长安悦翔发动机管理系统电路原理及故障诊断_

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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 :2009-11-17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 :U463. 61文献标识码 :B文章编号 :100

7、3-8639(2010 02-0016-0 517 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

8、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

9、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 , 40MHz 时钟频率 , 768KB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

10、 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 (600700r /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

11、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

12、, 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

13、 。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

14、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

15、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 H 2O , 二氧化碳 CO 2和氮 N 2。 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 100mV 的传感器

16、电压 , 浓混合气 (<1 产生约 800mV 的传感器电压 。 当=1时 , 传感器电压有一个跃变 。 闭环控制对输入信号作出响应 (>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

17、 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 ,

18、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

19、 机 电 控 单 元 (BOSCH 公 司 生 产 的 M7系 统 的记忆电源是 ECU 的 16脚 (R /W , 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 IG1 DF28(10A ECU 的 17脚 。 ECU 的 1

20、7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

21、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

22、 压 力温度 搭铁线 冷 却 液 温 度 传 感 器信号B /W W /Br B /G B W /R B /L Br /LL /G O Y /O V /W R /W Br /W Y /O L /O R /G R /Y R /O R /G Y /Gr Lg /B L /B Gr /R Gr /G B /W Lg Lg /B O /W W /R G Y /W L /R R /B23457891012141516171819202122242526293031323334353637394041怠速 :0V 左右脉冲信号 , 着车 :13.7V 着车 :0V0V脉冲信号 , 着车 :13.7V 着车

23、 :13.8V 着车 :6.92V系统压力 1.6MPa , 0V ; 系统压力 <1.6MPa , 12V 鼓风机运 转 :0.84V ; 鼓 风机关闭 :12.3V 点火开关 ON :10.311.3V 着车 :13.9V 着车 :13.7V 点火开关 ON :4.98V 点火开关 ON :4.99V 着车 :1.96V , 灯灭 ; 0V , 灯亮怠速 :313.6V 变化 怠速 :13.6V转向盘不动 :12.5V ; 转 动转向盘 :03V 变化 正常怠速 :1.14V 怠速 :0.35V 怠速 :0.30.7V 着车 :2.49V 着车 :2.49V 着车 :1.02V5V

24、0V着车 :13.5V 怠速 :0.14V脉冲控制 , 不工作 :13.7V0V 0V温 度 不 同 数 值 不 同 , 正 常温度 :0.76V端子电压功能端子 颜色针脚着车 :10.3V0VA /C ON :0.24V A /C OFF :12V着车在 0.10.7V 之间变化0V 脉冲信号 脉冲信号 着车 :13.6V 着车 :0.09V怠速 :0.14V正常怠速 :1.75V 着车 :0.09V 着车 :0.09V 工作 :0.09V 怠速 :13.1V 怠速 :13.1V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

25、 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Lg /W B R /W Y /G Gr /V Gr /L B Gr L /Y B /L V /L G B /R Y /L Y /Br R /Br V /Y W /Y R /W42434445464748495051525657596061626364表 1(续 端子电压功能端子 颜色针脚注 :ECU 的 第 1、 6、 1

26、1、 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 工艺材料 TechnologyMaterial 4.6.3 宽尾部压接 5 总结 本文通过对端子各功能部位、 各功能区域的阐 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。 述， 并对端子冷冲压连接时的一些重

27、要参数 （压接 高度和宽度、 压接出头长度、 料带切断长度、 前后 保护口要求、 缓冲过渡区中线芯和绝缘层位置 、 端 子形变） 以 及 对6种 压 接 类 型 作 出 详 细 的 解 析 ， 以 供同行参考， 期望同行的指正。 参考文献： 1 JST. Check-points for correct crimping Z . 2 GHW. Crimp-Ausfhrungen Z . 3 TYCO. Electronics crimp technology Z . 4 KET. crimp specification Z . 5 YAZAKI. Handling manual for YES

28、C Connector Z . 6 Amphenol. Crimp Theory for Quality Terminations， Customer 图 16 宽尾部压接 Manual 410-5783 Z . （编辑 文 珍） （上接第 20 页） 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 B Y 线供电的。 若怀 疑 这 些 元 件 的 供 电 有 问 题 ， 只

29、 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。 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 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