汽车电子控制技术辅助控制

汽车电子控制技术第6章辅助控制6.1怠速控制（ISC）6.2发动机排放污染控制6.3进气与增压控制6.4稀薄燃烧控制6.5故障的自诊断系统6.6安全保险功能和后备系统

怠速工况控制是EFI控制系统的一个重要组成部分。1.怠速控制目的在保证排放要求且运转稳定的前提下，尽量降低发动机的最低稳定保持转速，以降低该工况的燃料消耗。2.怠速工况控制的基本要求1）动力平衡；2）较低的燃料消耗；3）良好的排放特性；4）快速平稳的过渡过程。6.1怠速控制（ISC）1）开关：怠速开关、空挡位置开关、空调(A/C)开关。2）传感器：冷却水温度、发动机转速、车速传感器。3）ECU：比较电路、怠速状态判别电路、驱动电路。4）执行机构：步进电机驱动怠速控制阀、电磁控制旋转滑阀。传感器ECU执行机构开关信号驱动电路3.怠速控制系统组成空气滤清器空气流量计节气门体ECU怠速控制阀空气阀节气门发动机怠速运行时，ECU首先根据怠速开关、车速传感器的信号进行工况确认，再结合水温传感器、空调开关信号以及动力转向、自动变速机构的工作状态确定目标转速，将发动机实际转速与控制目标转速进行比较，根据比较的差值确定相应的控制量，发出指令控制执行机构。4.怠速控制过程与方式起动后控制暖机过程控制负荷变化控制减速控制1）控制过程2)控制的内容：根据ECU发出指令，改变进气系统怠速旁通通道的流通截面，通过控制发动机的进气量，实现怠速控制。怠速时的喷油量控制仍EFI系统与空气进气量相匹配控制。1

节气门旁通控制2）控制方式怠速时，节气门完全关闭，怠速进气量由怠速控制阀控制的旁通空气道提供。2

节气门调节控制怠速进气量由节气门较小的开度提供，不设旁通空气道。节气门在怠速状态的开度大小由发动机ECU通过怠速电机控制6.1.1节气门旁通控制怠速控制阀的类型步进电机型旋转电磁阀型占空比控制电磁阀型开关控制电磁阀型通过步进电机驱动的怠速控制阀改变进气系统怠速旁通通道的流通截面。1.步进电机控制步进电机怠速控制阀2.步进电机工作原理1）起动初始位置确定为了改善发动机起动性能，发动机起动时，怠速控制阀预设再全开位置，使得旁通空气量最大，发动机易于起动。3.主要控制内容有：2）起动控制发动机起动后怠速转速迅速升高，当转速达到规定临界值(此值由冷却水温度确定)后，ECU开始根据冷却水温来控制怠速机构阀门的位置。3）暖机控制发动机起动后，ECU依然根据冷却水温来控制怠速机构阀门的位置。4）反馈控制发动机起动后，当怠速开关闭合，车速低于2km/h，空调开关断开时，ECU根据发动机实际转速与控制目标转速进行比较，实际转速低于目标转速，ECU控制怠速阀门开打，反之，减小。5）发动机负荷变化预控制发动机负荷变化如空挡起动开关、空调开关接通或断开，为了避免发动机怠速转速波动或熄火，在发动机转速出现变化前，ECU控制怠速阀门预先开大或减小一个固定的数值。6）电器负载增多时的怠速控制怠速运转时，车辆电器负载增多会影响蓄电池电压降低，为保证向ECU和点火开关提供正常的供电电压，需增加旁通空气量，提高发动机怠速转速和功率。7）学习控制发动机长期使用后，其性能发生变化，怠速转速会与初始设置的数值略有不同。利用ECU反馈控制，可使发动机回归到目标值（学习过程）。并将学习的结果存储在存储器ROM中。电磁阀控制与步进电机控制其原理大同小异，仅仅是执行机构改为电磁控制旋转滑阀。通过控制旋转滑阀的顺时针或逆时针旋转改变旁通空气量。2.电磁阀控制

主要控制内容仍然包括步进电机控制的内容。电磁控制旋转滑阀的驱动电路与步进电机控制驱动电路不同。6.1.2节气门调节控制通过直接控制节气门的开启程度，调节发动机的进气量实现怠速控制。怠速执行机构主要由直流电机、减速齿轮、丝杠等部件组成。控制方式怠速执行机构同节气门旁通控制。主要控制内容6.2发动机排放污染控制废气再循环是发动机工作时将一部分废气引入进气系统，与新鲜空气混合后吸入气缸再次进行燃烧的过程。废气再循环程度用EGR率表示6.2.1废气再循环(EGR)控制目的是降低排气中NOx的含量。1.废气再循环

NOX是在高温富氧的条件下生成的，由于废气中含有大量的CO2，而CO2不能燃烧却吸收大量的热，少部分废气进入气缸参与混合气的燃烧，使气缸中混合气的燃烧温度降低，氧的含量减少，从而减少了NOX的生成量。排气再循环是净化排气中NOX的主要方法。当EGR率达到15％时，NOx的排放量可减少60％。EGR率增加过多时，发动机动力性下降，且HC含量上升。2.EGR减少NOX的机理在新鲜的混合气中掺入适量废气之后，混合气的热值降低，致使发动机的有效功率下降。为了作到既能减少NOx的排放，又能保持发动机的动力性，必须根据发动机运转的工况对再循环的废气量加以控制。1）NOx的生成量随发动机负荷的增大而增多，因此，再循环的废气量也应随负荷而增加。2）在暖机期间或怠速时，NOx生成量不多，为了保持发动机运转的稳定性，不进行废气再循环。3）在全负荷或高转速下工作时，为了使发动机有足够的动力性，也不进行废气再循环。3.EGR特点废气再循环系统1）控制系统的组成：传感器、ECU、执行机构1.普通EGR电子控制系统1.起动开关1传感器4.水温传感器2.怠速开关执行机构5.电磁阀6.废气再循环控制阀3.曲轴位置传感器53624发动机工作时：ECU根据点火开关、曲轴位置传感器、水温传感器、节气门位置传感器(相当于负荷)等信号，处理后确定发动机运行工况，并发出指令。控制电磁阀开启或闭合，同时利用进气歧管的真空来控制废气再循环(EGR)控制阀开启或闭合。排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。2）工作原理：普通EGR电子控制系统的EGR率是不可调节的。工况电磁阀ERG阀发动机起动时

1.节气门位置传感器的怠速触点接通2.冷却水温低发动机转速

3.低于900r/min；4.高于3200r/min

若以上1.2.3.4.条件任一项出现，则实现右边控制。ON即：电磁阀通电；阀门关闭不起作用除以上工况外OFF阀门开启起作用3）废气再循环控制过程真空直接控制EGR阀4）EGR阀

若电磁阀门开启，进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开。反之关闭正背压EGR阀ECU通过控制真空电磁阀改变EGR阀真空膜室的真空度，使EGR阀的阀门开度改变，从而改变流入进气歧管的废气，以达到改变EGR率。2.可变EGR率的废气再循环控制系统

1）EGR阀开度反馈控制通过EGR阀开度传感器检测EGR阀门的开度，以达到改变EGR率。

2）EGR率反馈控制通过EGR率传感器检测EGR率，以达到改变EGR率。3.闭环控制式废气再循环6.2.2活性炭蒸发污染控制汽油箱和化油器浮子室中的汽油随时都在蒸发汽化，若不加以控制或回收，则当发动机停机时，汽油蒸气将逸入大气，造成对环境的污染。汽油蒸发控制系统的功用便是将这些汽油蒸气收集和储存在炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸燃烧。

碳罐作用主要是用来吸附邮箱中的燃油蒸汽，防止排入到大气中，造成污染，同时利用空气作用，把燃油吸入到发动机中进行燃烧。真空直接控制的汽油蒸发控制系统6.3进气与增压控制发动机进气分为自然进气和增压进气。

由于进气过程具有间歇性和周期性，致使进气歧管内产生一定幅度的压力波。此压力波以声速在进气系统内传播和往复反射。如果利用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统，并使其固有频率与气门的进气周期调谐，那么在特定的转速下，就会在进气门关闭之前，在进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气歧管的压力增高，从而增加进气量。这种效应称作进气波动效应。6.3.1进气谐振增压控制系统(ACIS)谐振进气系统的优点是没有运动件，工作可靠，成本低。但只能增加特定转速下的进气量和发动机转矩。

如果能改变谐振进气系统谐振频率，则能增加较大范围转速下的进气量和发动机转矩。

ECU控制VSV断电关闭，IACV关闭，脉动压力波传递长度增大，形成低速惯性增压效果谐振增压控制系统的工作过程1.发动机中低速时：ECU控制VSV通电打开，IACV打开，脉动压力波传递长度缩短，形成高速惯性增压效果2.发动机高速时：谐振增压控制系统的控制电路及原理1.进气系统6.3.2可变进气控制系统

本田对这种高性能发动机的解决方法就是采用了一种叫做VTEC的技术。VTEC发动机是每缸4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。通过计算机控制的气门正时和气门升程系统，可以大大提高发动机的燃烧效率和性能。本田公司在它的几乎所有的车型当中都使用了VTEC技术。本田VTEC系统“VTEC”—VariableValveTimingandLiftElectronicControlSystem可变气门正时及升程电子控制系统本田VTEC发动机发动机转速不同，要求不同的配气定时。因为发动机转速改变时，进气流速和强制排气废气流速也随之改变。2.可变配气定时机构采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。当发动机在低速运转时，气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气量减少，气缸内残余废气将会增多。当发动机在高速运转时，气流惯性大，若此时增大进气迟后角和气门重叠角，则会增加进气量和减少残余废气量，使发动机的换气过完善。四冲程发动机的配气定时进气迟后角和气门重叠角随发动机转速的升高而加大。气门升程随发动机转速的升高而加大

VVT—i系统是丰田公司的智能可变气门正时系统的英文缩写，丰田轿车的发动机已普遍安装了VVT—i系统。丰田的VVT—i系统可连续调节气门正时，但不能调节气门升程。

当发动机由低速向高速转换时，ECU就自动地将机油压向进气凸轮轴驱动齿轮内的小涡轮，这样，在压力的作用下，小涡轮就相对于齿轮壳旋转一定的角度，从而使凸轮轴在60度的范围内向前或向后旋转，从而改变进气门开启的时刻，达到连续调节气门正时的目的。工作原理丰田公司VVT—i系统

VVEL能够更精确而迅速的控制进气流量。降低提高Nissan推出VVEL技术改变气门升程VVEL可变气门和C-VTC连续汽门正时技术6.3.1废气涡轮增压系统涡轮增压是通过涡轮增压器来达到的。涡轮增压器通俗地理解就是空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快(当加速的时候)，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。目前在汽油机上应用比较广泛的增压技术主要是机械增压和涡轮增压(Turbocharge)。废气涡轮增压系统图片废气涡轮增压系统示意图废气涡轮增压器图片废气涡轮增压器示意图废气涡轮增压器实物图片1、涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；2、增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。3、涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。废气涡轮增压系统示意图6.4稀薄燃烧控制通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后研发稀薄混合气燃烧，随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步。三菱缸内喷注汽油机(GDI)，可令混合比达到40:1。大众的直喷汽油发动机(FSI)，是采用高压泵，汽油通过一个分流轨道到达电磁控制的高压喷射气门。本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。1.稀薄燃烧混合气中的汽油含量低，汽油与空气之比可达1：25以上。一、提高压缩比

采用紧凑型燃烧室，使缸内形成较强的空气运动旋流，提高气流速度；将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离；提高压缩比至13：1左右。

二、分层燃烧

混合比达到25：1以上，必须采用由浓至稀的分层燃烧方式。采用燃油喷射定时与分段喷射技术，进气初期喷油，进气后期喷油，浓混合气聚集在火花塞四周被点燃，实现分层燃烧。

三、高能点火

高能点火和宽间隙火花塞。稀燃发动机采用双火花塞或者多极火花塞装置来达到上述目的汽油发动机实现稀燃的关键技术燃油被以极高的精密度喷入气缸，并在大量过剩的空气中几乎完全燃烧。燃料完完全全得到了最优利用。6.5故障的自诊断系统一般装有微处理器控制单元(ECU)的汽车，都具有故障自诊断系统。其功能时对汽车内传动系统、控制系统备个部分工作状态进行自动检查和监测。当汽车出现故障时，装在仪表板上的故障指示灯就会闪亮以警告驾驶人员汽车可能出问题了。按一下按钮，故障代码(一般用二位或三位数字代表不同的故障)就在仪表板上显示出来。同时此故障信号将被存入存储器。即使点火开关断开、故障排除、故障指示灯熄灭，故障信号仍将保留在存储器中以供维修人员来判断汽车的故障所在。故障排除后，断开ECU的电源30秒故障码将会被清除。

80年代，随车诊断系统问世，它是利用微处理控制单元(ECU)对电控系统各部件进行检测和诊断，自行找出故障，故也被称为故障自诊断系统。由于它可以对汽车电控系统参数实行连续监控，并能记录备系统的间歇故障，因此查找故障及时方便，所以其使用较为广泛。但是由于微处理器内存有限，故其诊断项目受到一定的限制，而且不能诊断较为复杂的故障，因此人们又在研制和开发更新更好的诊断系统。

如果微机本身发生故能障则由设有紧急监控定时器(WDT)的时限电路加以监控；如果出现程序异常，则定期进行的时限电路的再设置停止工作，以便采用微机再设置的故障检测方法。随车诊断系统1.发现故障

输入到微处理器的电平信号，在正常状态下有一定的范围，如果此范围以外的的信号被输入时，ECU就会诊断出该信号系统处于异常状态下。

汽车自诊断系统的功能2.故障分类

当微机工作正常时，通过诊断用程序检测输入信号的异常情况，将故障分为轻度故障、功能下降的故障、重大故障等。并且将故障按重要性分类，预先编辑在程序中当微机本身发生故障时，则通过WDT进行重大故障分类。3.故障报警

一般通过设置在仪表板上报警灯的闪亮来报警。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。4.故障存储

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，微机和存储器也保持接通电源，不致使存储的内容丢失。只有在断开蓄电池电源或拔掉保险丝时，存储器内的故障代码才会被自动消除。5.故障处理

在汽车运行过程中如果发生故障，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，待停车后再进行相应的检修。故汽车自诊断系统对故障的确认的方法：值域判定法ECU接收到的输入信号超出规定的数值范围时，自诊断系统就确认该输入信号出现故障。

时域判定法ECU检测时某一输入信号在一定的时间内没有发生变化或变化没有达到预先规定的次数时，自诊断系统就确认该信号出现故障。功能判定法ECU给执行器发出动作指令后，检测相应传感器的输出参数变化，若传感器输出信号没有按照程序规定的参数变化，就确认执行器或电路出现故障。逻辑判定法ECU对两个具有相互联系的传感器进行数据比较，当发现两个传感器信号之间的逻辑关系违反设定条件时，就断定其一定有故障。例如：水温传感器设计在正常使用温度范围-30—120℃(或范围更大些)内，输出电压为0.30—4.70V，所以当控制电脑检测出信号电压小于0.15V或大于4.85v时就判定水温传感器信号系统发生短路或断路故障。例如：

氧传感器在发动机达到正常工作温度，控制系统进入闭环后，电脑检测不到氧传感器的输出信号超过一定时间或者氧传感器信号在0.45V上下没有变化的情况已超过一定时间，自诊断系统就判定氧传感器信号系统出现故障。例如：

一般汽车EGR系统装有EGR阀高度传感器，用以检测EGR阀是否正常工作。但有的汽车并没设置EGR阀高度传感器，当控制电脑发出开启EGR阀命令后，通过检测进气压力传感器MAP输出信号是否有相应变化，也可以确定EGR阀有无动作，若没有变化，则确认EGR阀及电路有故障。例如：控制电脑检测到发动机转速大于某个转速时，节气门位置传感器输出信号小于某个值，则判定节气门位置传感器出现故障。

奥迪的V6发动机的自诊断系统当内有30种不同的故障存储在微机中。其特点是：

1．如果故障存在超过一定的时间，则该故障以稳定的形式被存储在存储器中。

2．如果在一定时间内曾经出现的故障不再出现，则此故障被认为是偶发性故障，如果发动机起动50次，该故障仍然没有再次出现，则此偶发性故障将会被自动清除。

3．在关闭点火开关150分种后，微机进入自保持阶段，如果在此期间对燃油喷射和点火系统进行检修，接着应调出已经被存储的故障代码并加以清除。调出被存储的故障代码需要用专用的仪器G1551型故障码阅读器。典型车型的故障自诊断系统奥迪(AUDI)汽车故障自诊断系统

当汽车出现故障时，相应的故障信息以代码的形式储存于电控系统SBEC中。

每次打开点火开关，“CHECKENGINE”指示灯都将闪亮几秒钟，以示该指示灯工作正常，如果SBEC接收到来自各种传感器的信号不正常或者根本接收不到信号，则仪表板上的“CHECKENGINE”指示灯将亮起，说明发动机有故障，需要检修。

进入自诊断状态的方法是，将点火开关在五秒钟内开关三次，即ON→OFF→ON→OFF→ON，此时仪表板上的“CHECKENGINE”指示灯将闪烁，由此可显示出所存储的故障码。故障码的清除方法是，可以用专用仪器DRBⅡ来清除故障码。如果没有DRBⅡ，也可将点火开关50次，故障码即被清除。克莱斯勒汽车故障自诊断系统

沃尔沃系列的自诊断系统的接口在车体的右前角，打开发动机盖，右前大灯的后都有A、B两个诊断座，A座上有一条诊断跨接线、一个LED灯和一个按钮。A、B两个诊断座各有六个诊断插孔，各连接不同的诊断系统。沃尔沃汽车故障自诊断系统A座：

变速器

燃料系统ABS系统

涡轮增压系统点火系统

仪表诊断系B座：

中央空调

定速控制系统

安全气囊

电动座椅

沃尔沃系列车型在自我诊断功能方面，能够进行10个系统的诊断，而在每个系统诊断中，又可分为六种模式：1．故障码读取

2．控制元件动作测试；

3．各控制元件动作同时控制测试；

4．制定元件动作指令控制测试；