汽车发动机电子控制系统

汽车发动机电子控制系统

电控汽油喷射式发动机电子控制系统主要由传感器、电子控制装置ECU和执行机构三部分组成。

一.传感器

（1）传感器现状

早在20 世纪60 年代，汽车发动机上仅有机油压力传感器、水温传感器、油量传感器等，它们仅与仪表和指示灯相连。进入70 年代，为了解决发动机的节油和排气净化两大技术难题，又增加了一些传感器来帮助控制汽车发动机，以达到节油和减少废气污染；80 代以后，随着电子技术的迅猛发展，电子控制发动机系统也不断发展完善，逐步形成了当今性能卓越的电子集中控制系统，传感器在汽车发动机上得到了广泛应用。随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学童转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车技术性能的发挥。目前，普通汽车上大约装有10 ～20只传感器，高级豪华轿车则更多，这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。汽车的传感器与市场上常见的通用的传感器不同，它是按照汽车电子系统的特殊要求而设计的。汽车上各种新的电气和电子系统需要更多的新型传感器，这就需要加大新型传感器的研发力度，满足市场需求。除了不断提出新的传感器任务外，现有各种传感器在使用一段时间后，将会被新的、更便宜的、性能更好的、用更新工艺制造的传感器所代替。如今，在汽车市场的激烈竞争中，关键部件的性能甚至可以影响整机的质量，因此，对汽车关键部件的研发应当加以重视，以提高整体效能。在汽车传感器的研发过程中，必须满足新的要求，符合新的发展趋势。

（2）传感器的应用

氧传感器有多种形式，接线有1 根、2 根或者3 根、4 根。后两种是装有加热元件的加热式氧传感器。使用时需要按照规定里程或时间间隔定期检测或更换。新型的能保证行驶8 ～11 万千米。检测时有的要求用扫描仪器来测量氧传感器的输出，有的可用数字电压表检测输出电压信号随混合气浓度变化的情况，以及ecu 对电压信号的反应。

底盘控制用传感器是指分布在变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、防抱制动系统中的传感器，在不同系统中作用不同，但工作原理与发动机中传感器是相同的，主要有：变速器控制传感器、悬架系统控制传感器、动力转向系统传感器、防抱制动传感器。

车身控制用传感器主要目的是提高汽车安全性、可靠性、舒适性等，主要有应用于自动空调系统中的多种温度传感器、风量传感器、日照传感器等；安全气囊系统中加速度传感器；

亮度自控中光传感器；死角报警系统中超声波传感器；图像传感器等。

（3）汽车发动机用传感器的发展

1．微型化：发动机控制系统的功能越来越强大，部件越来越多，要求各个部件体积尽可能的小。采用新的材料和加工工艺，使得微型传感器在发动机上得到广泛的应用。如：硅加速传感器，纳米磁敏传感器等。它们在降低汽车发动机电控系统成本以及提高其使用性能方面优势明显，以逐步取代传统机电技术的传感器。

2．高精度、高可靠性：随着汽车废气排放新法规的实施，全球石油资源日趋紧张，对汽车发动机的要求越来越高，追求低排放、低油耗、大功率的发动机是大势所趋，这必须具有高精度、高可靠性的传感器来保证发动机工作在最佳状况才能达到。研制高精度、高可靠性的传感器将是今后永恒的方向。

3．智能化：随着电子技术的发展，传感器的功能已不再是输出一个单一的模拟信号，而是经过微电脑处理好后的数字信号，有的甚至带有控制功能，具有智能作用，它将使汽车发动机控制系统简单可靠，并易实现系统的集成化。

二.电子控制装置ECU

（1）电子控制单元的发展现状

由于经济的快速发展,人们生活水平的进一步改善,对汽车安全、舒适等方面的要求不断提高。传统的机械装置与技术在汽车领域的应用已趋于成熟,有些甚至已达到其物理极限,要进一步发展具有局限性,在这些因素的影响下,使得汽车电子技术在汽车整车和零部件上的应用越来越广泛。现在,每一辆汽车几乎都是机械、电子和信息一体化装置,以至有人认为汽车正在由一个拥有大量电子技术与装置的机械系统向一个由一定机械装置支撑的电子电气系统转变。与五年前相比,如今车内增加了许多电子部件。除了收音机、播放机以及电动门窗和后视镜以外,还有、卫星收音机、视频屏幕、自动气候控制以及油耗里程监控等功能。由于电子控制、计算机、通信等技术的迅猛发展,使汽车电子产品技术和产品的开发日新月异。汽车的电子化程度是衡量一个国家汽车工业发展水平的重要标志。汽车电子可分为发动机电子、底盘电子、车身电子、信息通信与娱乐系统四大类。从汽车技术的发展现状看,汽车电子技术是支撑现代汽车发展的基础技术之一,已不是简单地对汽车的单个零部件进行电子控制,而是汽车进行优化综合控制。因此智能化、综合化、网络化控制是汽车电子控制的重要发展方向。电子技术已在车辆发动机控制、底盘控制,故障诊断以及音响、导航等各个方面得到广泛应用,显著提高了车辆的整体性能。因此近些年来,电子控制单元格外受到重视。所谓电子控制单元,实际上就是一部单片机,有自己的处理器、设备和简单的存储器。电子控制单元正向系统综合化、网络化、高度集成化方向发展。采用计算机网络技术,通过数据总线将各个连接在一起,产生综合电子控制系统,有些高档的轿车,往往拥有几十个甚至上百个,这些通过数字总线、、等结构连接在一起,形成一个控制系统。电子控制单元在汽车上的广泛应用,使得汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性、可靠性都得到了显著的改善和提高。

电子控制单元是汽车电子中的核心器件,是中央控制单元,通过车内网络完成协调与连接,完成对发动机、车身、底盘、通信等系统的控制。本文设计一种通用型电子控制单元,采用流水线技术、优化了系统结构,利用现场总线作为通信、控制总线,减少了线束,避免了汽车因功能的增加而导致的电子装置数量膨胀,实现了对汽车各个部分的控制。

（2）电子控制装置原理

电子控制单元又称为电子控制器，俗称电脑（一般简写为ECU、发动机控制模块MCU、EEC 或者PCM），是发动机电控系统的核心部件。其功能是根据各种传感器和控制开关输入的信号参数，对喷油量、喷油时刻和点火时刻、怠速控制、进气控制、排放控制、自诊断失效保护和备用控制系统等进行控制。ECU 主要由输入回路、模拟/数字（A/D）转换器、微机和输出回路4部分组成。输入回路主要指从传感器来的信号，首先进入输入回路。在输入回路里，对输入信号进行预处理，一般是在去除杂波和把正弦波变为矩形波后，再转换成输入电平。A/D 转换器功用将模拟信号转换为数字信号后再输入微机。如果传感器输出的是脉冲（数字）信号，经过输入回路处理后可以直接进入微机电子控制单元是发动机电控系统的核心。他能根据需要，把各种传感器送来的信号，按内存的程序对数据进行运算处理，并把处理结果送往输出回路。输出回路的作用是将微机发出的指令，转变成控制信号来驱动执行器工作。输出回路一般起着控制信号的生成和放大等作用。在发动机运转过程中，ECU 根据发动机控制系统的各传感器送来的信号，判断发动机当前所处的运行工况和工作条件，并从ROM 中查取相应的控制参数数据，经中央处理器（CPU）的计算和必要的修正后，输出相应的控制信号，控制发动机运转。电子控制单元的简要工作过程如下：

（1）发动机起动时，ECU 进入工作状态，某些程序从ROM 中取出，进入CPU。这些程序可以用来控制点火时刻、燃油喷射和怠速等。

（2）通过CPU 的控制，指令逐个地进行循环执行。执行程序中所需要的发动机信息，来自各个传感器。

（3）从传感器来的信号，首先进入输入回路进行处理。如果是数字信号，则直接经I/O 接口进入微机；如果是模拟信号，则经A/D 转换器转换成数字信号后才经I/O 接口进入微机。（4）大多数信息暂时存储在RAM内，根据指令再从RAM 送到CPU。有时需将存储在R OM 中的参考数据引入CPU，使输入传感器的信息与之进行对比。

（5）对来自有关传感器的每一个信息依次取样，并与参考数据进行比较。

（6）CPU 对这些数据进行比较运算后，作出决定并发出输出指令信号，经I/O 接口，必要的信号还要经D/A 转换器变成模拟信号，最后经输出回路去控制执行器的动作。

三．执行机构

执行机构里面的主要执行器有以下几种：

（1）喷油器

喷油器是一种特殊的电磁开关,由发动机直接控制喷油器的开启和关闭,并通过控制开启时间长短控制喷油量。发动机控制喷油器电磁线圈的搭铁回路,当喷油器电磁线圈通电后产生电磁力,它克服弹簧力、燃油的压力和歧管的真空吸力吸起铁芯,燃油通过与铁芯一体的球阀密封面,从导向喷孔成雾状地喷到进气门处。断电后,磁力消失,喷油器关闭。

（2）点火线圈

点火线圈总成是由点火模块和两只点火线圈封装成一体,线圈的初级回路由通过点火模块控制每个线圈的次级绕组与两个气缸的火花塞串联形成回路。线圈次级输出电压大于,点火在压缩行程和排气行程上止点前同时进行,其中一个为有效点火,一个为无效点火。

（3）电动燃油泵

电动燃油泵为涡轮式单级电动燃油泵,伏直流电机驱动,通过控制燃油泵供电回路的通断,使油泵与发动机同步工作。即当起动开关或点火开关闭合时,使油泵电源接通,开始供油,当发动机转速降至或超过时,切断油泵电源,使其停止工作。油泵的出口设计有单向阀,使发动机在不工作时,油管内保存一定残余压力,以利发动机再次起动。

（4）怠速控制阀

怠速控制阀是由步进电机驱动的一锥形针阀和针阀座组成,它安装在进气总管内。步进电机配置有两个线圈,按指令顺时针或逆时针转动,改变怠速旁通空气道的面积,进而调节怠速工况的空气量,达到控制怠速转速的目的

（5）点火线圈

点火线圈总成是由点火模块和两只点火线圈封装成一体,线圈的初级回路由通过点火模块控制每个线圈的次级绕组与两个气缸的火花塞串联形成回路。线圈次级输出电压大于,点火在压缩行程和排气行程上止点前同时进行,其中一个为有效点火,一个为无效点火。

全文大部分来自中国知网里面别人的论文，我挑了其中相关的进行了摘录并拼接。