一、发动机电控系统概述。 汽车电控技术的发展主要是指发动机电控技术的发展。随着发动机电控技术的发展,发动机上越来越多的系统被发动机电控单元控制,发动机电控系统的电路也变得越来越复杂,有时需要几张图才能把整个控制系统电路表达出来,给读懂电路图增加了困难。 发动机电控系统的电路虽然庞大复杂,但是却有规律可循。发动机电控系统电路依照各控制系统的功能不同可把电路图分为点火系统、启动充电系统、怠速控制系统、进气控制系统和废气排放控制系统等几个子系统电路。各子系统里的电路又可根据元器件的功能不同分为电源电路、信号输入电路和执行器工作电路等三部分。各个子系统又都受发动机电控单元的控制。在绘制电路图的时候又尽可能地把同一系统的电路绘制在一起。按照上面的思路对发动机电控系统先进行分析,然后再一个子系统一个子系统地去分析,读懂发动机电控系统电路并不是太难。发动机电控系统各子系统电路分析如表4-1所示。
二、M7- Motronic发动机电控系统识图示例。
1.M7发动机管理系统简述。
现以M7 Motronic发动机管理系统为例加以说明。
发动机管理系统通常主要由传感器、发动机控制单元(ECU)、执行器三个部分组成,对发动机工作时的吸入空气量、喷油量和点火提前角进行控制,基本结构如图4-32所示。
在发动机电控系统中,传感器作为输入部分,用于测量各种物理信号(温度、压力等),并将其转化为相应的电信号:ECU的作用是接受传感器的输入信号,并按设定的程序进行计算处理,产生相应的控制信号输出到功率驱动电路,功率驱动电路通过驱动各个执行器执行不同的动作,使发动机按照既定的控制策略进行运转:同时ECU的故障诊断系统对系统中各部件或控制功能进行监控,旦探测到故障并确认后,则存储故障码,调用“跛行回家”功能,当探测到故障被消除,则正常值恢复使用。
M7发动机电子控制管理系统的最大特点是采用基于扭矩的控制策略。扭矩为主控制策略的主要目的是把大量各不相同的控制目标联系在一起,这是根据发动机和车辆型号来灵活选择把各种功能集成在ECU的不同变型中的唯一方法。M7发动机电控系统结构如图4-33所示。
发动机电控系统的基本组件有:电子控制器(ECU)、怠速调节器、进气压力/温度传感器、喷油器、冷却液温度传感器、电子燃油泵、节气门位置传感器、燃油压力调节器、相位传感器、油泵支架、转速传感器、燃油分配管、爆震传感器、炭罐控制阀、氧传感器、点火线圈、可变进气控制阀。
M7发动机电控系统电路如图4-34所示。
2.传感器部件。
(1)进气压力温度传感器：进气压力温度传感器电路如图4-35所示。
①工作原理：进气歧管绝对压力传感元件由一片硅芯片组成,在硅芯片上蚀刻出一片压力膜片,压力膜片上有4个压电电阻,这4个压电电阻作为应变元件组成一个惠斯顿电桥。硅芯片上除了这个压力膜片以外,还集成了信号处理电路。硅芯片跟一个金属壳体组成一个封闭的参考空间,参考空间内的气体绝对压力接近于零,这样就形成了一个微电子机械系统。硅芯片的活性面上经受着一个接近于零的压力,它的背面上经受着通过一根接管引入的、待测的进气歧管绝对压力。硅芯片的厚度只有几个微米(μm),所以进气歧管绝对压力的改变会使硅芯片发生机械变形,4个压电电阻跟着变形,其电阻值改变。通过硅芯片的信号处理电路处理后,形成与压力呈线性关系的电压信号。进气温度传感元件是一个负温度系数(NTC)的电阻,电阻随进气温度变化,此传感器输送给控制器一个表示进气温度变化的电压。
②故障现象和原因：故障现象:熄火、怠速不良等。故障原因:a.使用过程有不正常高压或反向大电流:b.维修过程使真空元件受损。
③简易测量方法：温度传感器部分:(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接传感器1#、2#引脚,20℃时额定电阻为2.5k2(±5%),其他对应的电阻数值可由特征曲线量出,如图4-36所示。测量时也可用模拟的方法,具体为用电吹风向传感器送风(注意不可靠得太近),观察传感器电阻的变化,此时电阻应下降。
压力传感器部分:(接上接头)把数字万用表打到直流电压挡,黑表笔接地,红表笔分别与3#、4#引脚连接。怠速状态下,3#引脚应有5V的参考电压,4#引脚电压为1.3V左右(具体数值与车型有关):
空载状态下,慢慢打开节气门,4#引脚的电压变化不大:快速打开节气门,4引脚的电压可瞬间达到4V左右,然后下降到1.5V左右。
(2)节气门位置传感器节气门位置传感器电路如图4-37所示。
①工作原理：本传感器是一个具有线性输出的角度传感器,由两个圆弧形的滑触电阻和两个滑触臂组成。滑触臂的转轴跟节气门轴连接在同一个轴线上。滑触电阻的两端加上5V的电源电压Us。当节气门转动时,滑触臂跟着转动,同时在滑触电阻上移动,并且将触点的电位Up作为输出电压引出。所以它实际上是一个转角电位计,电位计输出与节气门位置成比例的电压信号。
②故障现象和原因：故障现象:加速不良等。故障原因:人为故障。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接传感器1#、2#引脚,常温下其电阻值为2kΩ±20%。两表笔分别接1#、3#引脚,转动节气门,其电阻值随节气门打开而阻值线性变化,而2#、3#引脚则是相反的情况。
注:在观察电阻值变化的时候,注意观察阻值是否有较大的跳跃。
(3)冷却液温度传感器：冷却液温度传感器电路如图4-38所示。
①工作原理：本传感器是一个负温度系数(NTC)的热敏电阻,其电阻值随着冷却液温度上升而减小,但不是线性关系。负温度系数的热敏电阻装在一个铜质面,如图4-39、图4-40所示。
②故障现象和原因：故障现象:启动困难等。故障原因:人为故障。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接传感器1#、2#引脚,20℃时额定电阻为2.5kΩ(±5%),其他可由图4-40特征曲线量出。测量时也可用模拟的方法,具体为把传感器工作区域放进开水里(注意浸泡的时间要充分),观察传感器电阻的变化,此时电阻应下降到300~400Ω(具体数值视开水的温度)。
(4)爆震传感器：爆震传感器外形如图4-41所示,其电路如图4-42所示。
①工作原理：爆震传感器是一种振动加速度传感器,装在发动机汽缸体上。传感器的敏感元件是个压电元件。发动机汽缸体的振动通过传感器内的质量块传递到压电晶体上。压电晶体由于受质量块振动产生的压力,在两个极面上产生电压,把振动信号转变成交变的电压信号输出。其频率响应特性曲线如图443所示。由于发动机爆震引起的振动信号的频率比发动机正常的振动信号频率高得多,所以ECM对爆震传感器的信号进行处理后可以区分出爆震和非爆震信号。
②故障现象和原因：故障现象:加速不良等。故障原因:各种液体如机油、冷却液、制动液、水等长时间接触到传感器,对传感器造成腐蚀。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接传感器1#、2#及1#、3#引脚,常温下其阻值应大于1MΩ。把数字万用表打到毫伏挡,用小锤在爆震传感器附近轻敲,此时应有电压信号输出。
(5)氧传感器：氧传感器外形如图4-44所示,其剖面图如图445所示,相关电路如图4-46所示。
①工作原理：氧传感器的传感元件是一种带孔隙的陶瓷管,管壁外侧被发动机排气包围,通大气。
传感陶瓷管壁是一种固态电解质,内有电加热管,如图4-45所示。
氧传感器的工作是通过将传感陶瓷管内外的氧离子浓度差转化成电压信号来实现的。当传感陶瓷管的温度达到350℃时,即具有固态电解质的特性。其材质的特殊,使得氧离子可以自由地通过陶瓷管。正是利用这一特性,将浓度差转化成电势差,从而形成电信号输出。若混合气体偏浓,则陶瓷管内外氧离子浓度差较高,电势差偏高,大量的氧离子从内侧移到外侧,输出电压较高(接近800~1000mV);若混合气偏稀,则陶瓷管内外氧离子浓度差较低,电势差较低,仅有少量的氧离子从内侧移动到外侧,输出电压较低(接近100mV)。信号电压在理论当量空燃比(λ=1)附近发生突变,如图4-47所示。
②故障现象和原因：故障现象:怠速不良、加速不良、尾气超标、油耗过大等。故障原因:a.潮湿水汽进入传感器内部,温度骤变,探针断裂:b.氧传感器“中毒”。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接传感器1#(白色)、2#(白色)引脚,常温下其阻值为1~62。(接上接头)怠速状态下,待氧传感器达到其工作温度350℃时,把数字万用表打到直流电压挡,两表笔分别接传感器3#(灰色)、4#(黑色)引脚,此时电压应在0.1~0.9V快速的波动。
(6)转速传感器：转速传感器外形如图4-48所示,其电路如图4-49所示,其剖面如图4-50所示。
①工作原理：转速传感器跟脉冲盘相配合,用于无分电器点火系统中提供发动机转速信息和曲轴上止点信息。转速传感器由一个永久磁铁和磁铁外面的线圈组成。脉冲盘是一个齿盘,原本有60个齿，但是有两个齿空缺。脉冲盘装在曲轴上,随曲轴旋转。当齿尖紧挨着转速传感器的端部经过时,铁磁材料制成的脉冲盘切割着转速传感器中永久磁铁的磁力线,在线圈中产生感应电压,作为转速信号输出。
②故障现象和原因：故障现象:不能启动等。故障原因:人为故障。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接传感器2#、3#引脚20℃时额定电阻为860Ω(±10%)。(接上接头)把数字万用表打到交流电压挡,两表笔分别接传感器2#、3#引脚,启动发动机,此时应有电压输出,其波形如图4-51所示(建议用车用示波器检查)。
(7)相位传感器：相位传感器电路如图4-52所示。
①工作原理：相位传感器用于无分电器的场合跟脉冲盘感应传感器相配合,为ECM提供曲轴相位信息,即区分曲轴的压缩上止点和排气上止点。本传感器利用霍尔原理中:霍尔电压受变化的磁场感应强度影响而制造而成。
霍尔效应原理如图4-53所示,相位传感器工作示意如图4-54、图4-55所示。
霍尔传感器原理:当一电流/通过一半导体薄片时,在电流的右旋方向就会产生一霍尔电压UH，其值与磁场感应B(与电流Is垂直)和电流Is成正比。霍尔电压受变化的磁场感应强度影响。
②故障现象和原因：故障现象:排放超标由耗增加等。故障原因:人为故障。
③简易测量方法：(接上接头)打开点火开关但不启动发动机,把数字万用表打到直流电压挡，两表笔分别接传感器3#、1#引脚,确保有12V的参考电压。启动发动机,此时2#引脚信号可由车用示波器检查是否正常。
要诀16：
发动机传感器要注薏,弄清方法和数据。
进气温度传感器,额定电阻2.5Ω;
节气门位置传感器,1脚与2脚2kΩ;
冷却液温度传感器,1脚与2脚25kΩ;
爆震传感器啥数值,1脚与2、3脚都大于1MΩ;
氧传感器啥数值,3脚与4脚0.1~0.9V;
转速传感器啥额定值,2脚与3脚860Ω;
相位传感器啥数值,1脚与3脚电压12V。
3.电子控制单元。
电子控制系统连接器如图4-56所示,其端子功能如表4-2所示。
①故障现象和原因：故障现象:怠速不稳、加速不良、不能启动、怠速过高、尾气超标、启动困难、空调失效、喷油器控制失效、熄火等。故障原因:a.由于外接装置电气过载而导致ECU内部零部件烧毁而导致失效:b.由于ECU进水而导致线路板锈蚀等。
②简易测量方法：
a.(接上接头)利用发动机数据K线读取发动机故障记录；
b.(卸下接头)检查ECU连接线是否完好,重点检查ECU电源供给、接地线路是否正常；
c.检查外部传感器工作是否正常,输出信号是否可信,其线路是否完好;
d.检查执行器工作是否正常,其线路是否完好；
c.最后更换ECU进行试验；
4.执行器。
(1)电动燃油泵：电动燃油泵电路如图4-57所示。
①工作原理：电动燃油泵由直流电动机、叶片泵和端盖(集成了止回阀、泄压阀和抗电磁干扰元件)等组成。泵和电动机同轴安装,并且封闭在同一个机壳内。机壳内的泵和电动机周围都充满了汽油,利用燃油散热和润滑。蓄电池通过油泵继电器向电动燃油泵供电,继电器只有在启动时和发动机运转时才使电动燃油泵电路接通。当发动机因事故而停止运转时,燃油泵自动停止运转。电动燃油泵出口的最大压力由泄压阀决定,在450~650kPa。由于本系统采用无回油系统,整个燃油系统的压力由燃油压力调节器决定,一般为350kPa。
②故障现象和原因：故障现象:运转噪声大、加速不良、不能启动(启动困难)等。故障原因：由于使用劣质燃油,导致:a胶质堆积形成绝缘层;b油泵轴衬与电枢抱死;c.油面传感器组件腐蚀等。
维修注意事项:a.根据发动机的需要,电动燃油泵可有不同的流量,外形相同、能够装得上的燃油泵未必是合适的,维修时采用的燃油泵的零件号必须跟原来的一致,不允许换错:b.为了防止燃油泵意外损坏,请不要在干态下长时间运行;c.在需要更换燃油泵的场合,请注意对燃油箱和管路的清洗及更换燃油滤清器。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接燃油泵两引脚,测量内阻,不为零或无穷大(即为非短路、断路状态)。(接上接头)在进油管接上燃油压力表,启动发动机,观察燃油泵是否工作;若不运转,检查“+”引脚是否有电源电压;若运转,怠速工况下,检查燃油压力是否在350kPa左右;踩油门至发动机转速2500rmin,观察此时燃油压力是否在350kPa左右。
(2)电磁喷油器：电磁喷油器电路如图4-58所示,其剖面如图4-59所示。
①工作原理：ECM发出电脉冲给喷油器的线圈,形成磁场力。当磁场力上升到足以克服回位弹簧力、针阀重力和摩擦力的合力时,针阀开始升起,喷油过程开始。当喷油脉冲截止时,回位弹簧的压力使针阀重又关上。
②故障现象和原因：故障现象:怠速不良、加速不良、不能启动(启动困难)等。故障原因：由于缺少保养,导致喷油器内部出现胶质堆积而失效。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接喷油器两引脚,20℃时额定电阻为11~17Ω。
(3)怠速执行器步进电机：怠速执行器步进电机电路如图4-60所示。
①工作原理：步进电机是一台微型电机,它由围成一圈的多个钢质定子和一个转子组成,见图4-60。每个钢质定子上都绕着一个线圈:转子是一个永久磁铁，永久磁铁的中心是一个螺母。所有的定子线圈都始终通电。只要改变其中某一个线圈的电流方向,转子就转过个角度。当各个定子线圈按恰当的顺序改变电流方向时,就形成一个旋转磁场,使水久磁铁制成的转子按定的方向旋转。如果将电流方向改变的顺序颠倒过来,那么转子的旋转方向也会颠倒过来。连接在转子中心的螺母带动一根丝杆。因为螺旋杆设计成不能转动,所以它只能在轴线方向上移动,故又称直线轴。丝杆的端头是一个塞头,塞头因此而可以缩回或伸出,从而增大或减小息速执行器旁通进气通道的截面积,直至将它堵塞。每当更换某线圈的电流方向时,转子就转过一个固定的角度,称为步长,其数值等于360°除以定子或线圈的个数。本步进电机转子的步长为15°。相应地,螺旋杆每一步移动的距离也固定。ECU通过控制更换线圈电流方向的次数,来控制步进电机的移动步数,从而调节旁通通道的截面积及流经的空气流量。空气流量大体上跟步长呈线性关系。螺旋杆端头的塞头后面有一个弹簧,在塞头伸长方向可利用的力等于步进电机的力加上弹簧力,在塞头缩回方向上可利用的力等于步进电机的力减去弹簧力。
②故障现象和原因：故障现象:怠速过高、怠速熄火等。故障原因:由于灰尘、油气等堆积造成旁通空气道部分堵塞,而导致步进电机怠速调整不正常。
M7系统自学习方法为:打开点火开关但不马上启动发动机,等待5s后,再启动发动机。如果此时发现发动机怠速不良,则须重复上述步骤即可。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接调节器AD、BC引脚25℃时额定电阻为(53±53)Ω。
(4)双火花点火线圈：双火花点火线圈电路如图461所示。
①工作原理：点火线圈由初级绕组、次级绕组和铁芯、外壳等组成。当某一个初级绕组的接地通道接通时,该初级绕组充电。一旦ECM将初级绕组电路切断,则充电中止,同时在次级绕组中感应出高压电,使火花塞放电。跟带分电器的点火线圈不同的是,点火线圈次级绕组的两端各连接一个火花塞,所以这两个火花塞同时打火。两个初级绕组交替地通电和断电。相应地两个次级绕组交替地放电。
②故障现象和原因：故障现象:不能启动等。故障原因:电流过大导致烧毁、受外力损坏等。
维修注意事项:维修过程禁止用“短路试火法”测试点火功能,以免损坏电子控制器。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接初级绕组两引脚,20℃时，阻值为0.70~0.90g,次级绕组阻值为9.68~12.32kΩ。
(5)炭罐控制阀炭罐控制阀电路如图4-62所示,安装如图4-63所示。
①工作原理：炭罐控制阀由电磁线圈、衔铁和阀等组成,进口处设有滤网。流过炭罐控制阀的气流流量一方面跟ECM输出给炭罐控制阀的电脉冲的占空比有关,另一方面还跟炭罐控制阀进口和出口之间的压力差有关。当没有电脉冲时,炭罐控制阀关闭。不同类型的炭罐控制阀在100%占空比,即全部开启条件下的流量各不相同。图4-64给出了两种典型的流量曲线。可见,同样在-200mbar的压力差之下,A型炭罐控制阀全部开启时的流量是3.0m/h,B型的流量是2.0m/h。
压力差与流量关系如图4-64所示。
②故障现象和原因：故障现象:功能失效等。故障原因:由于异物进入阀内部,导致锈蚀或密封性差等。
③简易测量方法：(卸下接头)把数字万用表打到欧姆挡,两表笔分别接炭罐控制阀两引脚,20℃时额定电阻为22~30Ω。
要诀17：
执行器检测要注薏,弄清检修方法和数值。
测量电动燃油泵,两种状态不一样,内阳不为零非短路,内阻无穷大非断路。
测量电磁喷油器,两脚电阻11~17Ω。
怠速执行器步进电机,表笔要接调节器两极,AD与BC脚电阻什么值,53g就是标准值。
双火头点火线圈要注意,初次级绕组不同值，初级电阻0.70~0.90Ω,次级电阻9.68~12.32kΩ碳罐控制阀测量用表笔,额定电阻22~30Ω。
三、广州本田雅阁发动机电控系统识图示例。
广州本田雅阁发动机电控系统电路如图4-65~图4-67所示。
1.发动机电控单元电路。
(1)发动机电控单元电源电路：蓄电池通过 PGM-EF主继电器向发动机电控单元供电,当点火开关转到IG1时 PGM-EFI主继电器线圈接通。发动机电控单元电源电路:蓄电池→熔断器①→熔断器④→PGM-EFI主继电器触点闭合→发动机电控单元端子B1和B3。
(2)发动机电控单元接地电路发动机电控单元通过端子B2和B10接地。在发动机正常的情况下，将点火开关首次转至ON位置时,发动机的故障指示灯亮,一般6s之后,自动熄灭。当发动机启动后运转时,故障指示灯应熄灭。如果与上述不符合,则说明出现故障,应用相应的检测仪对其进行检查。
2发动机电控单元信号输入电路。
(1)车速传感器电路。
①车速传感器电源电路：蓄电池→熔断器①→点火开关IG1触点→熔断器⑥→车速传感器→接地。
②车速传感器信号电路：车速传感器→发动机电控单元端子C23→发动机电控单元。
(2)曲轴位置传感器电路：发动机电控单元→发动机电控单元端子C3→曲轴位置传感器→发动机电控单元端子C9→发动机电控单元。曲轴位置传感器可通过测量其阻值的大小范围来检测,常温下(20℃)其阻值1850-2450Ω。
(3)冷却液温度传感器电路：发动机电控单元→发动机电控单元端子C26→冷却液温度传感器→发动机电控单元端子C15。冷却液温度传感器可通过测量其阻值与温度的变化关系来检测:20℃时,电阻值在2.3~2.6kΩ；80℃时,电阻值在0.31~0.33kΩ。
(4)爆震传感器电路：爆震传感器→发动机电控单元端子C3→发动机电控单元。爆震传感器可通过测量其阻值来检测,20℃时为120~280kΩ。
(5)进气歧管绝对压力传感器电路：发动机电控单元→发动机电控单元端子C19→进气歧管绝对压力传感器→发动机电控单元端子C17→发动机电控单元。
3.发动机电控单元执行器工作电路。
(1)点火线圈电路：蓄电池正极→熔断器①→熔断器③一点火开关IG1触点此处分两路,一路点火线圈点火控制模块→发动机电控单元端子B13→发动机电控单元。(初级线圈电路)另一路为:点火线圈→火花塞(次级线圈电路)。当初级线圈电路断电后瞬间,次级线圈中产生电压,火花塞产生火花点火。
(2)可变气门正时电磁阀电路：发动机电控单元→发动机电控单元端子B13→可变气门正时电磁阀→接地。电磁阀可通过测量两端子之间的电阻值来检测,如不正常则需更换。
(3)活性炭罐净化电磁阀电路：蓄电池正极→熔断器①→熔断器③→点火开关IG1触点→熔断器⑥→活性炭罐净化电磁线圈→发动机电控单元端子A5→发动机电控单元。发动机电控单元通过改变传输到活性炭罐净化电磁阀的占空比信号,从而使HC排放的进气量在暖机后适于驾驶情况(发动机负荷、转速、车速等)。
(4)怠速控制阀电路：蓄电池正极→熔断器①→熔断器④→ PGM-EF主继电器触点→怠速控制阀→发动机电控单元端子B23→发动机电控单元。
(5)喷油器电路：蓄电池正极→熔断器①→熔断器④→ PGM-EF主继电器触点此处分开,分别到4个喷油器:1喷油器→发动机电控单元端子B31→发动机电控单元:2喷油器→发动机电控单元端子B3→发动机电控单元:3喷油器→发动机电控单元端子B4→发动机电控单元:4喷油器→发动机电控单元端子B5→发动机电控单元。喷油器的喷油过程受发动机电控单元发出的电脉冲控制,其可以通过测量两端子之间的电阻来检测,如不正常,则需更换。
(6)燃油泵电路。
①燃油泵控制电路:蓄电池正极→熔断器①→熔断器④→ PCM-EF主继电器触点分别到发动机电控单元端子A18和A15。
②燃油泵工作电路:蓄电池正极→熔断器①→点火开关IGl触点→熔断器⑤→ PCM-EFI主继电器触点→燃油泵→接地。燃油泵可通过测量其两端子之间的内阻来检测,一般20℃时为0.2~3.0Ω,如不正常,则更换燃油泵。
(7)发动机电控单元诊断电路。
①维修检查电路发动机电控单元→发动机电控单元端子A0→维修检查插头。
②数据传输电路发动机电控单元→发动机电控单元端子A21→数据传输插头。
③数据传输电源电路蓄电池→熔断器①→熔断器④→数据传输插头。
