云南省汽車修理技能知識：發(fā)動機控制系統(tǒng)的基本組成
發(fā)動機控制系統(tǒng)主要由信號輸入裝置(即傳感器),電子控制單元(ECU),執(zhí)行器等組成。
一、輸入信號
(1)發(fā)動機控制系統(tǒng)的信號輸入主要是通過各種傳感器或其他控制裝置將各種控制信號輸入發(fā)動機ECU。
(2)ECU的傳感器信號有兩種：一種是模擬信號，如水溫傳感器的輸出信號；另一種是數(shù)字信號，所示，如轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號。信號的形態(tài)不同，輸入ECU內(nèi)的處理方法也不一樣。
二、電子控制單元(ECU)
1.ECU的功能
接收各種傳感器提供的發(fā)動機工況信號，根據(jù)ECU內(nèi)部預(yù)先編制的控制程序和儲存的實驗數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)計算和邏輯判定確定適應(yīng)發(fā)動機工況的點火提前角、噴油時間等參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號控制各種執(zhí)行器動作從而使發(fā)動機保持最佳運行狀態(tài)。
2.ECU的組成及作用
1)組成
電子控制單元ECU又稱為電子控制組件或電子控制器，通常稱為車載ECU,簡稱ECU,是以單片機為核心而組成的電子控制裝置，具有很強的數(shù)學(xué)運算和邏輯判斷功能。汽車電子控制單元ECU主要由輸入回路、單片機和輸出回路3部分組成。輸入回路和輸出回路一般都與單片機一起制作在一個金屬盒內(nèi)，固定在車內(nèi)不易受到碰撞的位置的部位。電子控制單元ECU的組成如圖2-5-3所示。
2)各個組成部分的作用
(1)輸入回路
輸入回路又稱為輸入接口，由A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸人緩沖器兩部分組成，緩沖器電路主要包括整形電路、波形變換電路、限幅電路和濾波電路等，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5-4所示。
輸入回路的作用是將系統(tǒng)中各傳感器檢測到的信號經(jīng)I/O接口送人微機，從傳感器來的模擬信號(空氣溫度、發(fā)動機冷卻水溫度、發(fā)動機負荷)和數(shù)字信號(發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號),首先進入輸入回路，如圖2-5-5所示，在除去雜波和把正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ê�，再轉(zhuǎn)換成輸入電平，通過I/O接口直接進入微機。
(2)單片機
單片機是將中央處理器、存儲器、定時器/計數(shù)器輸入/輸出接口電路等主要計算機部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機。其基本結(jié)構(gòu)如圖2-5-6所示。它的作用是：對汽車上提供的各種數(shù)據(jù)進行運算、判斷并發(fā)出指令等，從而使汽車運行在最佳狀態(tài)。
單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-5-7所示，是由讀取命令并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)的中央處理器(CPU)、儲存程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置即存儲器以及在外部傳感器和執(zhí)行元件之間執(zhí)行數(shù)據(jù)傳遞任務(wù)的輸入/輸出裝置(I/O)構(gòu)成的。
存儲器和輸人/輸出裝置以CPU為中心，并利用稱為信息傳送通道的1-除去雜波；2-輸入回路信號傳導(dǎo)線(總線)連接起來。信息傳送通道有3種：①是進行數(shù)據(jù)互換的數(shù)據(jù)信息傳送通道；②是指定存儲器和輸入輸出地址的信息傳送通道；③是控制系統(tǒng)工作的管理信息傳送通道。另外，為了使控制同步，可以使用晶體振蕩器的基準(zhǔn)信號(同步信號)發(fā)生器，實現(xiàn)微機總體同步控制。
中央處理器(CPU)是整個控制系統(tǒng)的核心，它通過接口向各個部分發(fā)出指令，并對系統(tǒng)所需要的各個參數(shù)進行檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運算與邏輯判斷。
中央處理器是由進行數(shù)據(jù)算術(shù)運算和邏輯運算的運算器(ALU)、暫時存儲數(shù)據(jù)的寄存器和按照程序進行各裝置之間信號傳送及控制任務(wù)的控制器等構(gòu)成。
存儲器具有記憶程序和數(shù)據(jù)的功能。一般由只讀存儲器(ROM)和隨機存儲器(RAM)構(gòu)成。
ROM是讀出專用存儲器，它的內(nèi)存一次寫人就不能變更，但是可以調(diào)出使用，即ROM的內(nèi)存，CPU只能讀出而不能寫入，它用來存儲由制造廠家編寫的CPU的運行程序、點火脈譜和噴油脈譜的特性曲線和特性數(shù)據(jù)等預(yù)定的控制參數(shù)。ROM的內(nèi)存即使切斷電源其記憶內(nèi)容也不消失，所以適用于程序和數(shù)據(jù)長期保留。
RAM(隨機存儲器也叫讀寫隨機存儲器)既能讀出也能寫人記憶在任意地址上的數(shù)據(jù)。它用來暫存各種傳感器輸入信號及運算中數(shù)據(jù)和故障診斷結(jié)果。由各傳感器輸人的信息，直到被微機處理器調(diào)用或被以后輸人的實際運行數(shù)據(jù)所替換為止。如果電源切斷，RAM的內(nèi)存就會消失。
輸入/輸出裝置(I/O接口):I/O接口是根據(jù)CPU的命令在各傳感器或執(zhí)行件之間執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送任務(wù)的裝置。由于傳感器和執(zhí)行件種類繁多，它們在速度、電平、功率等信息形式方面都不能與CPU匹配，必須經(jīng)過I/O接口的轉(zhuǎn)換、匹配。因此，微機與外界進行的數(shù)據(jù)交換都是通過輸入/輸出接口來完成的。這些接口是微機與被控制對象進行信息交換的紐帶，并且具有數(shù)據(jù)緩沖、電平匹配及時序匹配等多種功能。
總線：在微機硬件系統(tǒng)中，CPU、ROM、RAM、I/O接口相連時，都用公共的總線�？偩�有數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。圖2-5-9是CPU、ROM、RAM、I/O接口之間連接總線，它包括8根數(shù)據(jù)總線、16根地址總線和若干控制總線。數(shù)據(jù)總線主要用于傳送數(shù)據(jù)與指令；地址總線用于傳送地址碼；CPU則通過控制總線隨時掌握各器件的狀態(tài)，根據(jù)需要向有關(guān)器件發(fā)出的控制指令。
(3)輸出回路
輸出回路是單片機與執(zhí)行器之間的中間環(huán)節(jié)，其功用是根據(jù)微機發(fā)出的指令，控制執(zhí)行器動作。微機對采樣信號進行分析、比較、運算后，由預(yù)定的程序形成控制指令并通過輸出端子輸出。由于微機只能輸出微弱的電信號，電壓一般為5V,不能直接驅(qū)動執(zhí)行器，因此必須通過輸出回路對控制指令進行功率放大、譯碼或D/A轉(zhuǎn)換后變成可以驅(qū)動各種執(zhí)行器的強信號。
(4)系統(tǒng)軟件
控制系統(tǒng)中最主要的軟件是主控程序，它主要負責(zé)對整個系統(tǒng)進行初始化，實現(xiàn)系統(tǒng)的工作時序、判定控制模式、控制點火角度和噴油脈沖信號的輸出等。
軟件中還有轉(zhuǎn)速與負荷的處理程序、中斷處理程序及查表程序。針對發(fā)動機使用要求預(yù)先確定點火角脈譜及噴油量脈譜，以及其他為匹配各工況而選定的修正系數(shù)、修正函數(shù)和常數(shù)等，都以離散數(shù)據(jù)的形式儲存在微機的存儲器中。
3.電子控制單元的工作過程
電子控制單元ECU的工作過程是一個復(fù)雜而有序的過程，現(xiàn)簡要概述如下：
發(fā)動機啟動時，電子控制單元ECU進入工作狀態(tài)，運行程序或操作指令從存儲器ROM中調(diào)入中央處理器CPU。這些程序可以控制燃油噴射、點火時刻或怠速等。在CPU的控制下，一個個指令按照預(yù)先編制的程序進行。在程序運行過程中，發(fā)動機工況信息由各種傳感器提供。當(dāng)曲軸位置傳感器輸出的發(fā)動機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號，進氣岐管壓力傳感器輸出的發(fā)動機負荷信號和冷卻液溫度傳感器輸出的信號等輸入ECU后，首先進入輸入回路進行信號處理，然后再經(jīng)單片機I/O接口電路輸入CPU,CPU將預(yù)先存儲在ROM中的最佳試驗數(shù)據(jù)與傳感器輸入的信息進行比較、運算，并發(fā)出相應(yīng)指令信號經(jīng)單片機I/O接口電路、輸出回路控制執(zhí)行器動作。
三、執(zhí)行器
執(zhí)行器是受發(fā)動機ECU控制，具體執(zhí)行某些控制功能的裝置。執(zhí)行器主要有下列各種形式：(1)電磁式噴油器；(2)點火控制單元；(3)怠速控制閥；(4)EGR閥；(5)進氣控制閥；(6)活性炭罐排泄電磁閥；(7)車速控制電磁閥；(8)燃油泵繼電器；(9)冷卻風(fēng)扇繼電器；(10)空調(diào)壓縮機繼電器；(11)自動變速器擋位電磁閥；(12)增壓器釋壓電磁閥；(13)自診斷顯示與報警裝置；(14)儀表顯示器等。隨著控制功能的增加，執(zhí)行器也將相應(yīng)增加。
四、主繼電器的電源電路
圖2-5-11a)所示為不裝步進電動機怠速控制閥(ISCV)的主繼電器的電源電路。當(dāng)點火開關(guān)接通時，電流流過主繼電器內(nèi)的線圈，滑閥(可動鐵心)被吸引，觸點閉合，電源通過主繼電器為ECU的+B和B1端供電。電源總是與ECU的Batt端相連，以便在點火開關(guān)關(guān)閉后，ECU存儲器中存儲的故障診斷代碼和數(shù)據(jù)仍能保存。
圖2-5-11b)所示是裝有步進電機式怠速控制閥(ISCV)的主繼電器的電源電路，主繼電器由ECU控制。當(dāng)點火開關(guān)接通時，電源與ECU的IG、S/W端相通，主繼電器控制電路通過ECU的M-REL端將主繼電器接通，主繼電器觸點閉合，電源為ECU的+B和B1端供電。
