云南省汽車修理技能知識(shí)：發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)主要由信號(hào)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(hào)
(1)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)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(hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。
(2)ECU的傳感器信號(hào)有兩種：一種是模擬信號(hào)，如水溫傳感器的輸出信號(hào)；另一種是數(shù)字信號(hào)，所示，如轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號(hào)。信號(hào)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(dòng)機(jī)工況信號(hào)，根據(jù)ECU內(nèi)部預(yù)先編制的控制程序和儲(chǔ)存的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯判定確定適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的點(diǎn)火提前角、噴油時(shí)間等參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)控制各種執(zhí)行器動(dòng)作從而使發(fā)動(dòng)機(jī)保持最佳運(yùn)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(jī)為核心而組成的電子控制裝置，具有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)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(jī)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(jī)一起制作在一個(gè)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(gè)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(hào)經(jīng)I/O接口送人微機(jī)，從傳感器來的模擬信號(hào)(空氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷)和數(shù)字信號(hào)(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)),首先進(jìn)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(jìn)入微機(jī)。
(2)單片機(jī)
單片機(jī)是將中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入/輸出接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。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(jìn)行運(yùn)算、判斷并發(fā)出指令等，從而使汽車運(yùn)行在最佳狀態(tài)。
單片機(jī)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(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)的記憶裝置即存儲(chǔ)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(chǔ)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(hào)傳導(dǎo)線(總線)連接起來。信息傳送通道有3種：①是進(jìn)行數(shù)據(jù)互換的數(shù)據(jù)信息傳送通道；②是指定存儲(chǔ)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(hào)(同步信號(hào))發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)微機(jī)總體同步控制。
中央處理器(CPU)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，它通過接口向各個(gè)部分發(fā)出指令，并對系統(tǒng)所需要的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算與邏輯判斷。
中央處理器是由進(jìn)行數(shù)據(jù)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的運(yùn)算器(ALU)、暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的寄存器和按照程序進(jìn)行各裝置之間信號(hào)傳送及控制任務(wù)的控制器等構(gòu)成。
存儲(chǔ)器具有記憶程序和數(shù)據(jù)的功能。一般由只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)構(gòu)成。
ROM是讀出專用存儲(chǔ)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(chǔ)由制造廠家編寫的CPU的運(yùn)行程序、點(diǎn)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(jī)存儲(chǔ)器也叫讀寫隨機(jī)存儲(chǔ)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(hào)及運(yùn)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(jī)處理器調(diào)用或被以后輸人的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)所替換為止。如果電源切斷，RAM的內(nèi)存就會(huì)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(jī)與外界進(jìn)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(jī)與被控制對象進(jìn)行信息交換的紐帶，并且具有數(shù)據(jù)緩沖、電平匹配及時(shí)序匹配等多種功能。
總線：在微機(jī)硬件系統(tǒng)中，CPU、ROM、RAM、I/O接口相連時(shí)，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(shí)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(jī)與執(zhí)行器之間的中間環(huán)節(jié)，其功用是根據(jù)微機(jī)發(fā)出的指令，控制執(zhí)行器動(dòng)作。微機(jī)對采樣信號(hào)進(jìn)行分析、比較、運(yùn)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(jī)只能輸出微弱的電信號(hào)，電壓一般為5V,不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器，因此必須通過輸出回路對控制指令進(jìn)行功率放大、譯碼或D/A轉(zhuǎn)換后變成可以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行器的強(qiáng)信號(hào)。
(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(fù)責(zé)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的工作時(shí)序、判定控制模式、控制點(diǎn)火角度和噴油脈沖信號(hào)的輸出等。
軟件中還有轉(zhuǎn)速與負(fù)荷的處理程序、中斷處理程序及查表程序。針對發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求預(yù)先確定點(diǎn)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(chǔ)存在微機(jī)的存儲(chǔ)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(gè)復(fù)雜而有序的過程，現(xiàn)簡要概述如下：
發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電子控制單元ECU進(jìn)入工作狀態(tài)，運(yùn)行程序或操作指令從存儲(chǔ)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(diǎn)火時(shí)刻或怠速等。在CPU的控制下，一個(gè)個(gè)指令按照預(yù)先編制的程序進(jìn)行。在程序運(yùn)行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)，進(jìn)氣岐管壓力傳感器輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信號(hào)和冷卻液溫度傳感器輸出的信號(hào)等輸入ECU后，首先進(jìn)入輸入回路進(jìn)行信號(hào)處理，然后再經(jīng)單片機(jī)I/O接口電路輸入CPU,CPU將預(yù)先存儲(chǔ)在ROM中的最佳試驗(yàn)數(shù)據(jù)與傳感器輸入的信息進(jìn)行比較、運(yùn)算，并發(fā)出相應(yīng)指令信號(hào)經(jīng)單片機(jī)I/O接口電路、輸出回路控制執(zhí)行器動(dòng)作。
三、執(zhí)行器
執(zhí)行器是受發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)火控制單元；(3)怠速控制閥；(4)EGR閥；(5)進(jìn)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(jī)繼電器；(11)自動(dòng)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(bào)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(jìn)電動(dòng)機(jī)怠速控制閥(ISCV)的主繼電器的電源電路。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)接通時(shí)，電流流過主繼電器內(nèi)的線圈，滑閥(可動(dòng)鐵心)被吸引，觸點(diǎn)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(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后，ECU存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)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(jìn)電機(jī)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(diǎn)火開關(guān)接通時(shí)，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(diǎn)閉合，電源為ECU的+B和B1端供電。
