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摘 要:随着微电子技术的迅速发展,车载电控单元ECU的控制功能得到了重大的发展,以ECU为核心的电子控制系统在汽车上大量应用。本文主要介绍ECU及其在汽车发动机电子控制系统中燃油喷射控制、点火控制和爆震控制的作用。
关键词:电子控制系统;电控单元——ECU;燃油喷射控制系统
随着现代汽车科技的发展,汽车电子控制技术取得了显著的进步。汽车电子控制系统中大量的运用电控单元ECU,特别实汽车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。其功能一般包括燃油喷射控制、点火控制、爆震控制、怠速控制、尾气排放控制、废气再循环控制、增压控制、失效保护及发动机自诊断和故障安全系统等。本文主要介绍ECU的工作原理及其在发动机中燃油喷射控制、点火控制和爆震控制的重要作用。
1.电控单元ECU工作原理
电控单元ECU[1]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。汽车电控单元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,由执行器处理和相应这些信号。
2.电控单元ECU在汽车发动机电子控制系统中的作用
2.1电控单元ECU在燃油喷射控制系统的作用
燃油电子喷射系统能最大限度的降低燃油消耗量和净化尾气。燃油喷射控制系统的核心是电控单元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电控单元ECU在点火控制系统中的作用
点火控制系统主要由传感器、电控单元ECU和点火控制器等组成。点火控制系统可以根据传感器输入的数据精确计算出发动机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。点火控制系统的功能是在适当的时刻点燃被压缩的空燃混合气,开始燃烧.在点燃式发动机中这项功能是由火花塞两极间产生一个短暂的放电而形成的电火花来实现的。它主要包括以下儿部分:火花塞(安装于气缸内)、霍尔传感器(安装在分电器内,用以测量发动机曲轴的转角,为ECU控制点火时刻提供信号)、点火线圈(点火线圈的初级线圈的接通和断开受到ECU的控制,断开时刻即对应点火时刻)、高压分电器 (点火线圈的高压电脉冲通过分电器分配到四个气缸的火花塞)和爆震传感器[2]。
2.2.1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。凸轮轴位置传感器能够确定点火基准和基准位置的传感器。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。
2.2.2电子控制器。
点火控制系统的控制核心也是电控单元ECU。ECU的ROM中存储有监控和自检程序外,还存储有改型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。
2.2.3点火控制器。
用来接收电控单元ECU输出的点火控制信号后,对信号进行功率放大,进一步驱动点火线圈工作。
2.3ECU在发动机爆震控制系统中的应用
发动机爆震控制系统(Engine Detonation ControlSystem)简称EDCS。汽油发动机获得最大功率和最佳燃油经济性的有效方法之一就是增大点火提前角,但是点火提前角过大又会引起发动机爆震。尤其在发动机大负荷状态下工作时,这种可能性更大。剧烈的爆震会使发动机的动力性和经济性严重恶化,而当发动机工作在爆震的临界点或有轻微的爆震时,发动机热效率最高,动力性和经济性最好。消除爆震最有效的方法就是推迟点火提前角。发动机爆震控制系统能够有效的控制点火提前角,从而使发动机工作在爆震的临界状态。爆震传感器安装在气缸体上。利用压电晶体的压电效应,把爆震源传到气缸体上的机械振动转换成电信号输入ECU;ECU对该信号进行滤波处理并判定有无爆震及爆震强度的强弱,从而发出指令信号,相应地推迟点火时间。爆震强,推迟点火角度大;爆震弱,推迟的角度小。每次点火角调整都固定的角度递减,直到爆震消失为止;尔后又一固定的角度提前至恢复正常值。当发动机再次出现爆震时,ECU又使点火提前角再次推迟。调整过程如此反复进行,及时有效地控制爆震。
3.ECU功能发展趋势
许多汽车生产厂家通过数据总线(目前流行的CAN总线[3]),将各个ECU联结在一起形成汽车综合电子控制系统局域网络,这种系统的ECU均独立完成自己特定的功能,然后系统再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功能发展的趋势是ECU芯片的高度集成化、专业化和模块化。这些高度集成的设计都能极大的加强汽车中ECU的控制功能。
参考文献:
[l]周泉,汽车电控技术——ECU的基本知识(Ⅰ)[J].汽车电器,2002(1).
[2]张建民.传感器在汽车发动机上的典型应用[J].机电一体化,1997,2.
[3]车勇,张晓刚.CAN总线技术在汽车电子控制系统中的应用[J].武警工程学院学报,2009,11(6).
关键词:电子控制系统;电控单元——ECU;燃油喷射控制系统
随着现代汽车科技的发展,汽车电子控制技术取得了显著的进步。汽车电子控制系统中大量的运用电控单元ECU,特别实汽车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。其功能一般包括燃油喷射控制、点火控制、爆震控制、怠速控制、尾气排放控制、废气再循环控制、增压控制、失效保护及发动机自诊断和故障安全系统等。本文主要介绍ECU的工作原理及其在发动机中燃油喷射控制、点火控制和爆震控制的重要作用。
1.电控单元ECU工作原理
电控单元ECU[1]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。汽车电控单元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,由执行器处理和相应这些信号。
2.电控单元ECU在汽车发动机电子控制系统中的作用
2.1电控单元ECU在燃油喷射控制系统的作用
燃油电子喷射系统能最大限度的降低燃油消耗量和净化尾气。燃油喷射控制系统的核心是电控单元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电控单元ECU在点火控制系统中的作用
点火控制系统主要由传感器、电控单元ECU和点火控制器等组成。点火控制系统可以根据传感器输入的数据精确计算出发动机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。点火控制系统的功能是在适当的时刻点燃被压缩的空燃混合气,开始燃烧.在点燃式发动机中这项功能是由火花塞两极间产生一个短暂的放电而形成的电火花来实现的。它主要包括以下儿部分:火花塞(安装于气缸内)、霍尔传感器(安装在分电器内,用以测量发动机曲轴的转角,为ECU控制点火时刻提供信号)、点火线圈(点火线圈的初级线圈的接通和断开受到ECU的控制,断开时刻即对应点火时刻)、高压分电器 (点火线圈的高压电脉冲通过分电器分配到四个气缸的火花塞)和爆震传感器[2]。
2.2.1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。凸轮轴位置传感器能够确定点火基准和基准位置的传感器。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。
2.2.2电子控制器。
点火控制系统的控制核心也是电控单元ECU。ECU的ROM中存储有监控和自检程序外,还存储有改型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。
2.2.3点火控制器。
用来接收电控单元ECU输出的点火控制信号后,对信号进行功率放大,进一步驱动点火线圈工作。
2.3ECU在发动机爆震控制系统中的应用
发动机爆震控制系统(Engine Detonation ControlSystem)简称EDCS。汽油发动机获得最大功率和最佳燃油经济性的有效方法之一就是增大点火提前角,但是点火提前角过大又会引起发动机爆震。尤其在发动机大负荷状态下工作时,这种可能性更大。剧烈的爆震会使发动机的动力性和经济性严重恶化,而当发动机工作在爆震的临界点或有轻微的爆震时,发动机热效率最高,动力性和经济性最好。消除爆震最有效的方法就是推迟点火提前角。发动机爆震控制系统能够有效的控制点火提前角,从而使发动机工作在爆震的临界状态。爆震传感器安装在气缸体上。利用压电晶体的压电效应,把爆震源传到气缸体上的机械振动转换成电信号输入ECU;ECU对该信号进行滤波处理并判定有无爆震及爆震强度的强弱,从而发出指令信号,相应地推迟点火时间。爆震强,推迟点火角度大;爆震弱,推迟的角度小。每次点火角调整都固定的角度递减,直到爆震消失为止;尔后又一固定的角度提前至恢复正常值。当发动机再次出现爆震时,ECU又使点火提前角再次推迟。调整过程如此反复进行,及时有效地控制爆震。
3.ECU功能发展趋势
许多汽车生产厂家通过数据总线(目前流行的CAN总线[3]),将各个ECU联结在一起形成汽车综合电子控制系统局域网络,这种系统的ECU均独立完成自己特定的功能,然后系统再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功能发展的趋势是ECU芯片的高度集成化、专业化和模块化。这些高度集成的设计都能极大的加强汽车中ECU的控制功能。
参考文献:
[l]周泉,汽车电控技术——ECU的基本知识(Ⅰ)[J].汽车电器,2002(1).
[2]张建民.传感器在汽车发动机上的典型应用[J].机电一体化,1997,2.
[3]车勇,张晓刚.CAN总线技术在汽车电子控制系统中的应用[J].武警工程学院学报,2009,11(6).