浅论电子控制器及其在汽车发动机电子控制系统中的作用*

周汉武

(武汉交通职业学院,湖北 ,武汉,430065)

浅论电子控制器及其在汽车发动机电子控制系统中的作用*

周汉武

(武汉交通职业学院,湖北 ,武汉,430065)

随着汽车电子化程度的进一步提高和微电子技术的迅速发展,电子控制器(ECU)的控制功能得到了重大的发展,现在越来越多的控制系统都被以ECU为核心的电子控制系统所取代。本文主要介绍ECU及其在燃油喷射、点火和废弃再循环等三个重要的汽车发动机电子控制系统中的作用。

电子控制系统,ECU,燃油喷射控制系统

根据汽车总体结构来看,汽车电子控制系统可分为发动机电子控制系统、底盘电子控制系统和车身电子控制系统。本文介绍的发动机电子控制系统主要通过对发动机点火、排放废气等进行电子优化控制,提高发动机的性能和运行状态。本文主要介绍ECU及其在燃油喷射、点火和废弃再循环等三个重要汽车发动机电子控制系统中的作用。

1 电子控制器(ECU)的组成与原理

围绕单片机设计组织的(ECU)是整个电子控制系统的核心。ECU的功能主要是接受各种传感器输出的发动机工况信号,根据 ECU内部预先编制的控制程序和存储的试验数据,通过数学计算和逻辑判断确定适应发动机工况的点火提前角、喷油时间等参数,并将这些数据转变成电信号控制各种执行元件动作,从而使发动机保持最佳运行状态。随着汽车电子化程度的进一步提高和微电子技术的迅速发展,ECU的控制功能逐渐由单一控制向集中控制方向发展。汽车电子控制器(ECU)主要由输入回路、单片微型计算机和输出回路三部分组成。输入回路接受传感器和其他装置输入的信号,包括转速、流量、油压、温度和驾驶员指令等信号,如果是数字信号,就根据微处理器的安排经缓冲器和I/O接口电路直接进入微处理器。如果是模拟信号,则首先经过模/数(A/D)转换器转换成数字信号,以便数字式单片机处理,然后才能经过 I/O接口电路输入微处理器;微处理器则将上述已经预处理过的信号进行运算处理,并将处理数据送至输出回路;输出回路将数字信号的驱动功率放大,输出的信号包括空燃比控制、刹车控制、尾气排放控制、点火控制和怠速控制等信号,将这些信号交由执行器处理。具体结构如下图所示：

图1 ECU的组织结构

2 ECU在汽车发动机电子控制系统中的作用

2.1 ECU在燃油喷射控制系统的作用

电子控制燃油喷射系统能最大限度的降低燃油消耗量和净化尾气。现代汽车普遍采用顺序喷射,它的燃油雾化质量好,并且各缸喷油时刻均可设计在最佳时刻,有利于提高燃油经济性和降低废气的排放量。

燃油喷射控制系统的核心是ECU。当电子控制燃油喷射系统运行时,ECU根据各传感器测得的信号计算基本喷油量,再根据冷却液温度传感器等信号对基本喷油量进行修正并确定实际喷油量;此外,ECU还根据进气门位置传感器信号,在发动机的不同工况下,按照不同的控制模式控制喷油量。这样能够使发动机的综合性能得到提高,从而一直运行在最优工作条件下。

2.2 ECU在点火控制系统中的作用

电控点火系统主要由传感器、ECU和点火控制器等组成。点火电控系统可以根据传感器输入的数据精确计算出发动机各缸在每个工作循环的最佳点火时间,能够保障汽车发动机在各种工况下正常运转。

(1)传感器。传感器包括凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、空气流量传感器等。ECU通过分析和检测从凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器输出的脉冲信号,计算曲轴转过的速度和发动机的转速,以发动机曲轴转角信号来确定具体的点火时刻,以转速信号来确定基本点火提前角。空气流量信号输入ECU后,除了用于计算基本喷油时间之外,还用作负荷信号来计算和读取基本点火提前角。除此之外,ECU可以通过获取进气温度传感器、冷却水温度传感器、节气门位置传感器和爆震传感器及其各种开关发出的信号对基本点提前角进行修正。

(2)ECU。点火控制系统的控制核心也是ECU。ECU的ROM中除存储有监控和自检程序外,还存储有该发动机在各种工况下的最佳点火提前角。RAM存储着临时数据,这些数据可被随时调出或被改写。微处理器对各个传感器发送过来的信号进行计算和判断后,把最佳点火提前角和点火线圈初级电路导通时间的信号传达给电子点火组件,让点火控制器执行点火。

(3)点火控制器。点火控制器主要是要接收ECU输出的点火控制信号后,对信号进行功率放大进而驱动点火线圈工作。

2.3 ECU在废气再循环控制系统中的作用

废气再循环系统(EGR)的原理是ECU根据发动机的转速、负荷、温度、进气流量和排气温度等条件控制EGR电磁阀适时地打开,把发动机所排放的一部分废气经EGR电磁阀引入到进气系统和可燃混合气一起进入汽缸燃烧,这部分废气能够降低燃烧室的温度,从而抑制随燃烧室的温度升高而增大的有害排放物NOX的生成。EGR系统能够根据发动机工况的特点精确控制 EGR电磁阀,适时的调节排气再循环的流量,既能够达到排气净化的目的,又不影响发动机的功率。

除了上面介绍的三种发动机电子控制系统外,其他的控制系统例如爆震控制、怠速控制及发动机自诊断和故障安全系统等系统也都是发动机电子控制系统设计过程中需重视的系统。在这些系统中,我们可以找到一个共同点,那就是这些系统都是以ECU为核心的。只有把握了ECU这一核心的发展趋势,未来汽车制造业的高速发展趋势也将是无疑是以ECU为核心开展的。

3 ECU功能发展趋势

最近,汽车生产厂家都已经开始融和系统工程和机电一体化的设计技术,通过数据总线将各个ECU联接在一起形成汽车综合电子控制系统,这种系统的各个ECU均独立完成自己特定的功能,系统主要是通过数据总线进行相互通讯来共享信息和资源。这种设计能减少传感器使用的数量,降低了成本,同时也能够使汽车各个控制系统的功能达到最优协调与匹配。

ECU功能发展的第二个趋势将是ECU芯片的高度集成化和专业化。随着ULSIs技术的规范化发展,汽车厂家能够利用单个ULSIS芯片集成多个汽车电子控制系统形成对多个汽车子系统件的集中控制,同时在ULSIS芯片上含有多个处理单元,每个处理单元上都有独立的ROM和RAM以及各自的控制功能模块。这些模块都能极大的加强ECU的控制功能。

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[5]张保国.电子控制技术在汽车中的应用与发展[J].山西机械,2002(6)：52～54.

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

周汉武,男,武汉交通职业学院电子与计算机系讲师。

[责任编辑：曾 鑫]