1、汽车发动机电控怠速系统分析与研究系 别： 汽车与电气工程系 专 业： 汽车检测与维修 班 级： 09 汽检（1） 姓 名： 石振赵 学 号： 0902020315 指导教师： 许和进 完成时间： 年 月 日目 录目 录 I摘 要 .IIAbstractIII第 1章 绪 论 11.1 汽车电子控制技术发展简介 .11.2 电子控制系统的发展趋势 .11.3 本文内容 .1第 2章 电控系统结构及其功能 22.1 电控系统的整体结构2. 1. 1 传感器2.1.2电子控制单元 .22.1.3 执行器2.2 电控系统的基本原理 2. 2. 1 电控系统的控制内容及功能2. 2. 3 控制软件2.3
2、 查表程序及数据区结构分析第3章 发动机怠速控制3.1 怠速执行机构3.2 怠速执行器控制电路3.3 不同工况下的怠速控制策略3 . 4 怠速工况时的点火控制3，5怠速控制系统及怠速控制阀的检测第4章 发动机怠速系统智能控制的研究4. 1 发动机怠速系统的数学模型4.2怠速控制的策略方法第5章 总结与展望参考文献 3致 谢 4摘 要近年来,随着生活水平的提高、环境的恶化,对汽车经济性、排放性以及舒适性方面的要求已经到了传统发动机难以胜任的地步。同时电子技术迅速发展，采用发动机电子控制系统是满足上述要求的最佳选择。发动机电子控制主要包括喷油控制、点火控制以及怠速控制等。一个典型的发动机控制系统由
3、三部分组成：传感器、电控单元和执行器。传感器将采集到的发动机热力学参数和机械参数转换为电信号传送到ECU，ECU综合分析各种参数，决定发动机运行工况，然后送出控制信号到执行器，从而改变（或保持）发动机运行工况。怠速工况的控制主要是ECU根据采集到的节气门TP、转速、水温以及车速等决定处于何种怠速工况，然后输出怠速空气量信号到怠速执行器。本文对电控系统的三大部分进行了比较详细的介绍，但其中的重点是怠速工况的控制，对不同怠速工况下的控制策略进行了讨论。怠速工况包括起动、暖机、急减速、失速保护以及突加载荷等，同时由于采用电控，可以根据需要随意控制点火提前角、喷油量，这都是传统发动机系统所不能及的。由
4、于怠速控制是一个非线性、时变性的系统，难以建立数学模型，随着控制理论的发展，国内外很多专家学者都在研究怠速的模糊控制、神经网络控制、自适应控制以及把多种控制方式柔和一起的复合控制，相信怠速控制会使得汽车越来越“聪明” 、更舒适。本文也对怠速的智能控制进行了讨论，但都是很肤浅的。通过本文对发动机怠速控制系统的分析和研究，使我们对电控怠速系统与了更深入透。 关键词 电控系统、怠速工况、电子控制、智能控制ANALYSIS AND CONTROL OF VEHICLE ENGINE IDLESPEED CONTROL SYSTEMABSTRACTWith the improvement of the
5、living standard, deterioration of the environment recently, traditional engine is beyond the requisitions on high economic, best emission and comfortableness. At the same time, electronic control technology is developing rapidly; it s the best choice of satisfying above-mentioned requests to adopt t
6、he electronic control system of the vehicle engine. Electronic control of the vehicle engine includes electronic fuel injection, electronic spark control and idle speed control.A typical engine control system consists of three parts: sensors, electronic control unit (ECU) and executors. Sensors tran
7、sform sampled engine mechanical and thermodynamics parameters to electronic signals to transfer to ECU; ECU analyses various kinds of parameters synthetically, determines engine s operating conditions, and then sends control signals to executors for changing or holding engine s operating conditions.
8、 Idle speed control determines current idle conditionsaccording to throttle position (TP), rotational speed, engine coolant temperature and speed, etc., then output idle air flow signal to idle executor.This paper specifies three major parts of engine management system(EMS) and discusses the EMS s p
9、rinciple according to M1. It alsoanalyses discrete digital filtering and polling program. This dissertation focuses on idle speed control, including control strategies of various idleconditions. Idle speed conditions include start, warm-up, quickdeceleration, non-speed protection and quick load; mea
10、nwhile, we can controls ESA and injection pulse because of electronic control, which isn t realized by traditional engine system.Because idle speed control system is non-linear, time variant system, which is difficult to set up model mathematics, with the development of control theory, Domestic and
11、international experts and scholars study idle speed fuzzy control, neutral network control, adaptive control and compound control of many control methods. It s believed that it will make the automobile cleverer and cleverer, more comfortable. This paper has discussed the intellectual idle speed cont
12、rol, but all very superficial.From analysis and studies of idle speed control, it make us unable understand electronic idle speed control system thoroughly. Hope that it will help to our countrys independent development in the field of automotive electronics.Keywords Engine management system (EMS),
13、Idle speed control,Electronic control, Intellectual control第一章 绪 论1.1 汽车电子控制技术发展简介汽车电子是从电子控制燃油喷射技术开始的，传统的汽车都使用化油器。化油器是发动机混合气生成系统，具有对燃油进行雾化、气化、混合、配剂和定量控制等功能。但是化油器具有一些致命的弱点，比如混合气浓度过大、油耗多、尾气污染严重，使发动机震动大、易于熄火。汽油喷射最初在航空发动机上研制使用，二战汽油喷射转向车用。50年代，世界上大批量生产汽油喷射轿车投入市场，但这一阶段的汽油喷射为机械喷射，即利用杆系传递负荷信息，利用离心块探测转速信息，通过
14、空间凸轮控制循环喷油量。1957年美国公司推出了电子控制汽油喷射系统，这就是所谓电子喷射，简称电喷。 电喷技术为发动机，乃至整个运输事业的发展开创了一个新纪元。随着电子技术的发展，从20世纪60年代后半期开始。电控汽油喷射经历了从晶体管、 集成电路到微处理机控制，从模拟电子喷射到数字电子喷射的发展过程。在研究电喷的同时，开发商也开展了对汽车其余部分的电子控制研究。1960年开始使用集成电路调节器代替电磁震动调节器，1969年开始研制汽车变速器的电控装置，1970年开始使用电控防滑装置（即防抱死系统） ，1977年数字计算机开始用于点火系统，同年又研制出同时控制点火时刻、排气再循环和二次空气的电
15、控。以上系统都是对发动机的各部件分别控制，各自独立，但是发动机的各个 参数是互相关联的，所以这些系统的功效都有很大的局限性。在1979年开发出了综合控制点火时刻、空燃比、排气循环和怠速速度，并具有自我诊断功能的发动机集中控制系统。今天，汽车电子设备应用有的已是汽车总成本的三分之一，美国福特、日本丰田、德国大众等公司生产的汽车上装有几个甚至二十几个单片机和上百个各类传感器，其主要汽车电子设备有:发动机电控系统、自动变速系统防抱死 、牵引控制、防碰撞系统、电子动力转向控制系统、安全气囊、泵油控制、自动悬挂控制自动门锁、玻璃窗升降控制、声控警报系统、汽车防盗系统。1.2 电子控制系统的发展趋势汽油机
16、电控系统的研究和发展主要体现在以下几个方面1. 控制器随着电子技术的飞速发展，发动机的控制器在小型化的同时功能越来越强。目前，电控单元硬件不断丰富，集成化程度越来越高，数据采集、计算和通讯速度不断提高，对燃烧压力瞬态变化等也能进行实时处理。发动机控制向综合控制方向发展，不仅能实现对发动机本身的控制，同时还兼有车辆自动变速、主动悬架及、车速等方面的控制。当前，16位机取代8位机成为车用微机的主流，而且向32位机迈进，这将有力支持控制系统发展更多、更高级的功能。2. 传感器 传感器向小型化、集成化及智能化发展，能够对温度、电压进行自动补偿，并自动恢复由于长期使用造成的性能衰退，具备自诊断及自修复功
17、能，并直接输出数字信号，简化控制单元。传感器本身有较强的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。目前新型传感器的开发主要集中在燃烧数据传感器研制和发动机输出参数检测两个领域。3. 新机构的研制 在未来一段时间内,可望实现的新型控制项目有：1) 可变尺寸进气系统 2) 气门正时和气门升程控制 3) 爆震控制实现高压缩比和变压缩比控制 4) 排气 冷却系统和噪音方面的控制 5) 涡流和燃油雾化的控制4. 控制软件的发展突出表现在新型控制理论在发动机控制中的实际应用，汽油机控制理论从开环走向闭环控制，从最优控制走向自适应、自学习，最终走向神经网络智能控制。.在未来一段时间内，控制软件发展主要表现在：1) 为
18、新的变量开发控制算法 2) 为开发控制算法进行仿真研究 3) 为车外诊断系统和将来在车内使用的控制系统进行仿真应用研究。5. 新一代电控发动机的研制 目前美日等国家正在积极开展新一代电控汽油机的研究，主要包括以下几个方面：1) 汽油机稀薄燃烧技术的研究 2) 缸内直喷技术的研究 总之，电子控制在汽车工业发展中起了核心作用，今后的发动机电控将随着社会的各种要求和各种新材料、新技术的发展向高速度、紧凑化方向发展。 1.3 本文内容本文主要以目前所广泛应用的发动机管理系统作为研究对象，对发动机电控的整体结构和功能进行了分析，特别的对于不同工况下的怠速控制的进行详述。主要包括以下几个方面：1) 对电控
19、燃油喷射系统的分析 得出电控系统的整体结构和各部分功能 软 硬件上的实现。 2) 详细论述了不同怠速工况下控制策略的实现 分析了怠速执行机构的工作原理。3) 此基础上 对怠速系统的智能化控制进行了探讨。 第二章电控系统结构及其功能2. 1 电控系统的整体结构随着汽车电子技术的发展、社会的需求，集中控制已经成为必然趋势，只有集成了喷油、点火、怠速、废气再循环EGR(Exhaust Gas Recirculation)、碳罐阀控制等功能于一体的发动机集中管理系统EMS(Engine Management System)才能较好的解决各种控制功能相互关联、相互影响的问题。图 2-1 为某发动机控制电
20、控系统的结构图。图 典型的发动机管理系统的结构从图中可以看出，发动机电控系统由传感器、电子控制单元和执行器三部分组成。工作时，系统首先根据传感器传送过来的信号得到发动机当前的各个参 数，电子控制单元通过对当前的各个参数综合分析确定发动机的运行模式。然后，输出信号到执行器，比如：在起动工况时，ECU(Electronic Control Unit)根据收到的点火开关位置、转速、车速、TP信号等，知道处于起动工况，当采集到转速大于设定值 n s 时判定起动成功，立即将旁通阀开度调到 H s 然后再逐渐调节到正常怠速位置。在这种工况下就要求系统能够及时的采集，综合分析，实时的输出信号到执行机构，类似
21、的工况在发动机运行时很多。2. 1. 1 传感器传感器是感知信息的部件，功用是采集控制系统的信号并转化成电信号输送ECU，以提供汽车运行状况和发动机工况等相关信息。所以传感器信息的准确性、再现性和即时性就直接决定了控制的好坏。传感器是一种信号检测与转换装置。 传感器安装在发动机的各个部位，如空气流量计安装在发动机空气滤清器后，氧传感器安装在排气管上等。发动机电子控制系统常用的传感器有以下几种：(1)空气流量计 安装在空气滤清器后方，用来检测进入发动机的进气量。(2)节气门位置传感器 安装在节气门体上，用来检测节气门的开度。(3)发动机转速曲轴位置传感器 安装在缸体上，用来检测发动机转速和曲轴的
22、位置。(4)冷却液温度传感器 安装在水套上，用来检测发动机工作时冷却液的温度。(5）爆震传感器 安装在侧面缸体上， 用以控制爆震情况发生，控制点火时刻。 (6）氧传感器 安装在排气管上，采用的是氧化锆式加热型氧传感器，用来检测排气中氧的含量，给电脑一个反馈信号。使ECU控制空燃比收敛于理论值。2. 1. 2 电子控制单元电子控制单元（ECU）是整个发动机控制系统的计算中心与控制中心。ECU接受来自传感器的信息，进行存储、计算和分析处理后发出相应的控制指令给执行器。其功能是根据各种传感器和控制开关输入的信号参数，对喷油量、喷油时刻和点火时刻等进行实时控制。 它利用内部存储的软件(各类函数、算法程
23、序、数据表格)与硬件(各种整形、放大、A/D、CPU、 D/A)电路，处理从各种传感器输入的诸多信号，并以这些信号为基础，结合内部软件的其他信息，制定出各种控制命令送到各种执行器，从而实现发动机的控制。从外观上看电子控制单元是一个金属的方盒子，金属外壳具有静电屏蔽的作用。而在其内部，是用一块印刷电路板来容纳包括微处理器在内的所需数字逻辑电路和模拟信号处理电路，以及包括喷油、点火及燃油泵控制的功率驱动末级。喷油和点火的末级的功率驱动元件装在冷却部分，以改善散热。一个电缆线束及插头将电子控制器与蓄电池、 传感器及执行机构连接。电喷控制器具有防短路和极性变换的功能。在发动机电子控制系统中，如果把电控
24、单元比作“司令部” ，那么这个“司令部”的“最高指挥官”则是CPU。它接受外部信号变化，根据预先编制好的软件，及时做出决策，发出指令，控制外部执行机构的运行和动作。所以，CPU性能的好坏，从某种程度上决定了整个电控系统性能的优劣。在早期的电控系统，采用的处理器速度较慢，无内部A/D转换器，不能迅速的处理复杂的数学运算，内部RAM少，这些都限制了电控系统的整体功能。随着人们对汽车性能（如：经济性、排放性、安全性等）的要求不断提高，就需要电控系统采集更多的传感器信号，进行更为复杂的数学运算，安全可靠的诊断故障，及时迅速的排除故障。然而原有的微处理器已不能满足要求。因此随着微处理器技术的发展，发动机
25、电控系统也相继采用性能更高、运算速度更快的微处理器作为CPU 。直接从传感器得到的信号包括数字量、模拟量和开关量，这些信号绝大多数CPU并不能直接使用，而是需要通过输入处理电路进行处理，才能被CPU 所采集。其中模拟信号必须通过A/D转换为数字信号后才能为微处理器处理。由于控制系统往往要求模数信号转换具有较高的分辨率和精度，所以通常采用10位以上的A/D转换器。为了跟上输入信号的变化，提高测控系统的实时性，采样间隔一般要求小于4ms。而对于数字信号， 虽然微处理器能够处理数字信号，但并不是所有的数字信号都可以按其原来幅值大小输入，而是需要通过电控单元中 的转换电路将其转换为 TTL 电平。此外
26、随着传感器技术的发展，目前也出现了一些本身集成整形电路的传感器，可直接送出适合电控单元输入的数字信号。另外，对于诸如超过电源电压、电压在正负之间变化、带有较高的振荡或噪声、带有波动电压等输入信号，也必须通过专用输入处理电路转换为微处理器可以接 收和处理的信号。微处理器输出的信号往往是用作控制电磁阀的电流大小、指示灯的开/关信号、规定的周期脉冲信号(如用于发动机燃油喷射控制) 、用于驱动步进电机的一系列固定周期的脉冲信号和用于比例控制的电压信号等。一方面由于这些信号功率小，它的电流一般为毫安级，另一方面由于汽车上执行机构的电源大多数是蓄电池，电压为12V或42V， 而微处理器所使用的是+5V 电
27、压，所以不能直接驱动执行机构，而是需要将微处理器的控制信号通过输出处理电路处理后再驱动执行机构，完成整个系统的控制功能。输出驱动器的具体形式有很多种，最常见和简单的是晶体管放大的输出驱动器，利用晶体管导通和截止来驱动执行机构。目前在电控单元电路中一般都使用 专用的驱动芯片来完成各种执行机构的驱动，如TLE5203等。2.1.3 执行器执行器是接受电控单元的控制指令，完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳的运行状态。在目前大量使用的发动机电控系统中，主要的执行机构包括燃油喷射系统、点火系统、怠速执行器、EGR系统和炭罐阀等等，下面对其分别进行简要的分析。燃油喷射系统的功能是提供与功率及工况要求
28、相符合的喷油量和空燃比，一般可分为两大类：进气道单点喷射系统和进气道多点喷射系统。早期的发动机电控系统一般采用进气道单点喷射，这种系统一般在进气管的节流阀上方装有与化油器大小和形状相似的中央喷射装置，其中装有一个或两个喷油器，将汽油喷入进气气流中形成混合气，由进气歧管分配到各个气缸。单点燃油喷射系统在排放和燃油经济性方面较之化油器有了很大的提高，且结构简单，成本较低，因此在早期得到了广泛的应用。但由于单点喷射系统的喷射点距离气缸过远，这使得加速时的燃油滞后和湿壁效应更为明显，同时由于只有一个喷射点，各缸混合气的均匀性也较差，所以目前已处于逐步被淘汰的状况，只在一些经济型轿车上还得到部分应用。进
29、气道多点喷射系统一般在每个气缸进气门前进气歧管处装有一个电磁喷油器，将燃油直接喷射到气缸进气阀门处，利用气缸的热量使燃油充分雾化，与进气形成混合气， 因此也称为各缸喷射系统。多点喷射系统根据不同的工况可分别实现同时喷射、顺序喷射和分组喷射，其各缸燃油分配均匀，可直接控制空燃比，甚至可以做到发动机停缸工作。其过渡工况的适应性及燃油经济性均最佳，所以目前已成为燃油喷射系统的主流。燃油喷射系统的最新发展方向是缸内汽油直喷技术。该系统像柴油机供油方式一样， 使用超过5MPa的高压将燃油直接喷入气缸，并且通过新开发的燃烧控制技术实现了稳定超稀薄燃烧和更高的压缩比(最高可达12.5) ，可达到或接近于柴油
30、的燃油经济性和高的功率输出。是二十一世纪最有前途的燃油喷射方式。发动机要能输出功率，必须使喷入气缸的燃油燃烧做功，因此点火系统是必不可少的。点火系统的种类很多，但总的说来可分为三大类：分电器点火系、无分电器点火系与单独点火系。所有的这些点火系仍都采用点火线圈储存点火能量，并产生点火用的高压的方式。早期开发的电子点火装置一般是有分电器点火系，这种系统将传统点火系中的断电器和点火提前机构(包括离心和真空两种提前机构)用电控单元的输出信号取代，但仍保留高压分电器。随着点火系统的发展，分电器被取消了，出现了无分电器点火系统。这种系统直接由控制器与点火驱动器产生几个点火信号，依次将几个点火线圈充放电来产
31、生各缸点火所需要的高压，直接输送到火花塞点火。无分电器点火系统的主要优点为取消了分电器， 使系统结构大大简化，减少了能量传递损失和系统故障率。并且由于去掉了分电器盖和分电器头，消除了分电头导电片与分电器盖旁电极间的放电火花，抑制了对无线电装置的干扰。能精确的控制点火提前角和点火间隔角，有效的提高了发动机动力性和经济性， 显著的降低了排放。单独点火系统也是一种无分电器点火系，但每个火花塞均配置一个小型的点火线圈，点火驱动器直接控制各线圈的一次电流。它的主要优点在于取消了高压线，避免了高压电传输过程中的能量损失，且由于点火线圈的充电时间可很短，再加上每缸一个线圈，曲轴转过两周才点火一次，可适应极高
32、的转速。因此单独点火系统常应用于高性能的四气阀汽油机。发动机怠速执行机构是指在发动机处于怠速工况时，控制发动机进气量的装置，将在第三章中详细讨论。除此之外，还有其它一些执行机构，比如EGR阀、空调开关等等， 这些机构的控制一般较为简单，在此就不一一详述了。2.2 电控系统的基本原理 在发动机运转过程中，ECU根据发动机控制系统的各传感器送来的信号，判断发动机当前所处的运行工况和运行条件，并从ROM中查取相应的控制参数数据，经中央处理器（CPU）的计算和必要的修正后，输出相应的控制信号，控制发动机运转。2. 2. 1 电控系统的控制内容及功能目前，汽车发动机上主要的电子控制系统有：电子控制燃油喷
33、射系统、电子控制点火系统、进气控制系统、怠速控制系统、排放控制系统和自诊断系统等通常将控制燃油喷射系统、电子控制点火系统以外的其他控制系统统统称为辅助控制系统。发动机电子控制系统的主要控制功能是燃油控制（控制喷油量和喷油正时）和电火控制（控制点火提前角、闭合角和爆燃控制） 。(1)燃油喷射控制。燃油喷射控制是发动机电控系统最主要的控制功能，燃油喷射控制的内容主要有喷油正时控制、喷油持续时间控制、停油控制和电动汽油泵控制等。喷油正时控制，即喷油开始时刻控制，包括根据曲轴转角位置进行控制的同步喷射控制和根据发动机运行丁况进行控制的异步喷射控制两种方式。喷油持续时间控制，即喷油量控制。包括发动机起动
34、时的喷油持续时间控制，发动机起动后的喷油持续时间控制两种控制程序。停油控制包括减速停油控制、超速停油控制及停油后的恢复供油控制。电动汽油泵控制包括发动机起动前电动汽油泵的预运转控制、发动机正常运转时和发动机停机时电动汽油泵运转控制。(二)点火控制点火控制是发动机电控系统的第二个主要控制功能。电控系统对点火的控制包括点火正时控制、闭合角控制和爆燃反馈控制三个内容。点火正时控制，即最佳点火提前角控制。包括基本点火提前角的确定、基本点火提前角的修正及点火控制。闭合角控制，即点火线圈初级通电时间控制。包括初级线圈接通时间确定和通过电流的控制。爆燃反馈控制是汽油机电控系统特有的控制功能。包括爆燃的检测和
35、反馈修正控制。(三)怠速控制当发动机处于怠速工况时，Ecu根据怠速转速的变化或附属装置接人与否(如空调压缩机) ，通过控制怠速控制装置，调整怠速_T况的空气供给，使发动机保持最佳怠速转速。(四)排气净化控制发动机电控系统的排气净化控制功能包括氧传感器的反馈控制、废气再循环控制(EGR)、二次空气喷射控制、活性炭罐清洗控制等控制内容。氧传感器的反馈控制：当Ecu 根据发动机的运行工况确定对空燃比实行闭环控制时，Ecu根据氧传感器的反馈信号，修正喷油持续时间，把空燃比精确控制在147：1附近，使三元催化净化装置具有最高的净化效率。废气再循环控制：在采用废气再循环的发动机中，Ecu根据发动机的运行工
36、况，通过真空电磁阀对废气再循环过程及再循环废气量进行控制，以降低N0x 的生成量。二次空气喷射控制：在采用二次空气喷射装置的发动机中，Ecu根据发动机运行工况及工作温度，向排气管或三元催化转化器喷入新鲜的空气，以减少某些特殊工况下C0和Hc的排放量。活性炭罐清洗控制：在装有活性炭罐清洗控制装置的发动机中，Ecu定时打开炭罐清洗控制电磁阀，清洗活性炭层，恢复活性炭的吸附功能。(五) 进气控制汽油机电控系统的进气控制功能包括进气谐振增压控制、进气涡流控制、配气定时控制及增压控制等内容。配气定时控制：在采用可变配气定时的发动机中，Ecu根据发动机的负荷和转速，通过改变配气定时，提高发动机的充气效率，
37、改善发动机的动力性和经济性。(六)故障自诊断和带故障运行控制。故障自诊断控制：当电控系统的组成元件发生故障时，Ecu使故障警示装置及时发出警告信号，同时将故障信息储存到存储器中，供维修时调用和参考。带故障运行控制：在微机控制系统的组成元件发生故障后，Ecu根据故障类型做出最适当的应急处理，在大多数情况下，使汽车仍能以稍差的性能行驶到汽修厂进行检修。2. 2. 3 控制软件控制软件的特点是，程序量大，必须考虑各种可能性。它由一个主控程序、各功能子程序和一些中断服务程序组成。图 2- 5 是主控程序流程图，对于每一个 工况的处理，都包括喷油控制、点火控制和怠速控制。加/减速判决域值主要是从节气门位
38、置信号的变化量来确定是确需加/减速，还是无意的扰动信号。控制量的计算主要是定时进行的，即每0.01秒计算一次。而控制作用是在规定的曲轴位置实现的。图 2- 6 是控制顺序流程。三个主要控制量：喷油量、点火提前角和怠速阀开度的控制都是在开环控制的基础上增加闭环控制。所谓开环控制是根据各传感器的输入值，通过查表，计算得到各控制量的基本量和增量。闭环控制是根据控制目标确定各控制量的修正量。在一定的条件下，喷油量的控制目标是利用氧传感器使空燃比达到理想值，火提前角的控制目标使利用爆震传感器使发动机工作在微弱爆震状态，怠速阀开 度的控制目标是利用速度测量（通过霍尔传感器）使怠速保持要求值。控制软件还能对
39、各传感器的信号进行监督，从而判断它们是否发生异常。一旦发生异常，可以将异常的性质记录下来，用于以后的故障诊断。另一方面，在没有该传感器的情况下，继续控制发动机，使其尽可能正常运行。2.3 查表程序及数据区结构分析2.3，1 查表程序分析第三章 发动机怠速控制3 . 1 怠速执行机构本文在联合汽车电子有限公司（UAES ）开发的 M1、M3 、M7 和ME7的基础上论述怠速调节阀。联合汽车电子有限公司是由中联汽车电子有限公司与德国BOSCH公司于1997年共同投资在上海浦东组建的合资企业，引进德国BOSCH公司具有世界先进水平的产品技术专门制造Motronic 系列(简称M 系列)的发动机管理系
40、统,该公司目前 生产的EMS有M1、M3及M7和ME7系统的系列产品，主要为上海大众、一汽大众、长安等汽车公司的轿车配套使用。3.1.1 M1 系统中采用的怠速阀在M1系统中有两种怠速调节阀，一种是旋转滑阀式怠速调节阀，一种是步进电机式怠速调节阀。1. 旋转滑阀式怠速调节阀旋转滑阀式怠速调节阀根据怠速转速与标定转速的瞬间误差经一旁通管向节气门提供或多或少的空气，如图 所示图 旋转滑阀式怠速调节器示意图 转速调节滑阀 空气通道 电枢轴电喷控制器（ECU）根据发动机的转速和温度向旋转滑阀式怠速调节阀提供一个控制信号。然后旋转滑阀式怠速调节阀中的旋转滑阀改变旁通管流通截面。旋转滑阀式怠速调节阀有个两
41、个绕阻并限定转角为90度。固定在枢轴上的旋转滑阀适当打开空气旁通道，以在不受负荷影响下得到要求的怠速转速。电喷控制器中的调节电路利用怠速转速，得到所需的由转速传感器发出的实际转速信号，与已编好程序的标定转速进行比较，并通旋转滑阀式怠速调节阀的动作改变空气通过量，直到标定转速与实际转速相同为止。2. 步进电机式怠速调节阀目前，相当一部分汽车采用步进电机控制怠速转速，使发动机在不同怠速、不同工况下，都处于最佳怠速转速运转。步进电机由ECU进行控制，如图 所示。ECU进行怠速控制时，首先ECU根据节气门全关信息（怠速开关） 、车速信号来判断发动机处于怠速状态。然后ECU根据发动机水温传感器、空调器、
42、动力转向以及自动变速器等负荷情况，按照存储器存储的参考数据，确定相应的目标转速。一般情况下，采用发动机转速反馈形式，使发动机的实际转速与目标转速进行比较，根据比较得出的差值，确定相应目标转速控制量，去驱动步进电机。使前端的阀门移动，改变阀门与阀座之间的距离，调节旁通空气道的空气流量，使发动机怠速转速达到所要求的目标转速。图 步进电机式控制系统3.1.2 M3系统怠速节气门装置在M1系统怠速稳定系统中都有一个旁通阀通向节气门，用于怠速稳定。其缺点是结构空间大，结构部件多，增加了节气门本身的空气泄漏量。一旦发动机过 了磨合期，通过节气门和旁通阀的空气量总和可能远远超过发动机怠速时所需的空气量，这时
43、怠速调节就不再有效。当采用一个电动马达和传动齿轮来调节节气门本身（取消通向节气门的旁通通道）的方法来调节怠速空气流量时，这种不利情况将不再存在。怠速节气门装置示意图如图 所示。怠速电机根据发动机负荷和温度控制节气门开启或闭合，怠速节气门的开度由怠速节气门位置传感器和“怠速”触点开关识别，从而使发动机总工作在最佳怠速转速，怠速调节更好。由于直接在节气门上控制，减少了可能发生的漏气。 对脏污不敏感，降低废气排放，降低油耗，整体式结构减少了易发生故障的单个部件如怠速稳定阀等。在发动机负荷调节时是借助油门踏板和油门拉线按司机意愿调节节气门。 其负荷节气门位置由节气门电位计识别。当在快速松开油门踏板时，
44、怠速电机将接住节气门控制其慢慢回位，直到达到所要求的怠速转速位置。减缓了节气门的关闭。如果怠速电机断电，应急弹簧将节气门拉到一个确定的位置，司机对油门踏板的控制不受其影响。图 怠速节气门装置示意图G8 8 .怠速节气门电位计 V60 .怠速电机 G69 节气门电位计 F60 .怠速开关 A 踏板3) 在 M7 系统中采用了电子节气门(ETC)常规的系统设计是依靠机械的连接来控制节气门，借助系缆或机械拉杆传递加速踏板的运动，相应转变成节气门的动作。而ME7系统的进气控制与常规的设计相反，它是采用电子节气门，利用ECU来控制节气门的动作。使得发动机的进气量不直接由加速踏板来控制，而是由电控单元采集
45、加速踏板上的电位器（两个反相互补电位器）信号和分析诸多其它信号后，来精确确定和控制节气门开度。电子节气门是由节气门与节气门执行器（直流电机） 、节气门角度传感器构成一个整体节气门总成。而节气门上也有两个反相互补的电位器负责监控加速踏板的运动情况，如图 所示。图 电子节气门控制电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU（电控单元） 、数据总线、 伺服电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在油门踏板内部，随时监测油门踏板的位置。当监测到油门踏板高度位置有变化，会瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理，计算出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机继电
46、器，伺服电动机驱动节气门执行机构，数据总线则是负责系统ECU与其它ECU之间的通讯。由于电子油门系统是通过ECU来调整节气门的，因此电子油门系统可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性，其中最常见的就是ASR（牵引力控制系统）和速度控制系统（巡航控制） 。当ASR系统传感到车轮的旋转速度，就根据油门踏板的位置、车轮速度和方向盘转向角度等之间的不同而求出滑动率，通过减少节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率来达到控制目的。而在ASR系统中，电子油门起到十分关键的作用，它涉及整个ASR系统中对车速控制、怠速控制等功能，使系统能迅速准确地执行指令。即当电子油门系统接受到ASR系统指令时，它对
47、节气门控制指令只来自于ASR，这样就可以避免驾车者的误操作。当驾车者使用速度控制系统时，车速传感器将车速信号输入ECU，再由ECU输出指令伺服电动机控制节气门开度。在这样的系统中，根据行驶阻力的变化由控制系统自动调节发动机节气门开度，使行驶车速保持稳定。因此电子油门系统也可以兼容巡航控制功能。在目前的电子燃油喷射发动机上，电子油门除了发挥上述功能外，它还可以进一步改善发动机的节油和排放性能，因为它控制着发动机动力调节的大门。因此，电子油门可以发挥的作用是很多的。 3.2 怠速执行器控制电路对采用电磁阀形的怠速控制器。它是由ECU输出占空比不同的脉冲信号，使电磁阀转动而改变阀的开度，实现对怠速的
48、控制。阀从全闭到全开，控制信号的占空比要从0到100%变化。控制电路如图 所示。图 转动电磁阀型怠速控制电路当采用步进电机式怠速空气执行器时。它是由永久磁铁组成的转子、激磁线圈构成的定子和把旋转运动变成直线运动的进给丝杆及阀门等部分组成的。它在ECU输出的信号控制下使转子正转和反转，从而使阀芯上下运动以达到控制节气门旁通道截面大小的目的。ECU将输出A、B、C、D四个控制端它们将分别接于步进电机的两个线圈从而控制步进机正转或反转。图 所示为步进电机怠速控制电路。图 步进电机怠速控制电路3 . 3 不同工况下的怠速控制策略怠速控制的方式包括开环和闭环两种。一般来说，在起动、暖机、急减速等时多采用
49、开环方式，而在稳定怠速工况下多采用闭环控制。3 3 1 不同工况下的开环控制1） 起动和暖机工况为了保证起动的顺利，在上次停车时，ECU就使得怠速的旁通阀处于全开位置。在起动成功以后，当ECU收到转速信号，就会立即减少旁通阀的开度。这一过程为：1. ECU根据点火开关位置、转速信号、车速信号、TP 信号得知发动机处于起动工况。2. ECU根据ECT设定一个转速预订值n s 和一个旁通阀的位置预设值H s 。2） 起步工况为了改善车辆起步时从怠速向运行工况的平稳过渡，有的系统设置了起步工况的控制。其过程为：ECU由TP信号和车速信号（TP信号由接通变为断开，车速小于 8km/h） 等得知处于起步工况，开始起步工况的控制。首先将旁通阀增 大 H ST ，然后发动机每转两转旁通阀的校正量减少一个值直至最后为零。采用起步工况校正后，空气量有所增加。这样，在离合器接合时不致于因负荷骤增而失去速，有利于起步的圆滑和平稳。3） 减速工况当发动机在高速运转时，若忽然关闭节气门会造成混合气瞬间过浓。此时除了在空燃比控制中采用减速稀化外，多数系统还同时对怠速旁通空气量进行控制，用加大瞬间空气量的办法来减少进气管真空度。控制过程
