第一讲
第一章 汽车发动机电控系统概述
【课 题】 §1-1电控系统的基本概念
§1-2发动机电控系统的发展过程
§1-3发动机电控系统的功能
§1-4发动机电控系统的基本组成及其工作原理
【课程性质】 理论课
【授课对象】 汽车检测与维修专业
【巩固上讲内容】 回忆传统的化油器式发动机的工作原理
【教学目的与要求】 掌握发动机电控系统的基本概念
了解发动机电控系统的发展过程
掌握发动机电控系统的功能、组成和工作原理
【教学重点】 发动机电控系统的基本概念
【教学难点】 发动机电控系统的工作原理
【授课方法】 讲授法
【课时分布】 巩固上讲内容 5分钟
发动机电控系统的基本概念、发展过程及其功能 40分钟
汽油发动机电子控制系统的组成及工作原理 40分钟
小结与答疑 5分钟
【作 业】1、简述发动机电子控制系统的组成
2、简述发动机电控系统的控制功能
【教学内容】
§1-1电控系统的基本概念
一、自动控制系统概述
1、自动控制的定义:自动控制是采用控制装置使被控制对象(如机器设备的运行或生产过程的进行)自动地按照给定的规律运行,使被控制对象的一个或数个物理量(如电压、电流、速度、位置、温度、流量等)能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。
2、电子控制系统:采用电子设备(如计算机)作为自动控制系统的控制装置。
3、电子控制系统的基本形式: ① 开环控制
② 闭环控制
4、开环控制的组成与特点
（1）开环控制的组成:
（2）开环控制的特点:
在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用。
5、闭环控制的组成与特点:
（1）闭环控制的组成
（2）闭环控制的特点:
在控制器与被控对象之间,不仅存在着正向作用,而且存在着反馈作用,即系统的输出量对控制量有直接影响。
（3）各部分的功能:
测量元件对被控对象的被控参数进行测量;变换发送单元将被测参数变成电压(或电流)信号,并反馈给控制器;控制器将反馈回来的信号与给定值进行比较。
二、微机闭环控制
微机控制系统的组成
如果把闭环控制中的控制器用微机来代替,就组成了微机控制系统。
2、微机控制系统的控制过程
①数据采集:对被控参数的瞬时值进行检测,并输送给计算机
②控制:对采集到的表征被控参数的状态量进行分析,并按已定的控制规律确定控制过程,适时地对执行机构发出控制信号。
③上述过程不断重复,使整个系统能够按照一定的控制指标进行工作,并对被控参数和设备本身出现的异常状态及时监督、迅速处理。
现代发动机电控系统属于微机控制系统,早期采用开环控制,现在大部分采用闭环控制。
§1-2发动机电控系统的发展过程
一、发动机电控技术发展
汽车电子技术发展始于20世纪60年代，分为三个阶段。目前发动机上常用的电控系统有：电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、排放控制系统、增压控制系统、警告提示系统、自我诊断与报警系统、失效保护系统和应急备用系统。
二、现代汽车电子控制系统的发展趋势
1、单独控制:早期的汽车电控系统多采用一个ECU控制汽车的某一个系统,如果有多个系统就要采用多个ECU控制。
2、集中控制系统:利用微处理器使控制功能集中化,将多种控制功能集中到一个ECU上,就可以不必设置多个传感器和ECU。现代汽车都采用集中控制系统。
§1-3发动机电控系统的功能
一、电控燃油喷射(EFI)系统
ECU主要根据进气量确定基本的喷油量，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）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气。电控燃油喷射主要包括喷油量、喷射正时、燃油停供和燃油泵的控制。
二、电控点火装置(ESA)
ESA的功能是点火提前角控制。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。
三、怠速控制系统
发动机辅助控制系统。
四、排放控制系统
对发动机控制装置的工作实行电子控制。
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
§1-4发动机电控系统的基本组成及其工作原理
一、电控系统的基本组成与类型
1、组成
有三部分组成：
- 信号输入装置——各种传感器，采集控制系统的信号，并转换成电信号输送给ECU。
- 电子控制单元——ECU，给各传感器提供参考电压，接受传感器信号，进行存储、计算和分析处理后执行器发出指令。
- 执行元件——由ECU控制，执行某项控制功能的装置。
2、类型
开环控制——ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。
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， 进行原先的控制修正。
二、信号输入装置及输入信号
1、空气流量计（MAF）:测量发动机吸入空气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
2、进气(歧管绝对)压力传感器（MAP）：测量进气管压力，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
3、发动机转速与曲轴位置传感器：检测曲轴位置信号和曲轴转角信号，并输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
4、凸轮轴位置传感器：也叫同步信号传感器，是一个气缸判别定位装置，是点火控制的主控制信号。
5、上止点位置传感器：向ECU提供1缸上止点位置信号，作为点火控制的主控制信号。
6、缸序判别传感器：向ECU提供各缸工作顺序，作为点火控制的主控制信号。
7、冷却液温度传感器：给ECU提供冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。
8、进气温度传感器：检测进气温度信号（修正信号）
9、节气门位置传感器：检测节气门的开度及开度变化，信号输入ECU。
10、氧传感器：检测排气中的氧含量，向ECU输入反馈信号。
11、爆震传感器：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度。
12、大气压力传感器：检测大气压力，修正喷油和点火控制。
13、车速传感器：控制发动机转速，实现超速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。
14、起动信号：发动机起动时，给ECU提供一个起动信号。作为喷油量和点火提前角的修正信号。
15、发电机负荷信号：发电机负荷增大时,作为喷油量和点火提前角的修正信号。
16、空调作用信号：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。
17、挡位开关信号和空挡位置开关信号：自动变速器由P/N挡挂入其他档时，发动机负荷增加,向ECU输入信号。当挂入P/N挡时向ECU提供P/N挡信号才能启动发动机。
18、蓄电池电压信号：当ECU检测到蓄电池和电源系的电压过低时,将对供油量进行修正。
19、离合器开关信号：在离合器接合和分离时,由离合器开关向ECU输入离合器工作状态信号,修正喷油量和点火提前角。
20、制动开关信号：在制动时,由制动开关向ECU提供制动信号,作为对喷油量、点火提前角、自动变速器等的控制信号。
21、动力转向开关信号：由于动力转向液压泵工作使发动机负荷加大,动力转向开关向ECU输入修正信号。
20、EGR阀位置传感器：向ECU提供EGR阀的位置信号。
22、巡航(定速)控制开关： ECU输入巡航控制状态信号,由ECU对车速进行自动控制。
三、电子控制单元(ECU)的功能与组成
电子控制单元的功能
①接收传感器或其他装置输入的信息;给传感器提供参考电压;将输入的信息转变为微机所能接受的信号。
② 存储、计算、分析处理信息;计算输出值所用的程序;存储该车型的特点参数;存储运算中的数据、存储故障信息。
③运算分析。根据信息参数求出执行命令数值;将输出的信息与标准值对比,查出故障。
④输出执行命令。把弱信号变成强的执行命令信号;输出故障信息。
⑤自我修正功能(自适应功能)
四、发动机集中控制系统ECU的构成
ECU主要由输入回路、A/D转换器、微机和输出回路四部分组成。
1、输入回路
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,在转换成输入电平。
2、A/D转换器
微机不能直接处理模拟信号,A/D转换器是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。
3、微型计算机
微型计算机是发动机电控系统的核心。它能根据需要,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。
微型计算机由中央处理器、存储器和输入/输出口等部分组成。
①中央处理器：中央处理器常叫CPU,主要由进行算术、逻辑运算的运算器,暂时存储数据的寄存器,按照程序执行各装置之间信号传送及控制任务的控制器等构成。
②存储器：存储器的主要功能是存储信息资料。存储器一般分为随机存储器和只读存储器。
③输入/输出口 输入/输出口是CPU与输入装置(传感器)、输出装置(执行器)间进行信息交流的控制电路。
④总线：总线是一束传递信息的内部连线,在微机系统中,中央处理器、存储器与输入/输出口,通过传递信息的总线连接起来它们之间的信息交换均要通过总线进行。总线按传递信息的类别可分为数据总线、地址总线和控制总线。
4、输出回路
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功能。
五、执行器
执行器是受ECU控制,具体执行某项控制功能的装置。常见的执行器有:电磁式喷油器、点火控制器、怠速控制阀、进气控制阀、EGR阀等等。
六、电子控制系统的简要工作过程
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、怠速等。
2、通过CPU的控制,一个个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。如果是数字信号直接经I/O接口进入微机；如果是模拟信号经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ROM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动作。
