显示器的汽车上，也有直接用文字来显示报警内容的。

（2）故障存储

当控制系统检测故障时，在存储器中存储故障部位的代码，一般情况下，即使点火开关处于断开位置，微机和存储部分的电源也保持接通状态而不至于使存储的内容丢失。只有在断开蓄电池电源或拔掉保险丝时，由于切断了微机的电源，存储器内的故障代码才会被自动消除。

（3）故障处理

如在汽车运行过程中发生故障，为了不妨碍正常行驶，由微机进行调控，利用预编程序中的代用值（标准值）进行计算以保持基本的行驶性能，待停车后再由车主或维修人员进行相应的检修。

4.使用注意事项

在多个故障代码同时存在时，故障代码一般以从小到大的顺序显示输出。

不同车系或车型，进入自诊断的方法可能不同，其故障代码所指的含义也不同。

自诊断系统所诊断的故障是有限的，而且自诊断系统本身也可能出现故障，因此，还应进行其他方式的系统检查。

对具有静态读码和动态读码的电控系统，应注意读码的先后顺序以及有关的转码程序，否则会造成读码的失败。

对多路信息传输的诊断，要了解该车型该系统是否具有传输介质、局域网形式、网络通信协议、仲裁功能。

数据总线的故障，一般采用示波器或汽车专用光纤诊断仪来观察通信数据信号是否与标准通信数据信号相符。

（五）安全保险功用与备用系统

1.安全保险功能

当汽车任何一传感器出现问题时，如果ECU仍然继续以通常的方式控制发电机，就可能使发动机或其他部件出现问题，为避免出现这种情况，ECU的安全保险功能可以依靠储存器内的数据使控制系统继续工作或者停机。

下面介绍电路中出现故障时所发生的情况及安全保险功能的作用：

①如果水温或进气温度信号电路发生开路或短路现象，则ECU检测低于-50℃或高于139℃的温度，会引起空燃比太浓或太稀，导致发动机失速或运转粗暴，此时系统采用正常运转值（标准值），标准值按发动机特征确定，通常采用冷却水温80℃，进气温度20℃。

②如果点火系统中出现故障而不能点火，系统则停止喷油。

③当节气门位置传感器电路中出现开路或断路时，ECU检测到节气门处于完全打开或关闭状态，此时系统采用正常值运转。

④发动机曲轴转角传感器信号G1和G2用于识别气缸和确定曲轴基准角，如果出现开路或者短路，则系统无法控制发电机，会引起发动机失速或不能启动，如果仍然收到G1或G2信号，那曲轴基准角还能由保留的G信号判断。

2.应急备用系统的功用

当发动机微电脑内控制程序出现故障时，微电脑会按预存的程序控制燃油喷射和点火正时，使电子控制系统维持最基本的控制功能，使发动机维持运转。

（1）备用系统在遇到下列情况之一时开始工作

①当微处理器停止输出点火定时信号。

②当进气压力信号电路出现断路或短路以及T端断开时（D型EFI系统）。备用系统的电路如图1-7所示。

（2）备用状态

控制系统如果使用条件之一得到满足时，用一固定值取代喷油时间和点火提前角，保持发动机继续运行，备用集成电路（IC）根据启动（STA）信号和怠速（IDL）触点状态选择设定的数值，如日产公司提供的数据（见表1-1）。

这种备用系统又称为“缓慢回家”系统，采用备用系统时，“检查发动机灯”亮，启动（触头STA闭合）时，没有故障码输出；在怠速（IDL触头闭合）时，有故障码输出，固定值的大小取决于发动机的型号。 w3df2LZxa/dQwVxzZVG6MTQKCp3dI4SsmbiPb6bsN0rJjBD9aK3hWOt01BLDfynk