淺論電子控制器及其在汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中的作用*

周漢武

(武漢交通職業(yè)學院,湖北 ,武漢,430065)

淺論電子控制器及其在汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中的作用*

周漢武

(武漢交通職業(yè)學院,湖北 ,武漢,430065)

隨著汽車電子化程度的進一步提高和微電子技術的迅速發(fā)展,電子控制器(ECU)的控制功能得到了重大的發(fā)展,現(xiàn)在越來越多的控制系統(tǒng)都被以ECU為核心的電子控制系統(tǒng)所取代。本文主要介紹ECU及其在燃油噴射、點火和廢棄再循環(huán)等三個重要的汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中的作用。

電子控制系統(tǒng),ECU,燃油噴射控制系統(tǒng)

根據汽車總體結構來看,汽車電子控制系統(tǒng)可分為發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、底盤電子控制系統(tǒng)和車身電子控制系統(tǒng)。本文介紹的發(fā)動機電子控制系統(tǒng)主要通過對發(fā)動機點火、排放廢氣等進行電子優(yōu)化控制,提高發(fā)動機的性能和運行狀態(tài)。本文主要介紹ECU及其在燃油噴射、點火和廢棄再循環(huán)等三個重要汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中的作用。

1 電子控制器(ECU)的組成與原理

圍繞單片機設計組織的(ECU)是整個電子控制系統(tǒng)的核心。ECU的功能主要是接受各種傳感器輸出的發(fā)動機工況信號,根據 ECU內部預先編制的控制程序和存儲的試驗數(shù)據,通過數(shù)學計算和邏輯判斷確定適應發(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)據轉變成電信號控制各種執(zhí)行元件動作,從而使發(fā)動機保持最佳運行狀態(tài)。隨著汽車電子化程度的進一步提高和微電子技術的迅速發(fā)展,ECU的控制功能逐漸由單一控制向集中控制方向發(fā)展。汽車電子控制器(ECU)主要由輸入回路、單片微型計算機和輸出回路三部分組成。輸入回路接受傳感器和其他裝置輸入的信號,包括轉速、流量、油壓、溫度和駕駛員指令等信號,如果是數(shù)字信號,就根據微處理器的安排經緩沖器和I/O接口電路直接進入微處理器。如果是模擬信號,則首先經過模/數(shù)(A/D)轉換器轉換成數(shù)字信號,以便數(shù)字式單片機處理,然后才能經過 I/O接口電路輸入微處理器;微處理器則將上述已經預處理過的信號進行運算處理,并將處理數(shù)據送至輸出回路;輸出回路將數(shù)字信號的驅動功率放大,輸出的信號包括空燃比控制、剎車控制、尾氣排放控制、點火控制和怠速控制等信號,將這些信號交由執(zhí)行器處理。具體結構如下圖所示：

圖1 ECU的組織結構

2 ECU在汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中的作用

2.1 ECU在燃油噴射控制系統(tǒng)的作用

電子控制燃油噴射系統(tǒng)能最大限度的降低燃油消耗量和凈化尾氣。現(xiàn)代汽車普遍采用順序噴射,它的燃油霧化質量好,并且各缸噴油時刻均可設計在最佳時刻,有利于提高燃油經濟性和降低廢氣的排放量。

燃油噴射控制系統(tǒng)的核心是ECU。當電子控制燃油噴射系統(tǒng)運行時,ECU根據各傳感器測得的信號計算基本噴油量,再根據冷卻液溫度傳感器等信號對基本噴油量進行修正并確定實際噴油量;此外,ECU還根據進氣門位置傳感器信號,在發(fā)動機的不同工況下,按照不同的控制模式控制噴油量。這樣能夠使發(fā)動機的綜合性能得到提高,從而一直運行在最優(yōu)工作條件下。

2.2 ECU在點火控制系統(tǒng)中的作用

電控點火系統(tǒng)主要由傳感器、ECU和點火控制器等組成。點火電控系統(tǒng)可以根據傳感器輸入的數(shù)據精確計算出發(fā)動機各缸在每個工作循環(huán)的最佳點火時間,能夠保障汽車發(fā)動機在各種工況下正常運轉。

(1)傳感器。傳感器包括凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、空氣流量傳感器等。ECU通過分析和檢測從凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器輸出的脈沖信號,計算曲軸轉過的速度和發(fā)動機的轉速,以發(fā)動機曲軸轉角信號來確定具體的點火時刻,以轉速信號來確定基本點火提前角?？諝饬髁啃盘栞斎隕CU后,除了用于計算基本噴油時間之外,還用作負荷信號來計算和讀取基本點火提前角。除此之外,ECU可以通過獲取進氣溫度傳感器、冷卻水溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器和爆震傳感器及其各種開關發(fā)出的信號對基本點提前角進行修正。

(2)ECU。點火控制系統(tǒng)的控制核心也是ECU。ECU的ROM中除存儲有監(jiān)控和自檢程序外,還存儲有該發(fā)動機在各種工況下的最佳點火提前角。RAM存儲著臨時數(shù)據,這些數(shù)據可被隨時調出或被改寫。微處理器對各個傳感器發(fā)送過來的信號進行計算和判斷后,把最佳點火提前角和點火線圈初級電路導通時間的信號傳達給電子點火組件,讓點火控制器執(zhí)行點火。

(3)點火控制器。點火控制器主要是要接收ECU輸出的點火控制信號后,對信號進行功率放大進而驅動點火線圈工作。

2.3 ECU在廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)中的作用

廢氣再循環(huán)系統(tǒng)(EGR)的原理是ECU根據發(fā)動機的轉速、負荷、溫度、進氣流量和排氣溫度等條件控制EGR電磁閥適時地打開,把發(fā)動機所排放的一部分廢氣經EGR電磁閥引入到進氣系統(tǒng)和可燃混合氣一起進入汽缸燃燒,這部分廢氣能夠降低燃燒室的溫度,從而抑制隨燃燒室的溫度升高而增大的有害排放物NOX的生成。EGR系統(tǒng)能夠根據發(fā)動機工況的特點精確控制 EGR電磁閥,適時的調節(jié)排氣再循環(huán)的流量,既能夠達到排氣凈化的目的,又不影響發(fā)動機的功率。

除了上面介紹的三種發(fā)動機電子控制系統(tǒng)外,其他的控制系統(tǒng)例如爆震控制、怠速控制及發(fā)動機自診斷和故障安全系統(tǒng)等系統(tǒng)也都是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)設計過程中需重視的系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中,我們可以找到一個共同點,那就是這些系統(tǒng)都是以ECU為核心的。只有把握了ECU這一核心的發(fā)展趨勢,未來汽車制造業(yè)的高速發(fā)展趨勢也將是無疑是以ECU為核心開展的。

3 ECU功能發(fā)展趨勢

最近,汽車生產廠家都已經開始融和系統(tǒng)工程和機電一體化的設計技術,通過數(shù)據總線將各個ECU聯(lián)接在一起形成汽車綜合電子控制系統(tǒng),這種系統(tǒng)的各個ECU均獨立完成自己特定的功能,系統(tǒng)主要是通過數(shù)據總線進行相互通訊來共享信息和資源。這種設計能減少傳感器使用的數(shù)量,降低了成本,同時也能夠使汽車各個控制系統(tǒng)的功能達到最優(yōu)協(xié)調與匹配。

ECU功能發(fā)展的第二個趨勢將是ECU芯片的高度集成化和專業(yè)化。隨著ULSIs技術的規(guī)范化發(fā)展,汽車廠家能夠利用單個ULSIS芯片集成多個汽車電子控制系統(tǒng)形成對多個汽車子系統(tǒng)件的集中控制,同時在ULSIS芯片上含有多個處理單元,每個處理單元上都有獨立的ROM和RAM以及各自的控制功能模塊。這些模塊都能極大的加強ECU的控制功能。

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Analysis on Electronic Controller and Application in Auto Engineer’s Electronic Control System

ZHOU Han-wu
(Wuhan Technic College of Transportation,Wuhan,430065,Hubei)

With the farther improvement of the auto electronic extend and the rapid development of the microelectronic technology,the control functions of the ECU has been developed greatly.Nowadays,more and more control systems have been replaced by the electronic system with the core of ECU.The article mainly introduces the ECU and its effects during the following three important auto engineer electronic control systems of the fuel jet,inflaming and waste-recycle.

Electronic control system;ECU;Fuel-jet control system

U463.23+4

A

1672-1047(2010)01-0026-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2010.01.08

2010-01-22

周漢武,男,武漢交通職業(yè)學院電子與計算機系講師。

[責任編輯：曾 鑫]