长安悦翔发动机管理系统电路原理及故障诊断_.pdf

16 汽车电器 2010 年第 2 期 整车电路Auto Circuit 长安悦翔轿车搭载的JL475Q7发动机， 是在引 进日本铃木发动机技术的基础上， 与欧洲设计公司 （德国FEV、 奥地利AVL公司） 合作并优化设计， 采 用塑钢进气歧管， 滚流气道设计等多项专利技术， 达到国排放标准， 其发动机电控系统采用BOSCH 的M7发动机管理系统。 1长安悦翔M7发动机管理系统概述 BOSCH公司生产的Motronic 7（M7） 发动机管 理系统 （EMS） 通常由传感器、 微处理器 （MCU， 内含电控单元ECU） 和执行器3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。 发动机管理系统原理简图如图1所示。 在发动机管理系统中， 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的作用是接收传感器的 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， 则存储故障代码， 调用 “跛行回 家” 功能， 当探测到故障被取消， 则恢复正常使用。 发动机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； 氧传感 器信号； 车速信号； 空调压力信号。 以上信息进入 ECU后， 经处理产生执行器所需的控制信号。 控制 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； 炭罐控制阀 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。 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的不同变型中的惟一办法。M7发动机管理 系统结构如图2所示。 2长安悦翔发动机管理系统的主要功能 Motronic 7（M7） 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。 系统的主要功能有如下4种。 2.1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 确定气缸负荷量， 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 时排放控制功能； 催化器加热； 炭罐控制； 怠速控 制； 跛行回家； 空调控制。 2.2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。 2.3在线诊断OBD ECU不断检测传感器、 执行器、 相关的电器、 故障指示灯和蓄电池电压等， 乃至控制完成一系列 OBD功能， 用于诊断功能的管理系统。 2.4扭矩结构 在以扭矩为主的发动机管理系统中， 发动机的 图1发动机管理系统原理简图 修改稿收稿日期：20091117 作者简介： 陈建军， 讲师，1993年毕业于河南科技大学 （原洛阳工学院） 汽车设计与制造专业， 曾从事汽车售后服务工 作， 现从事汽车维修专业的教学工作； 王小战， 技师， 商丘市威达汽车贸易有限公司服务经理兼技术总监。 长安悦翔发动机管理系统电路原理及故障诊断 （） 陈建军1， 王小战2 （1.郑州市国防科技学校， 河南 郑州450042； 2.商丘市威达汽车贸易有限公司， 河南 商丘476000） 中图分类号：U46361文献标识码：B文章编号：10038639（2010）02001605 17 汽车电器 2010 年第 2 期 Auto Circuit整车电路 图3以扭矩为基础的系统结构 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3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。 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 执行对其他变量没有影响， 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。 和以往的M系列发动机电喷管理系统相比，M7 系统的主要特点为：新的以扭矩为变量的发动机 功能结构， 与其它 系统最易兼容， 可 扩展性强；新的 模块化的软件结构 和硬件结构， 可移 植性强；基于模 型的发动机基本特 性图， 相互独立， 简化了标定过程； 带 有 相 位 传 感 器， 顺序燃油喷射 有助于改善排放； 系统集成防盗功 能；通过对各种 扭矩要求的集中协 调以改善驾驶性能； ECU采用16位中 央处理器，40 MHz 时钟频率，768 KB 缓存；系统可根 据将来的需要 （如 今后的排放法规，OBD， 电子节气门等） 进行 扩充。 3M7系统的控制策略 3.1起动控制 在起动过程中， 要采取特殊计算方式来控制充 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。 在相似的过程中， 特定的 “喷油正时” 被指定为初始喷射脉冲。 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， 在 发动机达到一定转速前， 要加浓混合气。 一旦发 动机开始运行， 系统立即开始减少起动加浓， 直 到起动工况结束时 （600700 r min） 完全取消起 动加浓。 在起动工况下点火提前角也不断调整， 随着发 动机温度、 进气温度和发动机转速而变。 3.2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”。 图2M7发动机管理系统结构图 18 汽车电器 2010 年第 2 期 整车电路Auto Circuit 图4悦翔轿车用发动机ECU实物图 图5长安悦翔M7发动机ECU端子排列图 3.3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， 部分喷射的燃油被油膜吸 收。 所以， 必须喷射相应的补充燃油量， 对其补充 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。 一旦转速下降到怠速以上特定的恢复供油转速 时， 喷油系统重新供油。 实际上，ECU的程序中有 一个恢复转速的范围。 它们根据发动机温度、 发动 机转速动态变化等参数的变化而不同， 并且通过计 算防止转速下降到规定的最低阈值。 一旦喷射系统重新供油， 系统开始使用初次喷 射脉冲供给补充燃油， 并在进气歧管壁上重建油 膜。 恢复喷油后， 扭矩为主的控制系统使发动机扭 矩的增加缓慢而平稳 （平稳过渡）。 3.4怠速控制 怠速时， 发动机不提供扭矩给飞轮。 为保证发 动机在尽可能低的怠速下稳定运行， 闭环怠速控制 系统必须维持产生的扭矩与发动机 “功率消耗” 之 间的平衡。 怠速时需要产生一定的功率， 以满足各 方面的要求。 它们包括来自发动机曲轴和配气机构 以及辅助部件， 如水泵的内部摩擦。 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 更大的内部摩擦损失或维持更高的怠速转速， 也需要 增加扭矩。 所有这些输出扭矩要求的总和被传递到 扭矩需求协调器， 扭矩需求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。 3.5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 到这样高的效果， 闭环控制的目标就是保证混合气 浓度在此范围内。 闭环控制系统只有配备氧传感器才能起作用。 氧传感器在三元催化器侧的位置检测废气中的氧含 量， 稀混合气 （1） 产生约100 mV的传感器电压， 浓混合气 （1为混合气过稀，1为混合气过 浓） 修改控制变量， 产生修正因子作为乘数以修正 喷油持续时间。 3.6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， 并形成燃油蒸气。 由于受到排 放法规的限制， 这些含有大量HC成分的蒸气不允 许直接排入大气中。 在系统中燃油蒸气通过导管被 收集在活性炭罐中， 并在适当的时候通过冲洗进入 发动机参与燃烧过程。 冲洗气流的流量是由ECU控 制炭罐控制阀来实现的。 该控制仅在闭环控制系统 闭环工作情况下才工作。 4发动机管理系统原理图读图要领 对于初学者来说， 要看懂汽车电控系统原理图确 实不容易， 必须找到一定的方法， 才能搞清楚电路的 来龙去脉， 笔者认为发动机电控单元 （ECU） 是整个 电控系统的核心， 所有的控制都是围绕着电控单元进 行的。 发动机正常工作必须具备的条件有3个：ECU 本身是好的；ECU要有可靠的供电；ECU要有良 好的搭铁。 为此， 读电控系统电路图要围绕这3个条 件去查找。 悦翔轿车用发动机ECU实物如图4所示， 其端子排列说明如图5所示， 端子引脚说明及其端子 电压如表1所示。 发动机管理系统原理如图6所示。 19 汽车电器 2010 年第 2 期 Auto Circuit整车电路 图6悦翔轿车发动机管理系统原理图 20 汽车电器 2010 年第 2 期 整车电路Auto Circuit 表1长安悦翔轿车M7发动机ECU端子说明表 4.1电源部分 悦翔轿车发动机电控单元有2个电源。 一个是常电源， 在点火开关断开的情况下， 由 蓄电池直接给电控单元供电。 这个电源也叫记忆电 源， 主要记忆电控单元在以前的工作中， 学习或修 正的一些参数或数据， 供下次起动时用。 悦翔轿车 的发动机电控单元 （BOSCH公司生产的M7系统） 的记忆电源是ECU的16脚 （RW）， 其电流方向为： 蓄电池正极EF2（10A）ECU16脚。 为ECU内部 的电源模块供电。 另一个电源是条件电， 也就是点火开关接通 至ON档时才为ECU供电， 为发动机ECU工作准备 条件， 悦翔轿车ECU的条件电是ECU的17脚。 其 电流流向为： 蓄电池正极SB2（40A）点火开 关IG1DF28（10A）ECU的17脚。ECU的17 脚 得 电 后 ，ECU会 立 刻 投 入 工 作 ， 控 制ECU的 32脚 搭 铁 。 让 主 继 电 器 线 圈 吸 合 ， 使 主 继 电 器 工作。 主继电器工作后， 通过熔断器EF7（15A） 向 ECU的8脚和51脚供电， 这也算是ECU的条件电。 前氧传感器加热 电阻控制 点 火 线 圈 第1、4 缸的控制线 后氧传感器加热 电阻的控制线 点火搭铁线 点 火 线 圈 第2、3 缸的控制线 经过主继电器控 制的火线 转 速 输 出 信 号 ， 至组合仪表B插 座 第9脚 空调三态压力开 关中的中压开关输 入信号 鼓风机输入信号 诊断K线 过EF2（10A）的常 火线 过DF28（10A）的 点火线 进气压力传感器 供电 节气门位置传感 器供电 故障指示灯控制 怠速电动机B相位 怠速电动机A相位 动力转向开关信 号输入 进气温度信号 节气门位置信号 后氧传感器信号 爆震传感器信号A 爆震传感器信号B 主继电器控制线 通信线CAN-H 通信线CAN-L 怠速电动机C相位 怠速电动机D相位 炭罐电磁阀的控 制线 前、 后氧传感器 信号搭铁线 传感器（相位、节 气门位置、 进气压 力温度）搭铁线 冷却液温度传感 器信号 BW WBr BG B WR BL BrL LG O YO VW RW BrW YO LO RG RY RO RG YGr LgB LB GrR GrG BW Lg LgB OW WR G YW LR RB 2 3 4 5 7 8 9 10 12 14 15 16 17 18 19 20 21 22 24 25 26 29 30 31 32 33 34 35 36 37 39 40 41 怠速：0 V左右 脉冲信号，着车：13.7 V 着车：0 V 0 V 脉冲信号，着车：13.7 V 着车：13.8 V 着车：6.92 V 系统压力1.6 MPa，0 V； 系统压力1.6 MPa，12 V 鼓风机运转：0.84 V；鼓 风机关闭：12.3 V 点火开关ON：10.311.3 V 着车：13.9 V 着车：13.7 V 点火开关ON：4.98 V 点火开关ON：4.99 V 着车：1.96 V，灯灭；0 V， 灯亮 怠速：313.6 V变化 怠速：13.6 V 转向盘不动：12.5 V；转 动转向盘：03 V变化 正常怠速：1.14 V 怠速：0.35 V 怠速：0.30.7 V 着车：2.49 V 着车：2.49 V 着车：1.02 V 5 V 0 V 着车：13.5 V 怠速：0.14 V 脉冲控制，不工作：13.7 V 0 V 0 V 温度不同数值不同，正 常温度：0.76 V 端子电压功能 端子 颜色 针脚 着车：10.3 V 0 V AC ON：0.24 V AC OFF：12 V 着车在0.10.7 V之间变化 0 V 脉冲信号 脉冲信号 着车：13.6 V 着车：0.09 V 怠速：0.14 V 正常怠速：1.75 V 着车：0.09 V 着车：0.09 V 工作：0.09 V 怠速：13.1 V 怠速：13.1 V 相位传感器信号 ECU搭铁线 空调压缩机信号 前氧传感器信号 发动机转速信号B 发动机转速信号A 执行器搭铁线 第3缸喷油器控制 第1缸喷油器控制 过主继电器的火线 控制风扇继电器1 到 组 合 仪 表B4 脚，油耗信号 到 组 合 仪 表B2 脚，车速信号输入 进气压力信号输入 控制燃油泵继电器 控制压缩机继电器 控制风扇继电器3 第2缸喷油器控制 第4缸喷油器控制 LgW B RW YG GrV GrL B Gr LY BL VL G BR YL YBr RBr VY WY RW 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 56 57 59 60 61 62 63 64 表1（续） 端子电压功能 端子 颜色 针脚 注：ECU的第1、6、11、13、23、27、28、38、5355、 58号引脚未用。 其端子颜色为实车实践测绘， 有些与原车电 路图 （图6） 不一致， 实践维修中以实车为准。 （下转第26页） 26 汽车电器 2010 年第 2 期 工艺材料TechnologyMaterial 地址：哈尔滨市宣化街477号奔马汽配城C区15号电话：04518256505188898709手机客服QQ：569488429传真：045183183858农业银行卡号：95599 8308 83015 78110户名：韩惠军 4.2搭铁部分 悦翔轿车电控单元有3条搭铁线：ECU内部电 源模块直接搭铁线、 传感器搭铁线和执行器的搭铁 线， 分别是ECU的5脚、43脚和48脚。 在检查搭铁 线是否良好时， 最好用万用表的直流电压档测量。 直接测量搭铁端子对蓄电池负极的电压， 该值应不 大于0.3 V， 否则为ECU搭铁不好。 4.3公共部分 1） 前、 后氧传感器的加热线和ECU的8脚、51 脚共用熔断器EF7（15A） 的火线。 在维修中， 若 需要检查ECU的8脚是否有电， 由于不好直接测量， 可以检查前氧传感器的供电是否正常， 直接测量前 氧传感器的加热 （BL） 线， 看是否有12 V的电压， 若有的话， 说明ECU的8脚供电也正常， 这样可以 节省很多时间。 2） 燃油泵继电器线圈， 风扇继电器1、2、3的 线圈， 空调继电器线圈，1、2、3、4缸喷油器， 炭 罐电磁阀， 这10个元件的电源都是先通过主继电 器， 然后再过熔断器EF8（15A）， 经BY线供电的。 若怀疑这些元件的供电有问题， 只需要任意抽查2 个检查就可以了。 因为它们是 “一条绳子上的蚂 蚱， 一个跑不了， 大家都跑不了”。 一个供电正常， 其余的也正常了。 3） 相位传感器、 节气门位置传感器、 进气压 力温度传感器共用ECU的40脚构成搭铁回路， 而相 位传感器和节气门位置传感器又都是通过ECU的19 脚提供5 V工作电源， 信号线是相互独立的。 这样， 只要弄清楚了线路的来龙去脉， 在检查 线路的时候， 可以节省我们大量时间。 （待续， 本文分3期连载） （编辑心翔） （上接第20页） 4.6.3宽尾部压接 此种压接方式适合规格为6.3以上的端子， 且应 用较少， 在一些电源插件的护套内有时能用到， 如 图16所示。 此压接类型在长城精灵的机舱线束与中 央配电盒对接的电源插座护套内的端子以及机舱线 束中2号配电盒中的继电器端子进行了使用。 5总结 本文通过对端子各功能部位、 各功能区域的阐 述， 并对端子冷冲压连接时的