汽车发动机电控技术概述

主讲教师：余元强,汽车发动机电控系统结构与维修,课程培养目标：掌握发动机喷油系统、点火系统、怠速系统、废气循环系统、油箱蒸发回收系统的工作原理和检修方法，并能进行发动机综合故障诊断。,模块1汽车发动机电控系统概述,学习内容：项目1汽车电子控制技术概述项目2发动机电控系统的组成与工作原理项目3发动机控制模块ECU的组成及检测,学习目的：1.熟悉发动机电控技术的发展历程；2.认识发动机电控系统；3.掌握发动机电控系统基本组成与控制原理。,第一节发动机电控技术的发展第二节应用在发动机上的电子控制系统,项目1汽车发动机电控技术概述,一、发动机电控技术发展二、电控技术对发动机性能的影响,第一节发动机电控技术的发展,1、20世纪30年代真空电子管收音机是汽车电子技术的第一次出现。2、20世纪60年代，轿车中开始使用硅二极管，极大地改善了汽车的使用性能。3、汽车电子控制技术的真正发展是在1967年，首次将集成电路应用到汽车中。随后，美国克莱斯勒公司的汽车中配置电子控制点火装置，BOSCH公司开发出电控燃油喷射装置。4、20世纪70年代末期，为解决汽车安全、污染和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统,一、汽车电控技术的发展历史,5、20世纪80年代以后，微型计算机向智能化方向发展，并扩展到多个领域：主要有辅助驾驶、安全装置、型号装置、舒适方便装置等。6、20世纪90年代以后，微型计算机不断更新，极大地促进了汽车电子技术的发展。当前的汽车的电子技术分类有：动力控制系统、车辆行驶姿态控制、车辆内部控制和信息传送等。电控系统控制：独立控制集中控制整车控制技术,总的来说发动机电控技术发展分为三个阶段：第一阶段，从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在车上装了晶体管收音机；第二阶段，从20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染、和节能三大问题，研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统；第三阶段，20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。,二、电控技术对发动机性能的影响,1.提高发动机的动力性2.高发动机燃油经济性3.降低排放污染4.发动机的加速和减速性能5.改善发动机的起动性能,一、电子燃油喷射系统二、电控点火系统三、怠速控制系统四、排放控制系统五、进气控制系统六、增压控制系统七、巡航控制系统八、警告系统九、自诊断与报警系统十、失效保护系统十一、应急备用系统,第二节应用发动机上的电子控制系统,功用：根据进气量确定基本喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号等对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。,一、电子燃油喷射系统（EFI）,何时喷？,燃油控制,喷多少？,喷油正时,喷油脉宽,功用：是点火提前角控制。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，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。,二、电控点火系统（ESA）,何时点火？,点火控制,点火能量？,点火正时,闭合角控制,功用：是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、变速器是否挂入挡位等，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。,三、怠速控制系统（ISC）,功用：主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括：废气再循环（EGR）控制，活性炭罐电磁阀控制，氧传感器和空燃比闭环控制，二次空气喷射控制等。,四、排放控制系统,功用：主要是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，从而改善发动机动力性。,五、进气控制系统,功用：是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增加装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。,六、增压控制系统,功用：设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持一定车速行驶。,七、巡航控制系统,功用：由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示。,八、警告提示,功用：用来提示驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。,九、自诊断与报警系统,功用：主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。,十、失效保护系统,功用：是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防车辆停驶在路途中。,十一、应急备用系统,一、电控系统的基本组成与类型,二、传感器的类型及功用,三、电子控制单元（ECU）的基本功能,四、执行元件的类型,项目2发动机电控系统的基本组成,一、发动机电控系统的组成发动机电控系统：又称发动机管理系统EMS（EngineManagementSystem）、发动机集中控制系统，就是将多项目控制集中在一个动力控制模块PCM（PowerControlModule）或发动机控制单元ECU（EngineControlUnit）上完成，共用传感器。主要由传感器、PCM和执行器组成。,发动机电控系统的组成,传感器：检测发动机运行参数，并转换成电信号输送至控制单元。PCM：给各传感器提供参考电压，接受传感器的输入信号，分析计算后产生输出信号送至执行器。执行器：接收控制单元的输出信号，产生执行动作，实现各种控制。,传感器数量越多，检测越精确；执行器数量越多，功能越强。,2.类型：开环控制系统的控制方式比较简单，ECU只根据传感器信号对执行元件进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。开环控制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；闭环控制也叫反馈控制，在开环的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU。,下一页,开环控制系统：闭环控制系统:,1.空气流量传感器作用检测进气流量，计算进气量，决定基本喷油量和基本点火提前角。安装节气门前,二、传感器的类型及功用：,2.进气压力传感器作用检测节气门后方进气管内的进气压力，计算进气量，决定基本喷油量和基本点火提前角。反映废气循环量。同时安装进气流量，提高检测精度。安装节气门后方的进气管上,3.节气门位置传感器作用反映节气门开度（负荷）的大小，判定发动机怠速、部分负荷、全负荷工况，实现不同的控制模式；反映节气门变化快慢（加速、减速），实现加速加浓和减速减油或断油控制。安装节气门拉线对面,4.进气温度传感器作用：检测进气温度安装进气温度传感器可独立装于气路，或与进气流量传感器、进气压力传感器组成为一体；可以在节气门前或节气门后。,5.发动机转速和曲轴位置传感器作用产生发动机曲轴转速信号，决定基本喷油量和基本点火提前角；产生曲轴基准位置信号（一缸上止点信号），计算曲轴转角；产生发动机曲轴转角信号，判定曲轴（或活塞）位置。,曲轴位置传感器,安装曲轴、凸轮轴、分电器,丰田8A-FE发动机的曲轴位置传感器,6.凸轮轴位置传感器作用判定凸轮轴位置（一缸压缩上止点位置）安装分电器、凸轮轴,7.冷却液温度传感器作用：检测冷却液温度安装：冷却液温度传感器装于缸体、缸盖的水套中。,8.爆震传感器作用：检测发动机是否爆震安装：缸体、火花塞,9.氧传感器OxygenSensor（O2S）作用：检测排气中氧安装：排气管,10空调开关当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向ECU输入信号。11档位开关自动变速器由空档挂入其他档时，向ECU输入信号。12启动开关发动机启动时，给ECU提供一个启动信号。13制动灯开关制动时，向ECU提供制动信号。14动力转向开关当方向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向ECU输入信号。15巡航控制开关当进入巡航控制状态时，向ECU输入巡航控制状态信号。,三、执行器燃油泵、喷油器、点火线圈或点火控制器、怠速阀、EGR阀、EVAP阀等。1.燃油泵安装：内置油箱,作用泵油，建立油压。,2.喷油器作用：将燃油以一定压力喷出并雾化。安装：进气歧管上和进气道附近的缸盖上，,3.怠速阀（ISCV、ISC、IAC阀）作用：控制怠速进气量安装：节气门并排的气道上,4.点火器、点火线圈点火线圈：高压线圈点火器：连点火线圈的模块，或与点火线圈一体5.废气循环阀（EGR阀）作用：控制废气循环量，降低排放中的氮气。安装：排气和节气门后方进气之间的管道上6.油箱蒸汽回收电磁阀（EVAP阀）作用：控制油箱蒸汽回收量，降低油箱蒸汽的排放。安装：炭罐和节气门后方进气之间的管道上,四、发动机控制模块ECU作用：控制单元安装：注意ECU防水、防振、防热、防过电压、防磁保护。一般安装在仪表板、杂物箱或控制台中其它零部件、座椅、滤清器的下面或后面,给传感器提供电压，接受传感器和其他装置的输入信号，并转换成数字信号；储存该车型的特征参数和运算所需的有关数据信号；确定计算输出指令所需的程序，并根据输入信号和相关程序计算输出指令数值；将输入信号和输出指令信号与标准值进行比较，确定并存储故障信息。向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息；自我修正功能（学习功能）。,电子控制单元（ECU）的基本功能,Bosch公司MotronicM3.8.2系统,电动燃油泵,活性炭罐电磁阀,点火线圈组件,凸轮轴传感器,氧传感器,喷油器,节气门位置传感器,空气流量计,控制单元,进气温度传感器,曲轴传感器,冷却液温度传感器,爆震传感器,节气门组件,发动机电控系统的组成,项目2发动机控制模块ECU的组成及检测,学习目的：能够正确使用和检测ECU。学习要求：1、理解ECU的组成及功能。2、掌握ECU的检修方法。3、掌握ECU的正确使用。学习内容：2.1发动机控制模块（ECU）2.2ECU外部电路2.3ECU的检修2.4ECU的正确使用,2.1.1ECU的组成（1）输入回路（2）A/D转换器（3）微处理器（4）输出回路,图发动机控制模块的组成,2.1发动机控制模块（ECU）,（1）输入回路作用：去除杂波、消峰。,图输入回路的作用,（2）A/D转换器作用：将模拟信号转换为数字信号。,图A/D转换器的作用,2.1.2ECU的功能,（3）微处理器,微处理器,中央处理器（CPU）：控制核心，8位、16位、32位,只读存储器（ROM）：只读存储，存储控制程序，关断电源信息不消失,随机存储器（RAM）：随机存储，存储传感器数据、故障码、学习值等，可更新，关断电源后信息消失,输入/输出（I/O）接口：微机与外界进行信息交换的纽带,总线：CPU、存储器与I/O接口相连,（4）输出回路作用：将ECU输出的低电压信号放大，转换为可以驱动执行器工作的控制信号。,2.2ECU外部电路2.2.1ECU外部电源电路：为微处理器和传感器提供工作电压。常火线：若断开，ECU存储的故障码、怠速学习参数、燃油修正参数等信息丢失。点火开关控制火线：若接通，ECU产生控制功能；点火开关控制主继电器的ECU外部电源电路ECU控制主继电器的外部电源电路,点火开关控制主继电器的ECU外部电源电路,ECU控制主继电器的外部电源电路,（1）常火线检修故障：ECU不工作，丢失记忆。原因：断路、短路检修：BATT端子、保险丝、导线,（2）点火开关控制火线检修故障：ECU不工作，传感器无工作电压。原因：断路、短路检修：B端子、保险丝、继电器、点火开关、导线,2.2.2ECU内部电源电路将外部电源电压12V14V转变为恒定的5V电压，为微处理器和传感器提供电源电压。,图ECM内部电源电路,故障：ECU不工作，传感器无工作电压检修：若有12V无5V电压输出，说明内部电源电路故障。,2.2.3ECU搭铁电路有多条搭铁电路：ECU搭铁电路：E1传感器搭铁电路：E2执行器搭铁电路：E01、E02,图ECM搭铁电路,故障：ECU搭铁电路E1：ECU不工作、传感器无电压传感器搭铁电路E2：传感器信号错误执行器搭铁电路E01、E02：执行器不工作检修：断路（虚接）,图ECM搭铁电路,2.3ECU的检修修理人员碰到电脑故障时，头疼的五个问题：是否电脑问题？电脑能否修理？电脑损坏原因？更换什么型号的电脑？新电脑更换后能否正常工作？,2.3.1是否电脑问题？检测外部电路，判断电脑是否良好。常见故障：焊点松脱、电控单元固定松动、电子元件损坏等。替换法：先进行外电路检查，排除外电路故障。因为如果在外电路中存在故障的情况下，易对电脑进行误修，即使修好了或是买回了一块新电脑板，装上去一用便又因外电路的故障而再次损坏电脑。,2.3.2电脑能否修理？元件损坏，更换；线路板损坏，修复；芯片损坏，部分可更换。2.3.3故障原因？过电压：就车充电；发动机在运转过程中，电池接头松脱；通电中检查电路。一般会烧坏大功率稳压二极管等元件。过热：烤漆，不正确的加热检查。放大电路元件烧坏。振动：ECU安装松脱。在线路板中引起微小裂纹。进水：造成短路、腐蚀、接头损坏等。,2.3.4更换什么型号的电脑？ECU的零件号2.3.5新电脑更换后能否正常工作？有些控制模块需要进行匹配或编程；在更换后的一段时间内，控制模块会自动学习调整。,2.4ECU的正确使用注意ECU防机械撞击、防振、防水、防热、防过电压、防磁。ECU价格贵，故障率低，不要轻易怀疑并更换电脑。请勿解体ECM。怀疑ECU有故障，应先检查外部电路，主要是电源电路和搭铁电路；如果ECU电源电压小于10V，ECU无法工作。,连接或断开ECM线束接头之前，将点火开关转到OFF位置，并断开蓄电池的接地电缆。否则可能会损坏ECM。勿带电操作。（防过电压）断开蓄电池负极或拔下EFI保险丝会丢失故障码、冻结帧数据、设定参数、自适应参数、时钟信息或锁死音响系统，执行操作前应先读取有关参数；,连接ECM线束接头时，将拔杆推到底，以便可靠地锁紧。连接不良会产生过电压导致集成电路芯片的损坏。插针接头插入ECM或从ECM中拔出时，注意不要损坏插针端口。连接插针接头时，确保ECM插针端口没有弯曲或折断。,检测ECU电路，必须使用高内阻（10M）的数字万用表；使用电压表测量ECM信号时，绝对不要使测试笔搭接。测试笔的意外搭接将会导致短路，损坏ECM功率晶体管。（防过电压）,使发动机控制系统线束与相邻线束保持至少10cm的距离，以防止外部干扰。（防磁）当安装无线电或移动电话时，务必遵守以下要求，以避免由于安装位置不当而影响电子控制系统。（防磁）尽可能地使天线远离电子控制装置。使天线馈线线路与电子控制线束之间保持20cm以上的距离。请勿使两种电路在较长距离上平行布置。收音机务必通过车身接地。,案例1：ECU浸水故障故障：下雨后发动机不能起动车型：捷达GiF,检查：使用故障诊断仪V.A.G1551检测，不能进入发动机控制系统。怀疑发动机控制单元出现问题。当拆开风挡玻璃下方的流水板后，发现流水槽内存有积水。杂物阻塞泄水孔。,故障排除：将控制单元插头断开并用压缩空气吹干后，设备仍然不能进入发动机控制系统；在更换新的控制单元后，查询数据流完全正常，原控制单元损坏。,分析：控制单元安装在流水槽左侧，由于泄水孔阻塞，当下雨或洗车时，水不能及时排出，便会浸湿控制单元。因此在车辆维护中一定要检查流水槽左右两侧的泄水孔。,案例2：ECU型号错误故障：稳态加速工况法检测NO超标车型：捷达AT检查：清洗喷油器、燃烧室积炭，更换火花塞，均未见效。查看该车发动机控制单元的零件号为L06A906018EL，感觉有点问题。故障排除：在将原尾缀为EL的控制单元更换成EK的控制单元后，经检测，废气排放合格。,分析：发现发动机控制单元零件号有4种尾缀：G、EL、EK及GE。尾缀G表示系统装备三元催化器但版本较低，是过渡型；EL表示系统无三元催化装置；EK表示系统装备三元催化装置，不带防盗；GE表示系统装备三元催化装置，带防盗。经检查，该车装备了三元催化装置，无防盗，所以应安装尾缀为EK的发动机控制单元。,案例3：ECU搭铁不良故障:发动机起动困难车型：捷达GTX检查：连接故障诊断仪V.A.G1552检测发动机控制系统无故障码。起动发动机时发现电动燃油泵不工作，且无高压火。后来又发现发动机控制单元有时不能通讯，故决定检查发动机控制单元的电源线和接地线，其他接地点都良好，但发现控制单元旁边的搭铁点接线柱上有一层油漆。,分析：该车曾因出事故而做过钣金和喷漆修理，当时对这个接地点的油漆没有清除，修复后的一段时间没有出现故障，时间久后此处接地不良，最终导致车辆不能起动。故障排除：打磨紧固后进行测试，每次起动一次成功。,案例4：电脑外电路故障损坏电脑故障：某修理厂将一辆皇冠2.8轿车由右方向改为左方向后，发动机不能启动。检查：,IGTECUIDL,点火器,节气门位置传感器,怀疑是电脑损坏。检查外电路，发现发动机电脑线束中有两根颜色和线径均相同的线，一条通至节气门位置传感器，另一条通至点火放大器，因此怀疑这两条线有可能因颜色和粗细的相同而接错。打开电脑盒，查看与该两条线相连的电脑接脚在电路板上的缩写符号，发现