发动机电子控制系统的结构与原理
电子控制器在汽车发动机电子控制系统中的作用
电子控制器在汽车发动机电子控制系统中的作用发表时间：2019-07-23T14:27:18.260Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：蔡顺平[导读] 摘要随着科技的不断发展进步，汽车电子化的程度越来越高，微电子技术也在其中应用地越来越广泛。
比亚迪汽车工业有限公司广东深圳 518000摘要随着科技的不断发展进步，汽车电子化的程度越来越高，微电子技术也在其中应用地越来越广泛。
因此，汽车的控制系统越来越多地被电子控制系统所取代。
本文以广东地区电子控制器在汽车控制系统中的作用为例，主要介绍了对电子控制器的组成设计和原理、控制器的机理以及电磁兼容对发动机的影响等的研究。
关键词：电子控制器、汽车发动机、电子控制系统引言汽车的电子控制系统有三类，即发动机电子控制系统，底盘电子控制系统与车身电子控制系统。
对发动机运用电子控制的方法，能够使汽车的发动更加高效敏捷，并对车内乘客的人身安全有进一步的保障。
下文主要对控制器的作用原理进行研究与分析。
一、控制器的组成与原理电子控制器是汽车发动机电子控制系统的核心元件，它需要接收汽车发动机内部控制系统每个工作元件所反馈的工作信号，然后通过预先设定好的程序进行计算吗，来判断点火时间和点火提前角等参数，来控制这些元件的运作，是发动机能够成功启动并能够以最佳的状态平稳运行。
科技的进一步发展使得电子控制技术越来越灵活，从以前的单一控制转变为现在的集中控制。
集中控制比单一控制的效率更高，将所有的元件控制集中在一起，可以更快速地对信号进行处理和运输，因此提升了电子控制器的运行速率。
汽车的电子控制器是有以下三个部分组成，即输入回路、输出回路与微型计算机，其基本组成如图1所示。
输入回路主要是接受各元件返回的信号，返回的信号由数学信号和模拟信号两部分构成。
微型计算机可以直接对数字信号进行处理和转换，而模拟信号没有办法直接被微型计算机处理，需要经过模拟数字信号转换器被转换成数字信号再经由微型计算机处理。
电控点火系统的组成与工作原理
一、点火器 3、检查：
（1）将点火线圈与点火器的导线连接器插接 好，用电压表或示波器检查发动机ECU端子 间的电压，应符合要求： 端子 +B—接地 IGT—接地 IGF—接地 标准电压 9～14V 脉冲发生 脉冲发生 条件 点火开关“ON” 发动机工作 发动机工作
一、点火器
（2）检查IGF的接地电压。
(3)无分电器点火次级高压波形、 图8—19所示为无分电器双缸同时点火系统(一个点火线圈给两个气缸点火) 波形测试。采用示波器的两个通道，以测试做功和排气的点火波形。由于压缩压 力的不同，其中做功的气缸所需要的点火电压较高。
2．点火初级波形 由于点火初级和次级线圈有互感作用，在次级线圈产生高压时还会反馈给初级 电路。点火初级波形如图8—20所示。 点火初级陈列波主要用于检查火花塞、高压线的短路或断路故障，及火花塞 是否污损。当点火次级不易测试时(例如，无火花塞高压线的汽车)，就需测试点 火初级波形。 让发动机怠速运转、急加速或路试汽车，使行驶性能或点火不良等故障现象 再现，并确认各缸信号的幅值、频率、形状和脉冲宽度等是否一致。观察各缸点 火击穿峰值电压高度是否相对一致。如果一个缸的点火峰值电压明显比其他缸高 出很多，则说明这个气缸的点火次级线路中电阻过高，如点火高压线开路或阻值 太高；如果一个缸的点火峰值电压比其他缸低，则说明点火高压线短路或火花塞 间隙过小、火花塞破裂或污浊。 点火初级单缸波形的测 试内容、项目和方法与 分电器次级单缸波形完 全相同，只是测试时要 确认一下闭合角是否随 发动机的负荷和转速变 化而改变。
二、有分电器电控点火系统 DI
丰田皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机点火系原理图：
二、有分电器电控点火系统 DI
丰田皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机点火系： 该发动机曲轴位置传感器装在分电器内，其 中G1、G2耦合线圈和G转子产生G1、G2信号，用来 确定活塞上止点的位置；Ne耦合线圈和Ne转子产 生Ne信号，用来确定曲轴转速。
汽车发动机电控技术
3）电子控制式（EFI型）
组成：空气供给系统、燃油供给系、控制系统
电喷发动机的工作原理及组成
一、进气系统流程图
空气滤清器
空气流量计
进气歧管压力传感器
节气门位置传感器
进气管
怠速空气控制阀
发动机
空气滤清器
节气门位置传感器
怠速空气控制阀
进气管
发动机
D型
L型
燃油系统
燃油泵的控制
（4/5）
开路 继电器
EFI继电器
燃油泵
IG
ST
点火 开关
FC
E1
STA
NE
NE信号
发动机ECU
微处理器
GSFC
GSW
空气囊中央传感器总成
3. 燃油泵关闭系统 有些汽车有这样的机械装置，在遇到下述情况时，燃油泵控制系统能使燃油泵停止运转，以保证安全。 当空气囊充气胀开时
汽车发动机电控技术
一、发动机上常用的电控系统有： 电控燃油喷射系统EFI、 电控点火系统ESA、 怠速控制系统ISC、 排放控制系统、 增压控制系统、 自我诊断与报警系统、 失效保护系统和应急备用系统。
提高发动机的动力性； 提高发动机的燃油经济性； 降低排放污染； 改善发动机的加速和减速性能； 改善发动机的起动性能； 发动机故障发生率大大降低。
喷油时间控制
各种矫正
（2/11）
大
2. 预热加浓
校正期间 的喷油量
小
低
冷却液温度（C）
高
0
发动机ECU在冷机时，因为此时燃油不容易雾化，所以，燃油的喷射量就需增加。 从而达到较好的行车性。 最大校正量是常温下的两倍。
维修提示: 如果温度传感器失灵时，可考虑这是引起发动机的行车性较差的原因之一。
发动机电控系统原理与检修
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发动机电控系统原理与检修
目 录
• 发动机电控系统概述 • 发动机电控系统原理 • 发动机电控系统检修 • 发动机电控系统故障诊断与排除 • 发动机电控系统发展趋势与展望
01 发动机电控系统概述
发动机电控系统的定义与组成
定义
发动机电控系统是指通过电子控制单 元（ECU）对发动机进行控制的系统， 实现对发动机的燃油喷射、点火时刻、 怠速等主要工况的精确控制。
案例三
某轿车发动机故障灯亮起，经检查发现是氧传感 器故障，更换氧传感器后故障灯熄灭。
05 发动机电控系统发展趋势 与展望
智能控制技术的应用
总结词
智能控制技术是发动机电控系统的重要发展方向，通过引入人工智能、机器学习等技术， 实现对发动机的精准控制和优化管理。
详细描述
智能控制技术能够实时监测发动机的工作状态，通过传感器采集数据，利用算法进行数 据处理和分析，实现对发动机的自动控制和调整，提高发动机的性能和燃油经济性。
辅助工具
03
包括螺丝刀、钳子、扳手等常用工具，用于拆卸和安装发动机
电控系统各部件。
传感器检修
传感器类型
包括空气流量计、节气门位置传 感器、曲轴位置传感器、凸轮轴 位置传感器等，用于监测发动机 的工作状态和参数。
检修方法
检查传感器的线路连接是否良好， 传感器是否损坏或脏污，如有需 要更换或清洁传感器。
组成
发动机电控系统主要由传感器、执行 器和ECU三部分组成。传感器负责检 测发动机的工作状态和参数，执行器 根据ECU的指令执行相应的动作， ECU则是整个系统的控制中心。
发动机电控系统的功能与作用
功能
电控系统的结构和原理
节气门控制单元 –01-04-060三区达到8以上;四区出现OK –01-08-062 –2号线与地或6号线均为5V
邢台职业技术学门系统警报灯 EPC：Electronic Power Control 作用：
打开点火开关，警报灯持续亮三秒钟， 对系统进行自检，如果没有发现故障， 警报灯熄灭；
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第四节 电控系统的原理与检修
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第四节 电控系统的原理与检修
任 务 载 体
发动机怠速不稳， 转速忽高忽低， 而且在低速行驶 时，偶尔出现窜 动的现象。
现代Sonata型轿车。
节气门传感器内的 滑变电阻接触不良。 更换新的节气门位 置传感器，消除故 障码，故障排除
邢台职业技术学院汽车工程系鲁民巧
第四节 电控系统的原理与检修
7 检修★
1）检索 2）分析 3）检测 4）判断 5）排除 6）验证
示波器检测
• 看数值：传感器的电
压应从怠速时的低于
1V到节气门全开时的 低于5V；
• 看趋势：输出信号电
压随节气门开度的增 大而增大。
• 看形状：连续，不应
有断裂、对地尖峰或 跌落 。
第四节 电控系统的原理与检修 电控系统由电控单元（电脑）、传感器和执行 器组成。传感器将空气进气流量或压力、进气温度、 冷却水温度、节气门位置、发动机转速、排气中氧 的含量等的状况转换成相应的电信号输给电脑；电 脑经过处理和计算后，向有关执行器发出指令，以 控制最佳喷油量和点火时刻。 在冷车起动时，电脑根据有关信号，通过冷起 动喷油器和怠速控制阀等执行元件，使发动机顺利 起动并控制怠速的转速。 当发动机出现故障时，电脑可自动诊断故障和 保存故障代码，并通过故障指示灯发出警告，所保 存的代码在一定的触发条件下还可以输出。一旦传 感器或执行器失效时，电脑自动启动其备用系统投
简述发动机电子控制系统的组成和其工作原理
简述发动机电子控制系统的组成和其工作原理
发动机电子控制系统的组成主要是由输入设备、处理器、输出设备等组成。
输入设备：系统使用传感器监测发动机的参数数据，传感器测量的参数包括发动机的转速、气缸的压力、气缸的温度等，这些参数数据作为系统的输入，传输给处理器。
处理器：处理器由一系列电子元件组成，它运行各种控制、管理、操作程序，根据从传感器收到的参数数据，经过特定算法和计算，控制系统动作，输出控制信号和控制指令。
输出设备：输出设备就是电子控制系统的最后一步，它把处理器计算出的控制指令或控制信号给到发动机的各种伺服系统，使其达到最佳的工作性能。
发动机电子控制系统的工作原理：当发动机启动或运行时，发动机电子控制系统就开始工作，传感器通过测量发动机的参数数据，把这些参数数据传递给处理器，处理器运行程序，并根据传感器收集的参数，进行处理与计算，根据处理后的结果，输出控制信号和控制指令，最终控制发动机的各种伺服系统，使其达到最佳的运行性能。
汽车电子控制单元的结构原理
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❖
发动机启动时，电子控制器ECU进入工作状态，
某些运行程序或操作指令从存储器ROM中调入中央处理
单元CPU。这些程序可以控制燃油喷射、点火时刻、怠
速转速等等。在CPU的控制下，一个个指令按照预先编
制的程序有条不紊地进行循环。
❖
在程序运行过程中，所需要的发动机工况信息由
各种传感器提供。当曲轴位置传感器CPS检测的发动机
模拟信号
数字信号
图5-1 电子控制器ECU内部结构图
2、单片机
❖
单片机是将中央处理器CPU（Central
Processing Unit）存储器M（Memory）、定时器/计数
器、输入/输出（I/O）接口电路等主要计算机部件集成在
一块集成电路芯片上的微型计算机。虽然单片机只是一
块芯片，但其已经具有微型计算机的组成与功能，故称
2、汽车发动机电子控制器ECU的组成
❖
电子控制器ECU（Electronic Control Unit）又
称为电子控制组件或电子控制单元，通常称为车载ECU，
简称ECU，是以单片机为核心而组成的电子控制装置，
具有很强的 运算和逻辑判断功能，ECU是汽车电子控制
系统的控制中心。
❖
汽车电控发动机系统结构和原理- 发动机进气控制
发动机进气控制对汽油发动机的负荷和功率控制是依靠控制进气量来实现的。
当司机松开油门踏板时（非巡航车型）怠速控制，怠速的进气量由电脑根据各种传感器控制。
当司机踏下油门踏板后，节气门开度随着油门踏板变化，此时进气量的多少和节气门的开度有关，汽车巡航也是通过控制节气门的开度实现的。
在节气门上装有节气门位置传感器，需要说明的是，进气量的多少虽然是由节气门开度决定的，但对进气量检测并不是节气门位置传感器，是空气流量传感器或进气压力传感器。
在拉线式节气门上，要把节气门和节气门位置传感器独立分析。
一些汽车为了保证更为充足的进气量，装有进气增压系统和配气正时系统，以提高发动机的输出功率和输出扭矩。
任务一怠速控制任务目标1.发动机怠速控制学习目标1.了解发动怠速控制怠速控制就是怠速转速控制，发动机怠速时，发动机电脑ECU 根据车速传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、空调器开关、自动变速器档位开关和动力转向开关等信号所确定的目标转速与发动机的实际怠速转速进行比较，并通过调节供给电控系统补充空气阀的电流强度，来调节怠速空气通道的面积，改变其空气流量，以使发动机的怠速保持在目标转速上。
怠速控制系统原理图一、传感器功能车速传感器提供车速信号，节气门位置传感器提供怠速触点关闭信号，这两个信号用来判定发动机是否处于怠速状态。
发动机怠速时节气门关闭，节气门位置传感其的怠速触点闭合，此时如果车速为零就说明发动机处于怠速状态，如车速不为零则说明发动机处于减速状态。
冷却液温度信号用于修正怠速，在电脑内部存储有不同水温对应的最佳怠速转速。
在冷车启动后暖机过程中，电脑根据发动机温度信号，通过控制怠速进气量，来控制相应的快怠速转速。
当冷却液温度达到正常温度时，怠速转速恢复正常怠速转速。
空调开关，动力转向开关，空挡启动开关信号和电源电压信号等向电脑提供发动机负荷变化的状态信息，在电脑内部存储有不同负荷状态下对应的最佳怠速转速，当发动机怠速负荷增大（如开启空调）时，电脑控制怠速进气量增大，当怠速负荷减小（如关闭空调）时，电脑控制怠速进气量减小。
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三、热膜式空气流量计
1、结构特点
传感器内部进气 道上设有一个矩 形护套（相当于 取样管），热膜 电阻设在护套中， 其内部还有温度 补偿电阻。
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第三节 电子控制汽油喷射系统主要元件结构及工作原理 一、电控单元（ECU） CPU：中央处理器 ROM：只读存储器 ECU PROM：可编程的只读存储器 RAM：运行数据存储器
I/O：输入/输出接口
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一、控制原理及类型
1、控制原理：
1）当空气流经涡流发生器时，在其后侧不断产生空气漩 涡，涡流数量与空气流速成正比。 2）通过测量单位时间内涡流的数量可计算出空气流速， 再将空气通道的有效截面与空气流速相乘，可知道吸入空 气的量。 注：日本丰田凌志LS400、日本三菱车系和韩国现代车系的 多数轿车均采用卡门旋涡式空气流量计
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发动机电子控制系统结构与原理
主讲：孙波
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第一节
概 述
当前形式
一、汽油喷射的基本概念 汽油喷射是用喷油器将一定数量和压力的 汽油直接喷射到气缸或进气歧管中，与进入 的空气混合而形成可燃混合气。
电子控 制单元
怠速控制阀
空气阀
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3、电子控制系统 组成：
电控单元：接受来自各个传感器传来的信号，并完成对这些信息的处理 和发出指令控制执行器的动作 各种传感器：把各种反映发动机工况和汽车运行状况的参数（非电量参 数）转变为电信号（电压或电流）提供给电控单元，使电 控单元正确地控制发动机运转或汽车运行。 执行器 ：用来完成电控单元发出的各种指令，是电控单元指令的执行 者。
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2、控制类型：
卡门旋涡式空气流量计按其检测方式可分为
光学检测方式
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超声波发射器
涡流发生体
超声波检测式
节气门
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二、汽油喷射系统发展概况 汽油喷射技术始于20世纪30年代，最初 用于飞机上，50年代开始用于汽车上；目前， 大部分轿车均装配了汽油喷射系统。
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三、汽油喷射优点
1.提高了发动机的充气 效率；
2.可采用较高的压缩 比； 3.可使发动机燃采用稀薄的可燃 混合气； 5.使发动机在任何工况下都 处于最佳工作状态； 6.使各缸可燃混合气分配更 加均匀；
转速达到3000r/min后应为1.8V～ 2.0V
空 气 流 量 计
ECU
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◆自洁功能
起动发动机加速到2500r/min以后再回到怠速，关闭点火开 关5s后，控制系统自动将热线加热到1000℃以上并保持约1s， 使附在热线上的粉尘烧掉。
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传感器的种类
1、热敏电阻 ：如温度传感器。 2、电位计：如节气门位置传感器，EGR位置传感器，翼片 式空流量计。 3、电桥电路：如热线（或热膜）式空气流量传感器。 4、卡门（KARMAN）涡流：如涡流式空气流量传感器。 5、压敏电阻：如压力传感器。 6、压电晶体：如爆震传感器。 7、石英振荡晶体：如福特汽车早期车型采用的进气歧管绝 对压力传感器。 8、热化学效应：如氧传感器。 9、磁感应：如转速传感器。 10、霍尔效应：如转速传感器。 11、光电效应：如光电式曲轴位置传感器。 12、开关：如各种开关信号。
A：集成电路 RH：热线电阻 RK：温度补偿电阻 RA：精密电阻 RB：电桥电阻
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3、传感器测试
◆静态检测 输出基准电压应低于0.5V
（静态时对流量计吹气，电压有变化为好） 怠速热机后应为1.0V～ 1.3V
◆动态检测
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2、连接电路
老式电路
新式电路
空气流量计
发动机ECU
进气量↑→电压信号↑ 个别车型也有电压信号降低的。
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3、传感器的检测 点火开关关闭，拔下连接器。拆开线束连接器，在 空气流量计一侧测量相应端子之间（VC与E2、VS 1 ）就车检测： 与E2、THA与E2）的电阻应符合原车标准，否则 应更换空气流量计。
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二、热线式空气流量计
1、结构组成 采样管：护套，空气通道中央
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热丝电阻：铂金丝，直径70微米
温补电阻：铂膜电阻（冷线） 控制电路：控制惠斯顿电桥平衡
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7.可节省燃油并减少废气中 4.冷起动性和加速性能较好； 的有害成分
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四、电控燃油喷射系统的分类
1.按喷射器安装位臵分 （1）多点喷射SPI 每一个气缸有一个喷油器。
气门 气门 气门 喷油器 喷油器 喷油器
输油管 输油管 输油管
原理 ﹕将热膜温度与空气温度始终保持100℃，当发动机工作 2、控制原理 时，空气流经RH，热线温度发生变化，其自身的就会电阻减小 或增大，使电桥失去平衡。若要保持电桥平衡，集成电路A,就 必须使流经热线的电流改变，恢复其温度与阻值，精密电阻RA 两端电压也相应变化，并且该电压信号作为热式空气流量计输 出的电压信号送往ECU。
2）接线插头 7端子插座带油泵控制触点 接线插座： 5端子插座：不带油泵控制触点 进气温度传感器IAT：负温度系数电阻
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2、工作原理
空气通过空气流量计→测量 板打开一个角度→与测量板 同轴转动的电位计检测出叶 片转动的角度→将进气量转 换成电压信号VS送给ECU
进气支管 进气支管 进气支管
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（2）单点喷射SPI 几个缸共用一个喷 油器，又称节气门 体喷射TBI。 （3）气缸内喷射 将燃料直接喷入气 缸内，需较高的喷 射压力。
节气门 调压器
喷油器 节气门体 位臵传感器
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2.按控制方式来分 （1）开环控制 传感器 （2）闭环控制 电子控制单元 执行器 发动机 开环 控制
3.按进气量检测方法来分 闭环控制 （1）间接测量 （2）直接测量 4.按多点喷射的喷油间隔来分 （1）同时喷射 （2）分组喷射 （3）顺序喷射
氧传感器
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2）电位计部分
形式：镀膜电阻 驱动：由测量板带动其偏转，自身阻值从而发生变化 作用：将进气量转变为电信号送给发动机电脑
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1、控制类型 按测量元件形式分
热线式
热膜式
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按测量元件位置分
主流测量式
类型
旁流测量式
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2、控制特点 热线式：为铂丝热线，热线缠绕在陶瓷管上 测量元件 热膜式：测量元件镀在陶瓷片上，称为热膜 主流测量式：将热线电阻安装在主进气道中 元件位臵 旁通测量式：将热线安装在旁通气道中
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特点：进气流速越大，涡流强度越大，电压信 号频率越高，反之频率低。
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三、超声波式空气流量计
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二、传感器
传感器
蓄电池
空气流量计 (或进气压力 传感器)
ECU
A/D 转换器
CPU
执行器
喷油控制
点火控制 怠速控制 EGR控制
水温传感器 节气门位臵 传感器 起动信号
转速传感器
输 入
输出 接口
存储器
车速传感器
氧传感器
接 口
稳 压电源
蒸发排放控制
故障诊断
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