電子控制單元

1、電控發(fā)動機原理與維修制作 趙駿 主講 趙駿武漢市汽車應(yīng)用工程學(xué)校武漢市汽車維修技術(shù)培訓(xùn)學(xué)校9/6/20221電控汽油噴射系統(tǒng)空氣供給系統(tǒng)燃油供給系統(tǒng)控制系統(tǒng)9/6/20222第四節(jié) 電子控制單元與汽油噴射控制ECUICM氧傳感器O2節(jié)氣門位置傳感器水溫傳感器執(zhí)行器空氣流量傳感器轉(zhuǎn)速傳感器基本參數(shù)執(zhí)行參數(shù)反饋參數(shù)修正參數(shù)最佳噴油時間一.電子控制單元9/6/202231.電控單元(ECU)的組成9/6/20224(1)輸入回路 輸入回路的作用是對各個傳感器和開關(guān)的輸入信號進(jìn)行初步處理，例如濾波、整形（正弦波轉(zhuǎn)換成矩形波，再轉(zhuǎn)換稱輸入電平）等，以便發(fā)動機控制電腦能準(zhǔn)確識別發(fā)動機的運行狀態(tài)。 輸入信號

2、的性質(zhì)不同處理方式不同. 9/6/20225(2)AD轉(zhuǎn)換器(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器) A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將某些傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號輸送給發(fā)動機控制電腦。9/6/20226(3)微型計算機 微型計算機是發(fā)動機運行的大腦，它采集各傳感器的信號，經(jīng)過比對計算后，把結(jié)果輸送給執(zhí)行元件的驅(qū)動電路，以便進(jìn)行噴油器脈沖寬度的控制、點火提前角的控制等等。發(fā)動機控制用 微型計算機主 要組成部分有：中央處理器（CPU）， 數(shù)據(jù)存儲器 （RAM、ROM）， 輸入輸出接口 （I/O）。 9/6/20227中央處理器(CPU)中央處理器是整個控制系統(tǒng)的核心，用來執(zhí)行預(yù)先寫入在存儲器里的程序，所有的數(shù)據(jù)都要在CPU

3、內(nèi)進(jìn)行運算。CPU是按照一定的頻率進(jìn)行工作，當(dāng)駕駛員打開點火開關(guān)后，CPU和其他電路一起工作。 9/6/20228存儲器（RAM、ROM）存儲器主要是用來儲存信息資料。存儲器一般分為兩種：一種是能讀出也能寫入的存儲器叫隨機存儲器RAM（Random Access Memory）（存儲故障嗎和空然比學(xué)習(xí)值等，防止丟失用后備電源）；另外一種是只能讀出的存儲器叫只讀存儲器ROM（Read Only Memory）。 9/6/20229幾種新的存儲器（1）可編程只讀存儲器（PROM）；（2）可擦除可編程只讀存儲器（EPROM） 包括紫外線擦除和電力擦除兩種。9/6/202210可編程存儲器9/6/20

4、2211輸入與輸出接口(I0) 輸入和輸出接口是發(fā)動機控制模塊和信號輸入裝置（傳感器和信號開關(guān)）、信號輸出裝置（執(zhí)行元件）之間進(jìn)行信息交流的控制電路。輸入、輸出接口是微機控制系統(tǒng)不可缺少的部分，它起著數(shù)據(jù)緩沖、電平匹配、時序匹配等多種功能。9/6/202212總線 9/6/202213A 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線：主要用于傳遞數(shù)據(jù)和指令，擔(dān)負(fù)中央處理器與外部元件之間的數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)總線由若干根導(dǎo)線組成，導(dǎo)線數(shù)與數(shù)據(jù)的位數(shù)是一一對應(yīng)的。 9/6/202214B 地址總線地址總線：用于傳遞地址碼，中央處理器通過它把二進(jìn)制地址碼存入寄存器?？偩€傳輸?shù)男盘柲軌蛘J(rèn)出所需存儲信息在寄存器中的確切位置。在微機總線上

5、，各器件之間的通訊主要是靠地址碼準(zhǔn)確地進(jìn)行聯(lián)系。例如需要對存儲器內(nèi)某單元進(jìn)行存儲或讀出數(shù)據(jù)時，必須先將該單元的地址碼送到地址總線上，然后再送出寫入或讀出的指令，才能完成操作。 9/6/202215C 控制總線控制總線：CPU可以通過它隨時掌握各器件的狀態(tài)，并根據(jù)需要隨時向有關(guān)器件發(fā)出控制指令。 9/6/202216(4)輸出回路 輸出回路為微機與執(zhí)行器之間建立聯(lián)系的一部分裝置。它將微機發(fā)出的決策指令，轉(zhuǎn)變成控制信號來驅(qū)動執(zhí)行器工作。輸出回路一般起著控制信號的生成和放大等功能。微機輸出的是數(shù)字信號，而且輸出的電流很小，用這種信號一般不能驅(qū)動執(zhí)行器工作，需要輸出電路將其轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動執(zhí)行器工作的控

6、制信號(大功率三極管)，如噴油器驅(qū)動信號、點火控制信號、燃油泵控制信號等。 9/6/2022172、發(fā)動機控制模塊的運行模式 9/6/202218(1)發(fā)動機開環(huán)控制和閉環(huán)控制工作狀態(tài) 9/6/202219開環(huán)控制模式 開環(huán)控制，是指發(fā)動機控制模塊將根據(jù)傳感器的信號控制執(zhí)行器的工作，執(zhí)行器對發(fā)動機的控制結(jié)果不再送回發(fā)動機控制模塊并形成反饋控制的直鏈控制方式。即在發(fā)動機控制模塊和發(fā)動機兩個系統(tǒng)之間沒有反饋環(huán)節(jié)。在開環(huán)工作狀態(tài)下，汽油的噴射量和點火正時都是根據(jù)實驗優(yōu)化程序而決定的，本身沒有補償損失和失效補償?shù)哪芰Γ膊荒芨鶕?jù)執(zhí)行結(jié)果對原先的控制進(jìn)行修正，所以它不能檢測控制后是否達(dá)到了真正的目標(biāo)，也

7、不能糾正自身控制產(chǎn)生的相對誤差。 9/6/202220閉環(huán)控制模式 閉環(huán)控制又叫反饋控制，是指在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，增加了反饋環(huán)節(jié)(設(shè)置某些傳感器檢測控制的結(jié)果)，把受控系統(tǒng)的狀態(tài)或執(zhí)行結(jié)果返送給施控系統(tǒng)，以影響信號的改變，用以調(diào)整未來執(zhí)行器的動作。反饋控制系統(tǒng)是按偏差原理進(jìn)行控制的。 9/6/202221閉環(huán)控制的示意圖9/6/202222(2)發(fā)動機的運行模式 一般發(fā)動機的運行模式可分為點火開關(guān)接通、起動、暖車(怠速)、巡航、加速、減速、大開節(jié)氣門和點火開關(guān)關(guān)閉等八個運行模式 9/6/2022231點火開關(guān)接通 這是個開環(huán)運行模式，發(fā)動機控制模塊根據(jù)大氣壓力傳感器或進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器所確

8、定的大氣壓力和發(fā)動機冷卻液溫度傳感器所確定的溫度信號來確定噴油脈沖寬度，并使汽油泵斷路繼電器接通，電動汽油泵工作。如點火開關(guān)接通0.5s（不同的車輛這段時間可能不同）后沒有收到曲軸位置傳感器發(fā)出的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，則發(fā)動機控制模塊將使汽油泵斷路繼電器斷開，電動汽油泵停止工作。 9/6/2022242發(fā)動機起動 這是個開環(huán)運行模式，發(fā)動機控制模塊根據(jù)啟動開關(guān)信號確定發(fā)動機是否處于啟動運行狀態(tài)，在接收到曲軸位置傳感器的轉(zhuǎn)速信號后，接通汽油泵斷路繼電器，給噴油器、電動汽油泵、點火線圈和氧傳感器加熱元件供電，如果發(fā)動機控制模塊沒有收到曲軸位置傳感器的轉(zhuǎn)速信號，則汽油泵斷路繼電器斷開，同時停止向上述部件供

9、電。 在發(fā)動機啟動運行過程中發(fā)動機控制模塊根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器及起動后發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號確定噴油脈沖寬度和怠速空氣控制閥的開度，根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的輸入信號，確定點火提前角。 9/6/2022253發(fā)動機暖車(高怠速)模式 這是一種開環(huán)模式。發(fā)動機控制模塊根據(jù)進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器（或空氣流量傳感器）、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點、空檔起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、動力轉(zhuǎn)向壓力開關(guān)、蓄電池電壓和車速傳感器等信號調(diào)節(jié)噴油器的噴油脈沖寬度、怠速轉(zhuǎn)速和點火正時。 9/6/2022264經(jīng)濟車速

10、模式 這種模式屬于閉環(huán)控制模式，發(fā)動機控制模塊根據(jù)進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器 (或空氣流量傳感器）、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧傳感器、車輛速度傳感器、車速控制開關(guān)、超速開關(guān)等信號控制噴油器的噴油脈沖寬度、點火正時和尾氣排放。 9/6/2022275加速模式 這是一個開環(huán)控制的工作模式。發(fā)動機控制模塊將節(jié)氣門開度和進(jìn)氣歧管絕對壓力急劇增加的信號認(rèn)作是增加功率輸出和車輛加速的命令，它將適當(dāng)增加噴油脈沖寬度以適應(yīng)加濃混合氣的需要。 9/6/2022286減速模式 這一模式為閉環(huán)控制模式。發(fā)動機控制模塊節(jié)氣門位置傳感器 、進(jìn)氣歧管壓力傳感器（空氣流量傳感

11、器）、曲軸位置傳感器和檔位開關(guān)信號，確定發(fā)動機是否處于減速運行模式。此時發(fā)動機控制模塊根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、曲軸位置傳感器、氧傳感器、空檔起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)等，確定發(fā)動機的斷油和恢復(fù)供油的轉(zhuǎn)速。 9/6/2022297節(jié)氣門全開模式 這一模式是開環(huán)模式，發(fā)動機控制模塊根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器的信號確定發(fā)動機是否處于節(jié)氣門全開的運行模式。此時發(fā)動機控制模塊主要根據(jù)進(jìn)氣歧管絕對壓力傳感器 (或空氣流量傳感器）、曲軸位置傳感器、空調(diào)開關(guān)、超速開關(guān)等信號控制噴油量和點火提前角。當(dāng)發(fā)動機控制模塊從節(jié)氣門位置傳感器感知節(jié)氣門完全打開時，它將控制廢氣再循環(huán)控制電磁閥和炭罐清洗控制電磁閥的電磁線圈，使廢氣再

12、循環(huán)停止，蒸氣也不排放。當(dāng)發(fā)動機處于啟動運行狀態(tài)時，也會切斷噴油器的驅(qū)動信號。9/6/2022308點火開關(guān)關(guān)閉模式 這是一個開環(huán)模式。當(dāng)把點火開關(guān)斷開時，發(fā)動機控制模塊使主繼電器和斷路繼電器斷開，電動汽油泵、噴油器、點火線圈、氧傳感器加熱元件的電源被切斷，汽油噴射完全停止。 9/6/2022313、發(fā)動機控制模塊（ECU）電源電路 9/6/202232（1）未裝怠速步進(jìn)電機時的發(fā)動機控制模塊(ECU)電源電路 9/6/202233（2)裝有步進(jìn)電機的發(fā)動機控制模塊(ECU)電源電路 9/6/202234二.汽油噴射控制噴油正時控制，噴油持續(xù)時間（噴油量）控制，斷油控制1.噴油正時控制（開始噴

13、油時刻）(1).同時噴射所有噴油器并聯(lián)，曲軸每轉(zhuǎn)一周，各缸同時噴油一次。（即一個工作循環(huán)噴油兩次，每次一半）9/6/202235(2).分組噴射所有噴油器分組控制，曲軸每轉(zhuǎn)一周，只有一組噴射。即一個工作循環(huán)，各缸噴油器噴射一次，一次噴完）9/6/202236(3).順序噴射曲軸每轉(zhuǎn)兩周，即一個工作循環(huán)，各缸噴油器按工作順序輪流噴射一次，一次噴完,順序噴射必須具有正時和缸序兩個功能,曲軸位置傳感器或凸輪軸位置傳感器提供TDC(上止點)和CMP(壓縮上止點)信號9/6/2022372.噴油持續(xù)時間（噴油量）控制精確確定和控制噴油時間。（1）發(fā)動機起動時噴油持續(xù)時間控制 起動時，由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速低，

14、吸入的空氣量少，進(jìn)氣管的壓力也不穩(wěn)定，所以不可能準(zhǔn)確檢測吸入的空氣量。因此起動時ECU一般不根據(jù)吸入的空氣質(zhì)量計算噴油脈寬，而是根據(jù)當(dāng)時的冷卻液溫度，與ROM內(nèi)存儲的水溫查出對應(yīng)的基本噴油脈沖寬度。然后，根據(jù)進(jìn)氣溫度信號和蓄電池電壓修正，得到起動時的噴油脈寬。9/6/202238清除溢油： 起動時如出現(xiàn)燃油過多的現(xiàn)象時，發(fā)動機將難以起動。為此一般ECU內(nèi)都設(shè)有清除溢油功能。起動時，踩下加速踏板使節(jié)氣門全開(節(jié)氣門傳感器給出信號)或節(jié)氣門開度為80100時，ECU將發(fā)出指令供給稀的混合氣(如空燃比為20：1)，以消除燃油過多現(xiàn)象，直到發(fā)動機轉(zhuǎn)速達(dá)400rmin。也有一些燃油噴射發(fā)動機，在起動時如

15、節(jié)氣門開度超過80后，根本就不噴油，其目的也是為了清除溢油。9/6/202239（2）發(fā)動機起動后噴油持續(xù)時間的控制 發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過規(guī)定值后，發(fā)動機ECU按下列公式確定噴油持續(xù)時間： 噴油持續(xù)時間=基本噴油持續(xù)時間噴油修正系數(shù)+電壓修正值 基本噴油持續(xù)時間 基本噴油持續(xù)時間是ECU為了達(dá)到目標(biāo)空燃比，由計算求得的噴油持續(xù)時間，目標(biāo)空燃比一般取147。 D型EFI系統(tǒng)的基本噴油持續(xù)時間由進(jìn)氣歧管絕對壓力信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號來確定。ECU中存有各種轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管壓力時的基本噴油持續(xù)時間(噴油特性脈譜)。（根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管絕對壓力確定噴油量，是以進(jìn)氣量與進(jìn)氣管壓力成正比為前提的，這一前提只在

16、理論上成立，實際工作中，進(jìn)氣脈動使充氣效率變化，EGR的波動也會影響進(jìn)氣量測量的準(zhǔn)確度，故還須根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速進(jìn)行修正。） L型EFI系統(tǒng)的基本噴油持續(xù)時間由空氣流量計信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速確定。9/6/202240 起動后各工況噴油量的修正 在確定基本噴油持續(xù)時間的同時，發(fā)動機ECU通過各種傳感器獲得發(fā)動機運行工況的信息，對基本噴油持續(xù)時間進(jìn)行修正。 *起動后加濃。發(fā)動機起動后，轉(zhuǎn)速逐漸升高并穩(wěn)定，此時發(fā)動機溫度還比較低，汽油仍霧化不良，因此需繼續(xù)供給較濃的混合氣。于是ECU額外增加噴油量，使發(fā)動機保持穩(wěn)定運行。噴油量初始修正值根據(jù)冷卻液溫度確定，后以一固定速度下降，逐步達(dá)到正常。 *暖機加濃。冷車

17、起動后，很快進(jìn)入暖機過程。暖機時燃油增加也是對發(fā)動機冷態(tài)時燃油霧化不良的一種補充措施。起動后加濃在發(fā)動機起動后數(shù)十秒內(nèi)即告結(jié)束，而暖機加濃時間較長，在冷卻液溫度達(dá)到規(guī)定值以前一直持續(xù)進(jìn)行。 *進(jìn)氣溫度修正。發(fā)動機進(jìn)氣密度隨發(fā)動機的進(jìn)氣溫度而變化，因此為了保持較為精確的空燃比，ECu以20時的空氣密度為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實測的進(jìn)氣溫度信號，修正噴油量。溫度低時增加噴油量，溫度高時減少噴油量。其最大幅度約為10。 9/6/202241 *大負(fù)荷加濃。發(fā)動機在輸出最大功率時，為保證其良好的工作，發(fā)動機ECu根據(jù)節(jié)氣門位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、空氣流量計(或進(jìn)氣歧管壓力)、冷卻液溫度等信號，增加噴油量，以加濃混合氣。

18、加濃量可達(dá)正常值的1030。 *加速減速空燃比控制。發(fā)動機在加速時，為使其有良好的動力性，需要適當(dāng)加濃。電控單元根據(jù)進(jìn)氣量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門位置、冷卻液溫度等信號，增加噴油量。發(fā)動機在減速時，節(jié)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)，此時應(yīng)減少噴油量。 *怠速穩(wěn)定性補償。對采用速度密度方式的電控噴射系統(tǒng)，在過渡工況時，進(jìn)氣歧管絕對壓力相對于發(fā)動機轉(zhuǎn)速將產(chǎn)生滯后。節(jié)氣門以下進(jìn)氣管容積越大，怠速時發(fā)動機轉(zhuǎn)速越低，這種滯后時間越長，怠速越不穩(wěn)定。為了提高發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性，ECU根據(jù)節(jié)氣門位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣歧管壓力等信號，增減噴油量。進(jìn)氣歧管絕對壓力升高或發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降時，增加噴油量；反之減少噴油量。 9

19、/6/202242 *電壓修正。電源電壓對噴油量有影響。電壓低，會使實際的噴油持續(xù)時間比正常的短，混合氣變稀，為此也需要修正。發(fā)動機ECU根據(jù)電源電壓的高低自動修正噴油量。 *空燃比反饋控制。在裝有氧傳感器的噴油閉環(huán)控制系統(tǒng)中，發(fā)動機ECU根據(jù)氧傳感器的信號修正噴油量，將空燃比控制在理論空燃比附近。但在發(fā)動機起動、起動后加濃、大負(fù)荷、冷卻液溫度低于規(guī)定值和斷油工況時，發(fā)動機ECU不進(jìn)行閉環(huán)控制。 *學(xué)習(xí)空燃比控制。學(xué)習(xí)空燃比控制通常稱學(xué)習(xí)控制，其目的是為進(jìn)一步提高空燃比的控制精度。 9/6/202243對于某一具體發(fā)動機來說，各種工況下的基本噴油持續(xù)時間存于發(fā)動機ECU的存儲器中。發(fā)動機在使用過程中，電控燃油噴射系統(tǒng)各部件性能會有所改變，實際空燃比相對于理論值可能偏離，而且這個偏