汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展

汽車電子控制技術(shù)的快速發(fā)展主要取決于以下三個因素：一是得益于晶體管技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，成本不斷降低，控制功能越來越強大，為汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展提供良好的條件；二是由于各國政府制定了越來越嚴(yán)格的法規(guī)，迫使汽車制造商必須采用先進(jìn)的電子控制技術(shù)，以滿足在燃油經(jīng)濟性、安全性和排放性能方面的法規(guī)要求；三是用戶對汽車安全性、舒適性、動力性、經(jīng)濟性等越來越高的需求，促使汽車制造商更多地采用電子控制技術(shù)，增強其產(chǎn)品在市場上的競爭能力。 汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展過程，大致可分為電子電路控制、微型計算機控制和車載局域網(wǎng)控制三個階段。

?第一階段（1953～1975年）：模擬電子電路控制階段，即采用分立電子元件或集成電路組成電子控制器進(jìn)行控制。汽車電子設(shè)備主要采用分立電子元件組成電子控制器，從而揭開了汽車電子時代的序幕。

?第二階段（1976～1999年）：微型計算機控制階段，即采用模擬計算機或數(shù)字計算機進(jìn)行控制，控制技術(shù)向智能化方向發(fā)展。汽車電子設(shè)備普遍采用8位、16位或32位字長的微處理器進(jìn)行控制，主要開發(fā)研制專用的獨立控制系統(tǒng)和綜合控制系統(tǒng)。

?第三階段（2000年至今）：車載局域網(wǎng)控制階段，即采用車載局域網(wǎng)（LAN，Local Area Network）對汽車電器與電子控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。國內(nèi)外中高檔轎車目前都已開始采用車載局域網(wǎng)技術(shù)。

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汽車電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢

1．控制系統(tǒng)集成化 現(xiàn)代汽車越來越多地將單一控制系統(tǒng)集成為集中控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)集成可以使整個系統(tǒng)簡化，有利于對復(fù)雜系統(tǒng)多變量、多目標(biāo)的綜合協(xié)調(diào)控制。但控制系統(tǒng)的集成需要運算能力更強、速度更快的微處理器，因此微處理器也從8位、16位、32位發(fā)展至64位。

2．信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化
由于汽車上電子裝置數(shù)量急劇增多，汽車電路越來越復(fù)雜，為了減少連接導(dǎo)線的數(shù)量，現(xiàn)代汽車廣泛采用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將過去一線一用的專線制改為一線多用制。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等連接起來，從而構(gòu)成汽車內(nèi)部的控制器局域網(wǎng)，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的信息資源共享。這樣不僅簡化了布線，減少了電氣節(jié)點的數(shù)量和導(dǎo)線的用量，同時也增加了信息傳送的可靠性。??

3．汽車和交通智能化
智能汽車是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運用了計算機、智能傳感器、信息融合、通信、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。 智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，ITS）是將先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機技術(shù)等有效地集成運用于整個交通運輸管理體系，而建立起的實時、準(zhǔn)確、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)。智能交通技術(shù)與智能汽車技術(shù)的結(jié)合，就可以實現(xiàn)汽車最佳行駛路線的自動選擇和汽車的自動駕駛。汽車和交通智能化代表著未來汽車和未來交通的發(fā)展方向。

4．電控系統(tǒng)設(shè)計模塊化

所謂模塊化設(shè)計，是指為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不需要對每種產(chǎn)品實施單獨設(shè)計，而是精心設(shè)計出多種模塊，將其經(jīng)過不同方式的組合來構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以解決產(chǎn)品品種、規(guī)格、制造周期和成本之間的矛盾。隨著汽車市場競爭的日趨激烈，為了滿足用戶個性化需求，汽車制造商需要推出更多的新車型，新車型的開發(fā)周期越來越短，采用電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計技術(shù)，能夠縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量，降低開發(fā)成本，有效提高汽車電子控制系統(tǒng)乃至汽車整車的可靠性。

?汽車電控系統(tǒng)的基本組成 汽車上每一個電子控制系統(tǒng)都是由傳感器與開關(guān)裝置、電控單元和執(zhí)行器（執(zhí)行元件）三部分組成，這三部分通過導(dǎo)線進(jìn)行連接，就組成了一個電控系統(tǒng)。

1．傳感器

（1）流量傳感器 檢測被測氣體和液體等流體的流量，例如用于發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的空氣流量傳感器；用于自動空調(diào)系統(tǒng)的制冷劑流量傳感器等。

（2）位置傳感器 檢測被測回轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)角或移動物體的位移，例如用于發(fā)動機電控燃油噴射和微機控制點火系統(tǒng)的曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器；用于電子穩(wěn)定程序的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器；用于電子控制懸架系統(tǒng)的車身高度傳感器；用于廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的EGR閥位置傳感器等。

（3）壓力傳感器 檢測被測介質(zhì)壓力，例如用于發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的進(jìn)氣歧管壓力傳感器、大氣壓力傳感器、排氣壓力傳感器；用于驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的油壓傳感器等。 （4）溫度傳感器 檢測被測介質(zhì)溫度，例如用于發(fā)動機電控燃油噴射和微機控制點火系統(tǒng)的發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、排氣溫度傳感器、燃油溫度傳感器；用于自動空調(diào)控制系統(tǒng)采用的車內(nèi)溫度傳感器等。 （5）濃度傳感器 檢測被測介質(zhì)濃度，例如用于發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的氧傳感器；用于安全控制系統(tǒng)的酒精濃度傳感器等。

（6）速度傳感器 檢測被測轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)速或移動物體的速度，例如用于發(fā)動機電控燃油噴射和微機控制點火系統(tǒng)的發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器；用于防抱死制動系統(tǒng)的車輪速度傳感器、用于電控自動變速器的車速傳感器等。 （7）加速度傳感器 檢測被測物體的加速度，例如用于電子穩(wěn)定程序的汽車縱向和橫向加速度傳感器；用于電控懸架系統(tǒng)的車身垂直加速度傳感器等。

2．電控單元（ECU）

汽車電子控制單元簡稱電控單元，又稱為汽車電子控制器或汽車電子控制組件，俗稱“汽車電腦”。 電控單元是以單片機為核心所組成的電子控制裝置，具有強大的數(shù)學(xué)運算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理等功能。 電控單元是汽車電子控制系統(tǒng)的控制中心，其主要功用是分析、處理傳感器采集的各種信息，并向受控裝置（即執(zhí)行器或執(zhí)行元件）發(fā)出控制指令。

3．執(zhí)行器 執(zhí)行器又稱為執(zhí)行元件，是電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行器的功用是接受電控單元（ECU）發(fā)出的指令，完成具體的執(zhí)行動作。汽車電控系統(tǒng)的執(zhí)行器通常是電動機、電磁閥等。汽車電控系統(tǒng)不同，采用執(zhí)行器的數(shù)量和種類也不相同。 發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)的執(zhí)行器有電動燃油泵和電磁噴油器；發(fā)動機怠速控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是怠速控制閥；汽油蒸發(fā)污染控制系統(tǒng)蒸氣回收系統(tǒng)的執(zhí)行器是活性炭罐電磁閥；微機控制點火系統(tǒng)的執(zhí)行器有點火控制器和點火線圈；防抱死制動系統(tǒng)的執(zhí)行器有兩位兩通電磁閥或三位三通電磁閥、回油泵電動機；安全氣囊系統(tǒng)的執(zhí)行器是氣囊點火器；電控自動變速器的執(zhí)行器有換擋電磁閥、油壓控制電磁閥和鎖止電磁閥；汽車電控懸架系統(tǒng)的執(zhí)行器是空氣壓縮機、減振器阻尼和彈簧剛度調(diào)節(jié)電動機以及高度控制電磁閥等。

發(fā)動機電子控制系統(tǒng)

電子控制燃油噴射系統(tǒng)的分類與基本組成

1．電子控制燃油噴射系統(tǒng)的分類

（1）按燃油噴射部位分類 按噴油器噴射燃油的部位不同，電子控制燃油噴射系統(tǒng)可分為缸內(nèi)噴射和進(jìn)氣道噴射兩種類型。

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（2）按進(jìn)氣量的測量方式分類 按進(jìn)氣量的測量方式不同，電子控制燃油噴射系統(tǒng)可分為D型（速度-密度控制型）和L型（質(zhì)量流量控制型）兩種類型。

D型電控燃油噴射系統(tǒng)的組成

L型電控燃油噴射系統(tǒng)的組成

2、電子控制燃油噴射系統(tǒng)的基本組成

電子控制燃油噴射系統(tǒng)主要由空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)組成。 ? （1）空氣供給系統(tǒng) 空氣供給系統(tǒng)功用是為發(fā)動機可燃混合氣的形成提供必需的空氣，并測量出進(jìn)入氣缸的空氣量。空氣供給系統(tǒng)主要由空氣濾清器、空氣流量傳感器（L型）或進(jìn)氣歧管壓力傳感器（D型）、節(jié)氣門、節(jié)氣門位置傳感器、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管等組成。另外，進(jìn)氣溫度傳感器、怠速控制系統(tǒng)的怠速控制閥也安裝在空氣供給系統(tǒng)中。 （2）燃油供給系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)的功用是向發(fā)動機各個氣缸供給混合氣燃燒所需的燃油，由燃油箱、電動燃油泵、燃油分配管、燃油濾清器、油壓調(diào)節(jié)器、噴油器和回油管等組成。燃油由燃油泵從油箱中泵出，具有一定壓力的燃油經(jīng)過燃油濾清器流至燃油分配管，由分配管送至各缸噴油器，噴油器根據(jù)ECU的噴油指令開啟噴油閥，將適量的燃油噴出，與空氣混合形成可燃混合氣。 （3）電子控制系統(tǒng) 將在發(fā)動機各個系統(tǒng)中起作用的電子元器件看作一個系統(tǒng)，就是電子控制系統(tǒng)。電子控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)一般由傳感器、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行器三部分組成，如圖。

空氣供給系統(tǒng)

1. 空氣流量傳感器

空氣流量傳感器功用檢測發(fā)動機進(jìn)氣量大小，并將進(jìn)氣量信息轉(zhuǎn)換成電信號輸入電控單元（ECU），以供ECU計算確定噴油時間（即噴油量）和點火時間。進(jìn)氣量信號是控制單元計算噴油時間和點火時間的主要依據(jù)。 空氣流量傳感器類型多樣，有葉（翼）片式、卡門渦流式和熱絲式或者熱膜式。其中，葉（翼）片式、卡門渦流式是體積流量型，熱絲式和熱膜式流量傳感器能夠由電子元件直接測量空氣氣流的質(zhì)量流量，避免了海拔高度變化引起的測量誤差，是質(zhì)量流量型。 （1）熱絲式空氣流量傳感器 ? 置于空氣通道中的電熱體，由于與空氣之間的熱傳遞，其溫度會有所下降。空氣流量大，帶走的熱量多，維持電熱體溫度所需的電流大，反之，空氣流量小，所需的電流則小。熱絲（膜）式空氣流量傳感器就是利用這一原理來檢測空氣流量的。

1—防護(hù)網(wǎng)2—取樣管3—鉑金屬絲（熱絲）4—溫度補償電阻（冷絲）5—控制電路板6—電連接器7—殼體 一種與單臂電橋分開而單獨設(shè)置具有自潔功能加熱電阻的熱絲式空氣流量傳感器電路。

單獨設(shè)置自潔加熱電阻的熱絲式空氣流量傳感器電路 美國通用公司的熱絲式空氣流量傳感器的工作原理與上述內(nèi)容基本一致，但通用公司的熱絲式空氣流量傳感器將輸出信號轉(zhuǎn)換為頻率方波信號，并且頻率變化趨勢也是隨著進(jìn)氣量的增加而變大（怠速時的平均頻率為32Hz，節(jié)氣門全開時的頻率為150Hz）

（2）熱膜式空氣流量傳感器 其發(fā)熱元件采用的是由鉑金屬薄膜制成的膜片電阻，故稱為熱膜電阻。在傳感器內(nèi)部的進(jìn)氣通道上設(shè)有一個矩形護(hù)套（相當(dāng)于取樣管），熱膜電阻設(shè)在護(hù)套中。為了防止污物沉積到熱膜電阻上影響測量精度，在護(hù)套的空氣入口一側(cè)設(shè)有空氣過濾層，用以過濾空氣中的污物。

1—接線插座2—護(hù)套3—鉑金屬膜4—防護(hù)網(wǎng)

2．進(jìn)氣歧管壓力傳感器

在D型燃油噴射系統(tǒng)中，進(jìn)氣歧管壓力傳感器將發(fā)動機進(jìn)氣歧管內(nèi)絕對壓力（真空度）轉(zhuǎn)換成電壓信號，與發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號一起輸送到電控單元（ECU），ECU根據(jù)進(jìn)氣歧管內(nèi)絕對壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號計算出空氣流量，作為確定噴油器基本噴油量和點火時間的依據(jù)。由此可見，與空氣流量傳感器直接檢測發(fā)動機進(jìn)氣量不同，進(jìn)氣歧管壓力傳感器是一種間接測量發(fā)動機進(jìn)氣量的傳感器。 ? 壓阻效應(yīng)式進(jìn)氣歧管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由硅膜片、真空室、混合集成電路、真空管接頭、線束插頭和殼體組成。進(jìn)氣歧管壓力傳感器的安裝位置比較靈活，只要將節(jié)氣門至進(jìn)氣歧管之間的進(jìn)氣壓力引入傳感器的真空室內(nèi)，傳感器就可安放在任何位置。

1—真空室2—硅膜片3—混合集圖 成電路4—殼體5—線束插頭 硅膜片的長和寬約為3mm、厚度約為16μm，在硅膜片的中央部位采用腐蝕方法制作有一個直徑為2mm、厚度約為5μm的薄膜片。在薄硅膜片表面上，采用集成電路加工技術(shù)與臺面擴散技術(shù)（擴散硼）制作4只梳狀阻值相等的應(yīng)變電阻，又稱為固態(tài)壓阻器件或固態(tài)電阻，并利用低阻擴散層（P型擴散層）將四只電阻連接成惠斯頓電橋電路，然后再與傳感器內(nèi)部的信號放大電路和溫度補償電路等混合集成電路連接。

1—引線端子2—殼體3—硅杯4—真空室5—硅膜片6—錫焊封口 7—應(yīng)變電阻8—金線電極9—電極引線10—底座11—真空管 壓阻效應(yīng)式進(jìn)氣歧管壓力傳感器的工作原理:硅膜片一面通真空室，另一面導(dǎo)入進(jìn)氣歧管壓力。發(fā)動機工作時，從進(jìn)氣歧管進(jìn)入的進(jìn)氣壓力作用在硅膜片上，硅膜片就會產(chǎn)生應(yīng)力變形。在應(yīng)力作用下，應(yīng)變電阻的電阻率就會發(fā)生變化而引起阻值變化，惠斯頓電橋上電阻值的平衡就被打破。 當(dāng)電橋輸入端輸入一定的電壓或電流時，在電橋的輸出端就可得到變化的信號電壓或信號電流。根據(jù)信號電壓或信號電流的大小，就可計算出歧管壓力的高低。當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)和輸入的電源電壓Ucc一定時，輸出電壓U0與作用在圓形硅膜片上的壓力成正此，即壓力越高，則輸出電壓越高。

3. 節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體節(jié)氣門軸的一端，傳統(tǒng)方式是由駕駛員操縱油門踏板上的拉索在控制節(jié)氣門開度時對其進(jìn)行控制。節(jié)氣門位置傳感器可以將節(jié)氣門的開度轉(zhuǎn)換成電信號輸送給ECU，ECU以此判定發(fā)動機的運轉(zhuǎn)工況,并根據(jù)發(fā)動機不同工況對混合氣濃度的需求來控制噴油時間。

1—可變電阻滑動觸點2—電源電壓輸入端（5V）3—絕緣部件4—節(jié)氣門軸5—怠速觸點 組合式節(jié)氣門位置傳感器的輸出特性如圖所示，當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉或開度小于1.2o時，怠速觸點閉合，其輸出端IDL輸出低電平（0V），當(dāng)節(jié)氣門開度大于1.2o時，怠速觸點斷開，輸出端IDL輸出高電平（5V）。當(dāng)節(jié)氣門開度變化時，可變電阻的滑臂便隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動，滑臂上的觸點便在鍍膜電阻上滑動，傳感器的輸出端子VTA與E2之間的信號電壓隨之發(fā)生變化，節(jié)氣門開度越大，輸出電壓越高。傳感器輸出的線性信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再輸入ECU。

大眾車系發(fā)動機電控系統(tǒng)多采用組合式節(jié)氣門體，它把觸點與線性可變電阻組合式節(jié)氣門位置傳感器與節(jié)氣門控制器融為一體，取消了怠速旁通道，簡化了結(jié)構(gòu)。

? 1—節(jié)氣門拉索輪2—節(jié)氣門控制器電位計3—緊急運行彈簧4—節(jié)氣門控制器（怠速電動機）5—節(jié)氣門電位計6—整體式怠速穩(wěn)定裝置??7—怠速開關(guān)

溫度傳感器

溫度是反映汽車發(fā)動機熱負(fù)荷狀態(tài)的重要參數(shù)，為了保證控制系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)動機進(jìn)行精確控制，必須隨時監(jiān)測發(fā)動機冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度和排氣溫度等。 溫度傳感器按結(jié)構(gòu)與物理性能分類，可分為物性型（熱敏電阻式、熱敏鐵氧體式）和結(jié)構(gòu)型（雙金屬片式、石蠟式）這兩種。現(xiàn)代汽車廣泛采用物性型溫度傳感器，特別是熱敏電阻式溫度傳感器，具有靈敏度高、響應(yīng)特性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點，故下面主要介紹熱敏電阻式溫度傳感器。 常用的熱敏電阻有正溫度系數(shù)型熱敏電阻（PTC）、負(fù)溫度系數(shù)型熱敏電阻（NTC）兩種。

? 熱敏電阻式溫度傳感器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示，主要由熱敏電阻、金屬引線、接線插座和殼體等組成。

a）兩端子式b）單端子式 負(fù)溫度系數(shù)NTC型熱敏電阻具有溫度升高阻值減小、溫度降低阻值增大的特性，而且呈明顯的非線性關(guān)系。對于結(jié)構(gòu)一定的負(fù)溫度系數(shù)型熱敏電阻式溫度傳感器，其阻值與溫度的關(guān)系曲線如圖2-21所示

溫度傳感器的工作電路所示，傳感器的兩個電極用導(dǎo)線與ECU插座連接。ECU內(nèi)部串聯(lián)一只分壓電阻，ECU向熱敏電阻和分壓電阻組成的分壓電路提供一個穩(wěn)定的電壓（一般為5V），傳感器輸入ECU的信號電壓等于熱敏電阻上的分壓值，電壓會隨熱敏電阻阻值的變化而變化。當(dāng)被測對象的溫度升高時，傳感器阻值減小，熱敏電阻上的分壓值降低；反之，當(dāng)被測對象的溫度降低時，傳感器阻值增大，熱敏電阻上的分壓值升高。

燃油供給系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)主要由燃油箱、燃油濾清器、電動燃油泵、供油管、回油管、燃油分配管、燃油壓力調(diào)節(jié)器、噴油器等組成。

燃油供給系統(tǒng)在整車上的布置 一般采用不易產(chǎn)生氣阻的無回油管式燃油供給系統(tǒng)，無回油管的燃油供給系統(tǒng)設(shè)計目的是防止流動的燃油將發(fā)動機機艙內(nèi)的熱量帶回油箱而導(dǎo)致燃油升溫，造成燃油蒸發(fā)過多。這種系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)形式，一是將燃油壓力調(diào)節(jié)器安裝在油箱內(nèi)，如圖所示。

無回油管式燃油供給系統(tǒng) 二是將燃油壓力調(diào)節(jié)器取消，在油泵總成上加裝有控制油壓的壓力控制閥，可保證燃油分配管內(nèi)壓力為一定值，無回油管燃油系統(tǒng)油泵和壓力控制器。

無回油管燃油系統(tǒng)油泵和壓力控制器

電動燃油泵

電動燃油泵的功用是從油箱中吸出燃油，加壓后輸送到管路中，和燃油壓力調(diào)節(jié)器配合建立合適的系統(tǒng)壓力（高于進(jìn)氣歧管壓力250~300kPa），最終將燃油輸送到噴油器。為防止發(fā)動機供油不足及由高溫而產(chǎn)生的氣阻，油泵的最高輸出油壓需要470kPa左右，其供油量比發(fā)動機最大耗油量大得多，多余的燃油從回油管返回油箱。

1—進(jìn)油濾網(wǎng)2—油泵3—隔振橡膠4—支架5—出油管6—小油箱7—油箱8—回油管 ? 結(jié)構(gòu)組成:電動燃油泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由永磁式直流電動機、油泵、限壓閥、單向閥和泵殼等組成。電動機由永久磁鐵、電樞、換向器和電刷等組成。油泵由泵轉(zhuǎn)子和泵體組成，泵轉(zhuǎn)子固定在電動機軸上，隨電動機轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。

1—進(jìn)油口2—限壓閥3—電動機4—泵殼 5—接線插頭6—出油口7—單向閥8—永久磁鐵9—泵體 電動燃油泵的工作原理

油泵的控制如圖所示，是一種利用發(fā)動機ECU直接控制油泵的轉(zhuǎn)速的控制電路。發(fā)動機工作時，發(fā)動機ECU原則上根據(jù)燃油消耗量、需要的回油量和供油裝置的溫度等，通過內(nèi)部的控制回路IC，控制功率三極管VT進(jìn)行高頻率（約20KHz）的導(dǎo)通和截止，控制A點的平均降壓值（分壓值），使油泵保持在所需的工作電壓。油泵工作電壓與發(fā)動機負(fù)荷成正比變化。發(fā)動機ECU在進(jìn)行實際控制時，油泵的工作電壓主要隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速和噴油脈寬變化而變化。

ECU直接控制式油泵控制電路????????????????油泵工作電壓特性

燃油分配管 其功用是固定噴油器和油壓調(diào)節(jié)器，并將汽油分配給每只噴油器。燃油分配管在燃油分配管與噴油器連接處制有小孔，以便將燃油分配到每只噴油器。有的車型配備的發(fā)動機其燃油分配管上制作有連接油壓表的接口（燃油壓力塞），以便測量燃油壓力。

燃油壓力調(diào)節(jié)器

燃油壓力調(diào)節(jié)器的主要功用是使系統(tǒng)油壓（即供油總管內(nèi)油壓）與進(jìn)氣歧管壓力之差保持常數(shù)，一般為250~300kPa。這樣，從噴油器噴出的燃油量便唯一地取定于噴油器的開啟時間。

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噴油器

（1）結(jié)構(gòu)原理 噴油器實質(zhì)是一個電磁閥，所示為軸針式噴油器的結(jié)構(gòu)組成。它主要由噴油器外殼、噴油嘴、針閥、套在針閥上的銜鐵以及根據(jù)噴油脈沖信號產(chǎn)生電磁吸力的電磁線圈組成。電磁線圈無電流時，噴油器內(nèi)的針閥被螺旋彈簧壓在噴油器出口處的密封錐形閥座上，噴油器不噴油。當(dāng)ECU發(fā)出噴油脈沖信號將電磁線圈接通而通電時，電磁線圈產(chǎn)生的磁場吸動銜鐵上移，銜鐵帶動針閥從其座面上升約0.1mm，燃油從精密環(huán)形間隙中流出。當(dāng)ECU將電路切斷時，吸力消失，回位彈簧使針閥復(fù)位關(guān)閉噴油器，停止噴射。

? 1—進(jìn)油濾網(wǎng)2—線束插接器3—電磁線圈4—回位彈簧5—銜鐵6—針閥7—軸針 （2）控制和驅(qū)動方式 發(fā)動機電子控制單元ECU可通過控制噴油器的電源或搭鐵來實現(xiàn)對噴油器的控制，控制電路如圖所示。在發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)各種傳感器輸入的信號，確定合適的噴油時刻和噴油脈沖寬度，并向噴油器提供搭鐵信號使噴油器開始噴油，切斷搭鐵信號使噴油器停止噴油。

噴油器的驅(qū)動方式分為電流驅(qū)動與電壓驅(qū)動兩種方式。電流驅(qū)動只適用于低電阻噴油器（2~5Ω），電壓驅(qū)動既可用于低電阻噴油器，又可用于高電阻噴油器（12~17Ω）。 電流驅(qū)動是指發(fā)動機電子控制單元ECU開始用一個較大的電流（8A）使電磁線圈產(chǎn)生較大的吸力，保證噴油器具有良好的響應(yīng)性，然后再用較小的電流（2A）使針閥保持在開啟狀態(tài)，以防止噴油器線圈發(fā)熱，減少功率消耗。在電流驅(qū)動回路中無附加電阻，低電阻噴油器直接與蓄電池連接。由于無附加電阻，回路阻抗小，ECU向噴油器發(fā)出指令時，流過噴油器線圈的電流增加迅速，大電流使針閥迅速打開，噴油遲滯時間縮短，響應(yīng)性更好。 電壓驅(qū)動是指通過控制噴油器的工作電壓來控制噴油器工作。在電壓驅(qū)動回路中，使用高電阻噴油器時可將蓄電池電壓直接加在噴油器上；而使用低電阻噴油器時，必須在回路中加入附加電阻，將蓄電池電壓分壓后加在噴油器上，防止電磁線圈電流過大，發(fā)熱而燒壞。

電子控制系統(tǒng)

電子控制系統(tǒng)可以簡化為傳感器、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行器三大組成部分。 曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器 曲軸位置傳感器用來檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速、曲軸位置（轉(zhuǎn)角）信號以及第一缸和各缸壓縮沖程上止點信號，是控制噴油和點火時刻的主要信號。 曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器所采用的結(jié)構(gòu)隨車型不同而不同，可分為磁感應(yīng)式、霍爾式和光電式三大類。

（1）磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器

①工作原理。磁感應(yīng)式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理如圖所示。傳感器主要由信號轉(zhuǎn)子、傳感線圈、永久磁鐵和磁軛等組成。磁力線穿過的路徑為：永久磁鐵N極→定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙→轉(zhuǎn)子凸齒→轉(zhuǎn)子凸齒與定子磁頭間的氣隙→磁頭→導(dǎo)磁板→永久磁鐵S極。當(dāng)信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁路中的氣隙就會周期性地發(fā)生變化，磁路的磁阻和穿過傳感線圈（信號線圈）磁頭的磁通量隨之發(fā)生周期性的變化。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，傳感線圈中就會感應(yīng)產(chǎn)生交變電動勢。

a）凸齒接近磁頭b）凸齒正對磁頭c）凸齒離開磁頭 1—信號轉(zhuǎn)子2—傳感線圈3—永久磁鐵4—磁軛 當(dāng)信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁通量增多，磁通變化率增大，感應(yīng)電動勢E為正（E＞0），如圖所示。 當(dāng)轉(zhuǎn)子凸齒接近磁頭邊緣時，磁通量急劇增多，磁通變化率最大，感應(yīng)電動勢E最高，如圖曲線b點所示。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過b點位置后，雖然磁通量仍在增多，但磁通變化率減小，因此感應(yīng)電動勢E降低。

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到凸齒的中心線與磁頭的中心線對齊時，如圖b所示，雖然轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙最小，磁路的磁阻最小，磁通量最大，但是，由于磁通量不可能繼續(xù)增加，磁通變化率為零，因此感應(yīng)電動勢E為零，如圖曲線c點所示。 ? 當(dāng)轉(zhuǎn)子沿順時針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，凸齒離開磁頭時，凸齒與磁頭間的氣隙增大，磁路磁阻增大，磁通量減少，所以感應(yīng)電動勢E為負(fù)值，曲線cda所示。當(dāng)凸齒即將離開磁頭邊緣時，磁通量急劇減少，磁通變化率達(dá)到負(fù)向最大值，感應(yīng)電動勢E也達(dá)到負(fù)向最大值，如圖曲線上d點所示。

（2）霍爾式曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器

① 霍爾效應(yīng) 通有電流I的白金導(dǎo)體垂直于磁力線放入磁感應(yīng)強度為B的磁場中時，在白金導(dǎo)體橫向側(cè)面上就會產(chǎn)生一個垂直于電流方向和磁場方向的電壓UH，UH與通過半導(dǎo)體的電流I和磁感應(yīng)強度B成正比，當(dāng)取消磁場時電壓立即消失。被稱為霍爾效應(yīng)，UH被稱為霍爾電壓。

②基本結(jié)構(gòu)?? 霍爾式傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由觸發(fā)葉輪、霍爾集成電路、導(dǎo)磁鋼片（磁軛）與永久磁鐵等組成。觸發(fā)葉輪安裝在轉(zhuǎn)子軸上，葉輪上制有葉片。當(dāng)觸發(fā)葉輪隨轉(zhuǎn)子軸一同轉(zhuǎn)動時，葉片便在霍爾集成電路與永久磁鐵之間轉(zhuǎn)動。

a）葉片離開氣隙，磁場飽和b）葉片進(jìn)入氣隙，磁場被旁路 1—永久磁鐵2—觸發(fā)葉輪3—磁軛4—霍爾集成電路 ③工作原理 當(dāng)傳感器軸轉(zhuǎn)動時，觸發(fā)葉輪的葉片便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉(zhuǎn)過。當(dāng)葉片離開氣隙時，永久磁鐵的磁通便經(jīng)霍爾集成電路和導(dǎo)磁鋼片構(gòu)成回路，如圖所示，此時霍爾元件產(chǎn)生電壓（UH=1.9~2.0V），霍爾集成電路輸出級的三極管導(dǎo)通，傳感器輸出的信號電壓U0為0.1~0.3V的低電平，如圖所示。

氧傳感器 氧傳感器安裝在發(fā)動機排氣管上，其作用是通過監(jiān)測排氣中的氧含量來獲得混合氣的空燃比信號，并將該信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎隕CU。ECU根據(jù)氧傳感器信號，對噴油時間進(jìn)行修正，實現(xiàn)空燃比反饋控制（閉環(huán)控制），從而將空燃比控制在理論值14.7:1附近，使發(fā)動機得到最佳濃度的混合氣，從而降低有害氣體的排放和節(jié)約燃油。 ?

氧傳感器可分為氧化鋯（ZrO2）式和氧化鈦（TiO2）式兩種類型 （1）氧化鋯式氧傳感器 氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由鋼質(zhì)護(hù)管、鋼質(zhì)殼體、鋯管、加熱元件、電極引線、防水護(hù)套和線束插頭等組成。

1—鋼質(zhì)護(hù)管2—排氣3—殼體4—防水護(hù)套5—電極引線 6—陶瓷加熱元件7—排氣管8—鋯管9—加熱元件電源端子10—加熱元件搭鐵端子11—信號輸出端子 ?鋯管的陶瓷體是多孔的，在高溫下可使氧分子發(fā)生電離變成氧離子，帶負(fù)電的氧離子在二氧化鋯固體電解質(zhì)中能均勻擴散與滲透。當(dāng)鋯管內(nèi)側(cè)表面與外側(cè)表面之間氧氣的濃度不同（即存在濃度差）時，高濃度側(cè)的氧離子就會向濃度低的一側(cè)擴散，以求達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)固體電解質(zhì)表面設(shè)置多孔電極之后，在其兩個電極之間就可得到電動勢E。因為鋯管內(nèi)側(cè)與氧濃度高的大氣相通，外側(cè)與氧濃度低的排氣相通，且鋯管外側(cè)的氧含量隨可燃混合氣濃度變化而變化，所以當(dāng)氧離子在鋯管中擴散時，鋯管內(nèi)外表面之間的電位差將隨可燃混合氣濃度變化而變化，即鋯管相當(dāng)于一個氧濃度差電池，傳感器的信號源相當(dāng)于一個可變電源，其工作原理如圖所示。

1—排氣2—排氣管3—大氣4—Zr02固體電解質(zhì)5—鉑電極 6—氧化鋁陶瓷保護(hù)層 氧化鋯式氧傳感器的輸出特性:當(dāng)供給發(fā)動機的可燃混合氣較濃時（空燃比小于14.7），排氣中氧含量較少、CO濃度較大。在催化劑鉑的催化作用下，氧幾乎全部都與CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2氣體，使外表面上氧濃度為0。由于鋯管內(nèi)表面與大氣相通，氧濃度很大，因此鋯管內(nèi)、外表面之間的氧濃度差較大，兩個鉑電極之間的電位差較高（約0.9V）。

a）氣體濃度與電壓的關(guān)系b）傳感元件溫度與電壓的關(guān)系 1—氧傳感器電動勢2—CO濃度3—無鉑電極時的電動勢4—氧濃度 當(dāng)供給發(fā)動機的可燃混合氣較稀時（空燃比大于14.7），排氣中氧含量較多、CO濃度較小，即使CO全部都與氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，鋯管外表面上還有多余的氧存在。因此，鋯管內(nèi)、外表面之間氧的濃度差較小，兩個鉑電極之間的電位差較低（約0.1V）。 當(dāng)空燃比接近于理論空燃比14.7時，排氣中的氧和CO含量都很少。在催化劑鉑的作用下，氧與CO的化學(xué)反應(yīng)從缺氧狀態(tài)（CO過剩、氧濃度為0）急劇變化為富氧狀態(tài)（CO為0、氧過剩）。由于氧濃度差急劇變化，因此鉑電極之間的電位差急劇變化，使傳感器輸出電壓從0.9V急劇變化到0.1V。 （2）氧化鈦式氧傳感器 二氧化鈦（TiO2）在常溫下是一種高電阻的半導(dǎo)體，但表面一旦缺氧，其晶格便出現(xiàn)缺陷，電阻便隨之減小。同時，其電阻也與環(huán)境溫度有關(guān)。氧化鈦式氧傳感器就是利用二氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻型氧傳感器。 極限電流型氧傳感器是以ZrO2氧濃差電池型氧傳感器為基礎(chǔ)加以改進(jìn)而產(chǎn)生的。在ZrO2氧濃差電池型氧傳感器的ZrO2組件兩端加上一定電壓時，會造成氧離子的移動而產(chǎn)生電流，其電流與排放氣體氧濃度成正比。極限電流型氧傳感器就是利用這一特性，連續(xù)檢測出稀薄燃燒區(qū)的空燃比。

電子控制單元（ECU）

電子控制單元的功能有以下幾個方面：給傳感器提供參考（基準(zhǔn)）電壓（2V、5V、9V、12V）；接收傳感器或其他裝置輸入的信息，將輸入的信息轉(zhuǎn)變?yōu)槲C所能接受的信號；存儲分析計算所用的程序、車型的特點參數(shù)、運算中的數(shù)據(jù)及故障信息；運算分析，即根據(jù)信息參數(shù)求出執(zhí)行命令并輸出給執(zhí)行器；將輸出的信息與標(biāo)準(zhǔn)值對比，查出故障并輸出故障信息；自我修正（自適應(yīng)功能）。

（1）電子控制單元的硬件

ECU主要由輸入回路、微機和輸出回路四部分組成。

（2）電子控制單元的軟件

軟件包括控制程序和數(shù)據(jù)兩部分。控制軟件大多數(shù)采用模塊化結(jié)構(gòu)，將整個控制系統(tǒng)的程序分成若干個功能相對獨立的程序模塊，每個模塊分別進(jìn)行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后將調(diào)試好的程序模塊連接起來。這種結(jié)構(gòu)方式可使程序設(shè)計和調(diào)試容易，修改變動方便和可按需要進(jìn)行取舍。 軟件中最主要的是主控程序。主控程序可根據(jù)使用和控制要求設(shè)定內(nèi)容。主控程序的主要任務(wù)是整個系統(tǒng)初始化、實現(xiàn)系統(tǒng)的工作時序、控制模式的設(shè)定，常用工況及其他各工況模式下噴油信號和點火信號輸出程序。軟件中還有轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的處理程序、中斷處理程序、查表及插值程序等。 為了能對發(fā)動機進(jìn)行最優(yōu)控制，應(yīng)在發(fā)動機臺架、排放轉(zhuǎn)鼓試驗臺和道路上進(jìn)行匹配試驗，得到基本噴油量和基本點火提前角的三維圖，以及其他為匹配各種運行工況而確定的修正系數(shù)、修正函數(shù)和常數(shù)等，都以離散數(shù)據(jù)的形式存在存儲器中，作為控制的依據(jù)。

（3）工作過程

發(fā)動機起動時，ECU進(jìn)入工作狀態(tài)，某些程序從ROM中取出進(jìn)入CPU。這些程序可以用來控制燃油噴射、點火時刻、怠速等。通過CPU的控制，一個個指令逐個地進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。 ? 根據(jù)發(fā)動機工況的需要，ECU有開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種控制方式。 ①開環(huán)控制 發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)傳感器的信號對執(zhí)行器進(jìn)行控制，而控制的結(jié)果（如燃燒是否完全、怠速是否穩(wěn)定、有否有爆燃發(fā)生等）是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)無法做出分析，控制的結(jié)果對控制過程沒有影響，這種控制方式稱為開環(huán)控制。開環(huán)控制的特點是在控制器與被控對象之間只有正向控制作用而沒有反饋控制作用。 ②閉環(huán)控制 開環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)整空燃比和點火提前角的準(zhǔn)確程度受到發(fā)動機技術(shù)狀況和控制程序及數(shù)據(jù)的限制。另外，開環(huán)控制系統(tǒng)無法將影響空燃比和點火提前角的其他控制參數(shù)一一兼顧，因此很難達(dá)到精確的控制。 閉環(huán)控制實質(zhì)上就是反饋控制。在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)根據(jù)實際檢測到的開環(huán)控制結(jié)果的反饋信號來決定增減輸出控制量的大小。閉環(huán)控制的特點是在控制器與被控對象之間，不僅存在著正向作用，而且存在著反饋作用，即系統(tǒng)的輸出量對控制量有直接影響。

編輯：黃飛

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