发动机电控系统的其他扩展功能

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发动机电控系统的其他扩展功能在发动机电控系统中，除前面介绍的各种控制功能外，还有一些其他的扩展功能，如输出电压控制、自动变速器控制、巡航控制、电子油门控制、停车起动控制、断油控制、汽车网络系统（CAN）等。
1、发电机输出的电压的控制对一般发动机来说，发电机输出电压的控制都是由电压调节器来完成的。在蓄电池温度变化范围内，输出电压应保持在13.4V～15V，这样就可保证汽车用电设备的正常使用及蓄电池的正常充电。近几年来，随着发动机电子控制系统的应用，已经实现了由发动机控制系统对发电机输出电压进行控制。其基本做法是：发动机控制模块（ECU）根据发电机输出电压、发动机转速、蓄电池温度及有关信息，通过控制磁场电流来实现对输出电压的控制。当发电机输出电压超过额定值时，发动机控制模块使磁场电路接通的相对时间变短，来减弱磁场电流、降低发电机电压；反之，当发电机输出电压低于额定值时，发动机控制模块使磁场电路接通的相对时间变长，来增强磁场电流，提高发电机电压。由此可知，发动机控制模块仍是通过控制磁场电路的相对导通率的办法，改变磁场电流，达到控制发电机输出电压的目的。另外，还可根据蓄电池温度的信息，由发动机控制模块对发电机输出电压进行微量修正。
2、自动变速器的控制有的变速器采用一个专用ECU单独进行控制，也有的发动机集中电子控制系统进行控制。发动机电控系统中对变速器进行控制，可以增高汽车传递功率、降低油耗、改善换档舒适性并延长变速器的使用寿命。降了发动机转速传感器、空气流量传感器MAF和节气门开关等向发动机控制模块送入信号外，还在系统中增加了驱动轴转速传感器、换档位置开关、程序开关与换低档开关等信号。在控制电脑的存储器中，存储有换档特性曲线，该特性是按汽车行驶的要求选取的，包含许多换档程序，例如考虑省油的换挡程序、手控换挡程序以及用作体育赛车的程序等。变速器换档点的选择与控制，要保证发动机能在降低油耗的工况范围内运行。另外，变速器换档时，发动机的扭矩要减小，这时可通过点火系统将点火提前角适当推迟。换档后，控制系统又把点火提前角调到理论要求的数值，从而减小变速换档过程的冲击。
3、巡航控制巡航控制也叫恒速控制或车速控制。在高速公路上长时间行驶时，驾驭环境稳定，驾驭员基本不需变换车速，而总是以一种固定的姿势踏在油门踏板上，容易使人感到枯燥产生疲劳。若装有巡航控制系统，将给驾驭员带来很大的方便。在行驶中，驾驭员按下设定开关，此时的车速就成了保持的目标车速。汽车运行时控制电脑将根据行驶阻力的变化情况，自动增减节气门开度，使行驶速度保持一定，直到驾驶员再次踩加速踏板或刹车踏板时，巡航控制自动解除。根据控制节气门方式的不同，巡航控制系统可分为真空控制式和电机控制式两种。
4、电子油门控制系统传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端联接油门踏板（加速踏板），另一端联接节气门连动板而工作。这种传统油门的控制不够精确，现在很多车辆在使用一种电子节气门控制系统。电子油门控制系统是用线束（导线）来代替拉索或者拉杆，发动机控制模块根据加速踏板的位置信号和发动机其他参数信号，通过电动机来控制节气门的开度。电子油门控制系统主要由加速踏板、踏板位置传感器、发动机控制模块、伺服电动机和节气门执行机构组成。加速踏板位置传感器安装在加速踏板内部，当它监测到加速踏板的位置有变化时，立即将加速踏板位置信号传送给发动机控制模块。发动机控制模块将此信号和其他传感器的输入信号进行运算处理，计算出节气门位置的理论值。然后控制伺服电动机驱动节气门执行机构使节气门开度达到确定的位置。用电控加速踏板，不但避免了普通加速踏板传动机械中由于零件间摩擦、磨损和惮隙所产生的误差，还可明显改善发动机的燃油消耗和尾气排放。目前国内宝来、奥迪、帕萨特、POLO、红旗等很多车型都已应用了这种技术。图所示为传统油门控制系统与电子油门控制系统的比较。

5、停车起动控制停车起动控制是降低怠速油耗的一种方法，它比怠速转速调整装置的效果更显著。它使发动机在需要输出功率时才运转，在汽车不需要驱动功率时关闭。这样就可以降低燃油消耗、降低排气污染与降低噪音污染的目的。该控制系统是通过一个附加控制电脑输出信号，按发动机停车或起动来抑制喷油脉冲。在汽车停车时间长达数秒钟之后，该装置将喷油切断。这种情况多数在停车率高的市区街道行驶时发生但在冷车或正常行时不起作用。如再次起动，驾驶员将离合器踏板踩到底，踩下加速踏板，只要加速踏板踩到其总行程的三分之一时，发动机就由起动机再起动。这种停车起动控制能够节油，但也有副作用，即起动机和离合器使用过于频繁。
6、汽车发动机尤其是大型轿车发动机的输出功率大，又有较高的功率储备，但在城市内行驶或在城外公路上行驶时，大多数情况下是处在较低的部分负荷下运行，这时发动机的效率不高，性能不能得到充分发挥。为了克服这蔽端，发动机处于部分负荷下运行时，控制系统指令切断几个汽缸的燃油供应与点火，停止几个汽缸工作，则仍然工作的各缸效率得到增大，从而提高了发动机的效率并降低了燃油消耗；而当功率不能满足要求时，再恢复一个或几个汽缸工作。控制电脑根据空气流量计的负荷信号判定何时需要断缸或恢复汽缸工作，并负责从一个工况转移到另一工况。在转换后，即使发动机只用半数汽缸工作，驾驶员也是感觉不到的。电控系统在部分负荷下的断缸控制是把点火与供油同时切断，而且只在点火的汽油内充入混合气，对于不工作的汽缸，没有新混合气进入，也没有点火发生。这样发动机在小负荷运行时，不可避免的节流损失也可得到一定程度的减小。此外，炽热的废气流过被切断的汽缸，可使发动机保持一定的运行温度，使发动机的摩擦功率和磨损不致增加很多。目前轿车发动机上实用的断缸控制仍需要进一步研究、试验与完善。
7、汽车网络系统（CAN）略。

1.4.9故障自诊断系统新型汽车的电子控制系统越来越复杂，都设有故障自诊断以便对电子控制系统进行故障诊断。一、故障自诊断系统的基本工作原理
1. 故障自诊断系统的工作过程故障自诊断系统的作用是监测、诊断电子控制系统中各传感器、执行器以及电子控制单元（即ECU）的工作是否正常。当ECU的输入、输出信号电压都在规定范围内变化时，故障自诊断系统就判电子控制系统工作正常。当电子控制系统中某一电路中出现超出规定范围的信号时，故障自诊断系统就判定该电路及相关传感器或执行器发生故障，并使故障指示灯（比如丰田车系的故障指示灯“CHECK”）闪烁，同时将故障信息以故障代码的形式存储到ECU内部的存储器中。故障信息一旦被存储，即使断开点火开关或故障已经排除、故障指示灯熄灭，它们仍将储存在存储器中，除非用指定的方法人为将其清除。对于电子控制系统的传感器，ECU通过监测其输入信号是否在规定的范围内来判定该传感器及其相关电路是否有故障。比如，当冷却水温度传感器正常工作时，向ECU输入的信号电压在0.3～4.7V范围内变化。如图1-155所示，如果冷却水温度传感器信号电路搭铁，向ECU输入的信号电压就会低于0.3V；如果冷却水温度传感器信号电路断路，向ECU输入的信号电压就会高于4.7V。当ECU检测到信号电压超出规定范围时，就判断冷却水温度传感器及其工作电路有故障，并将故障信息存入存储器中，同时接通故障指示灯电路，使故障指示灯闪烁。由于以上分析可知，ECU在判断传感器的故障时是以收到的信号电压值是否正常为依据。无论是传感器本身有故障还是传感器信号电路有故障，都会造成输入信号电压值不正常。因此，当故障自诊断系统指出某个传感器有故障时，应对传感器及其相关电路进行检查。
ECU的故障自诊断系统仅仅为维修人员提供了故障的性质和大致范围，要想确定具体的故障部位，还要运用普通的检测方法进行检测。对于电子控制系统的执行器，ECU是通过监测执行器的工作情况来判断执行器及相关电路是否有故障。一般情况下，执行器的工作情况可通过其反馈信号反映出来。比如点火器，ECU是根据点火器的反馈信号IGF监测其工作情况的。点火器的工作电路如图1-156所示。当点火器正常工作时，点火器内功率三极管的导通或截止使点火系统初级电路周期性地通断。与此同时，点火器向ECU输出脉冲反馈信号IGF1、IGF2（1.5V），表示点火系工作正常。正常情况下，初级电路每通断一次，ECU就接收到一个脉冲反馈信号。如果ECU接收不到正常的反馈信号IGF1、IGF2，就判断点火器有故障，此时，ECU会控制喷油器停止供油。但偶尔一次“不正常”信号，自诊断系统并不判定有故障。一般情况下，“不正常”信号必须持续一段时间，自诊断系统就判定点火系有故障，并将故障信息存入存储器内，点亮故障指示灯。

2. 故障信息的读取故障自诊断系统检测到故障信息后，即以故障代码的形式将其存储到存储器中，同时点火亮故障指示。维修人员可按各车型规定的操作步骤使故障代码显示出来以便维修。故障代码常见的显示方式有以下几种。（1）故障指示灯显示在提取故障代码时，维修人员只需按规定的程序和步骤向ECU中输入一个触发信号，ECU就控制故障指示灯闪烁。其闪烁的规律就是内存的故障代码。各车系故障指示灯的触发信号以及故障代码的含义各不相同。如丰田皇冠3.0轿车的2JZ-GE发动机，其故障代码就是借助于故障指示灯读取的，详见1.5.4节。（2）自诊断接口输出在自诊断接口处连接万用表、显示灯（发光二极管）、闭角表、百分比表以及ECU检测仪器（即触码器）等，即可根据表针的摆动规律（或灯的闪烁规律）等读取故障信息。如三菱车系，其发动机故障代码就可以利用电压表提取，还可以借助于发光二极管读取；再比如上海桑塔纳2000GSi时代超人轿车AJR型发动机，其故障代码就是借助于解码器（V.A.G1551或V.A.G1552）提取的，详见1.5.4节。（3）仪表板显示屏直接显示向ECU中输入触发信号后，显示屏上直接显示故障代码数字。这种显示方法一般用在高档车上。比如通用公司卡迪拉克（CADILLIC）4.9L轿车，其故障代码就是通过信息显示屏输出的，详见1.5.4节。二、故障自诊断系统的故障诊断现以丰田皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机为例进行自诊断系统的故障诊断。
1. 发动机故障指示灯的检查将点火开关转到ON位置，但不运转发动机，这时发动机故障指示灯“CHECK”将点亮。若故障指示灯“CHECK”不亮，则按组合仪表的故障排除。启动发动机时，故障指示灯“CHECK”应熄灭。若灯继续亮着，则说明自诊断系统已检测到电子控制系统中有故障或自诊断系统不正常。
2. 故障自诊断系统的故障诊断方法当自诊断系统不正常时，可按图1-157所示的故障诊断流程进行检查。发动机故障指示灯的工作电路如图1-158所示。

1.4.10 安全保护与备用功能（失效保护与后备系统）在现代汽车电子集控技术的发动机上，如果某些传感器信号出现异常后，微电脑仍按正常的方式控制发动机运转，就可能造成发动机的工作性能恶化，甚至损坏机件。因此，现代汽车发动机的电子控制系统都具有安全保护与备用功能。一、安全保护功能（失效保护）安全保护功能是指发动机微电脑检测到某些传感器、执行器及其控制电路出现故障时，微电脑将控制发动机按微电脑预先内存的程序继续工作或停止工作以保护发动机，因此这种功能又叫失效保护功能。失效保护功能是在发动机控制模块内部添加一套软件来实现。以下是几种常见传感器出现故障时，发动机控制模块的失效保护功能。（1）空气流量计信号电路出现故障在发动机运转过程中，空气流量传感器的信号电压在0.5～4.5V之间，怠速时应在0.5～1.5V之间，节气门全开时应在2.5～4.5V之间。如果怠速时传感器电压突变成0V，发动机控制模块就命令控制程序不要采纳空气流量传感器的信号，同时命令失效保护程序给出代替值。失效保护程序根据节气门开度信号和发动机转速信号计算出当时进气量的近似值，用近似值代替空气流量传感器的输入值，使发动机能维持运转。（2）冷却液温度信号电路出现故障在发动机长时间停放再重新起动时，发动机冷却液温度传感器和进气温度传感器发出的信号大致相等，一般在-39℃～150℃之间（各车型会稍有不同）。如果发动机控制模块检测冷却液温度传感器信号不在以上范围时，发动机控制模块便命令控制程序停止采集冷却液温度信号，并命令失效保护程序在发动机刚起动时用进气温度值代替冷却液温度值，然后每运转20s，使冷却液温度值增加1℃，直到增加到90℃为止，这样就可使发动机顺利起动且比较平衡地进入工作状态，不至于出现冷车不能起动或起动后熄火的故障。（注：生产厂家不同，设计理念不同，因此冷却液温度传感器失效时的失效保护程序略有不同。例如：大部分车当水温传感器信号电路断路时，微电脑将接收到高电位信号，误认为发动机冷却水温度过低（低于-30℃）。此时，若仍按正常方式供油，微电脑将控制增大喷油量，这将造成混合气过浓，使发动机工作性能恶化。但在具有安全保护功能的电子控制系统中，水温传感器信号电路断路时输入的信号电压将超过其规定范围，此时微电脑将判定水温传感器及其工作电路有故障，并使其进入失效保护状态。在失效保护状态下，微电脑按冷却水温度为80℃控制喷油和点火。）（3）点火故障发动机控制模块中有专门监视点火故障的程序，点火控制模块每次命令点火线圈点火的同时，会发送反馈IGF信号给发动机控制模块，发动机控制模块收到IGF信号便认为点火成功，当连续3～5次（各车型具体设计的次数可能不同）没有收到此信号，就判断点火有问题，为避免没有燃烧的混合气进入三元催换器，使催化转换器过热烧坏，就停止向没有燃烧的气缸喷油。但如果节气门完全打开，发动机发出最大功率时，会恢复所有气缸的喷油，这是内部程序的安排。（注：点火器IGF点火确认信号反馈，不是每种车型都设有此功能，可能有的车型发动机点火系无此IGF信号反馈，应注意区别，以原厂资料提供为准。现在有一些高档轿车上，采用了通过发动机转速信号和曲轴位置传感器信号等传感器信号计算每一缸作功时的加速度，用各缸作功时的加速度信号作为监视各缸点火是否成功，从而控制单缸断油断火，降低排放污染和保证燃油经济性，这些车不一定有IGF反馈信号。同时这些车具有在不同路段控制减少工作缸数以保证燃油的有效利用。因此在维修时以原厂资料说明为准）。（4）节气门位置传感器电路出现故障节气门位置传感器电路产生断路或短路时，发动机控制模块检测到节气门处于全开或全关的状态，就使线性型变为开关型，不能反应节气门位置。此时发动机控制模块将采用正常运转值代替节气门位置传感器信号（通常按节气门开度为00～250值控制发动机工作）。（5）爆震传感器控制系统出现故障当爆震传感器控制系统出现故障时，无论是否产生爆震，点火提前角都不能由爆震控制系统来控制，否则将导致发动机损坏。此时，失效保护功能将点火提前角固定在一个适当的值，实行点火提前角开环控制。（注：当出现点火系控制提前角故障时就注意检修引起系统开环控制的原因：一个是点火判缸信号是否产生或有无，因为它时为爆震检测气缸是否爆震的检测时刻基准开始点，没有它爆震传感器将失去检测点，微电脑将不再采纳它的信号；另一个是爆震传感器的安装力矩是否合适；再一个是发动机各连接部位和发动机底脚是否安装可靠，它们会引起机体运动时撞击误检测为爆震信号，使点火系统不采纳爆震信号启动失效保护程序，推迟点火提前角远离爆震区域，发动机功率下降，加速不良）。（6）曲轴位置传感器（G1或G2）信号系统出现故障因为曲轴位置传感器信号用于识别和确定曲轴基准角，所以当曲轴位置传感器电路出现断路或短路时，发动机控制模块将不能有效的控制发动机运转，造成发动机不能起动、失速甚至损坏发动机。所以此时发动机控制模块即使收到G1或G2信号，也不能按信号数据控制，而是用保留的G信号判别。[注：此种情况是指发动机已经在运行途中出现曲轴位置传感器信号故障时，用保留的G信号判别维持行车。但只要停车后再启动发动机就不再有此代替情况，将不能起动发动机，因为它无法找到起始基准；因此，有部分汽车当曲轴位置传感器出现故障时发动机控制模块立即停止点火喷油停止发动机工作。在维修中应注意区别各厂家的设计思想，车型不一样设计的控制系统也略有不同]。当然失效保护功能起动时用的替代值只是维持发动机运转，不可能完全代替传感器的功能，此时的发动机性能可能会大大降低，所以出现类似情况时，应该尽快维修，恢复传感器及其控制系统的功能，才能使发动机以最佳性能运转。而作为修理技师，一定要理解程序的设计思想，弄清失效保护的原理和保护方法，才能更快、更准确地判出故障所在。电子控制系统的各项安全保护功能见表1-22。表1-22       安全保护功能故障信号电路    故障情况    安全保护功能水温信号THW，进气温度THA    THW、THA信号电路出现断路或短路现象，ECU判断为低于-50℃或高于130℃，引起喷油器过多或过少    启动IC，按标准计量供油（水温为80℃，进气温度为20℃）点火确认信号IGF（由IGT触发产生）    点火系出现故障或IGT不能触发IGF，ECU未能收到点火确认信号IGF（喷油信号）    停止燃油喷射节气门位置信号（线性型）    节气门位置信号电路处于断路或短路状态时，就使线性型变为开关型，不能反应节气门位置，发动机运转异常    采用标准节气门位置（节气门开度为O0或250）爆震传感器信号（KNK及控制线路）    KNK信号电路中出现短路或断路现象，或ECU内爆震控制系统出现故障，无论是否发生爆震，点火正时控制将无法由爆震控制系统执行，导致发动机损坏    将点火推迟角定为最大值曲轴转角传感器信号G1、G2电路    G1或G2信号电路短路或断路，汽缸和曲轴转角不能识别，会导致发动机失速或不能启动    若不能收到G1或G2信号，就按保留的G信号判别曲轴基准角空气流量信号VS或KS电路    空气流量信号电路短路或断路，不能测出进气量，不能计算基本喷油量，会导致发动机失速或不能启动    由STA信号和IDL接触情况确定固定值用于喷射定时和点火正时，使发动机能够运转进气歧管压力传感器信号电路    进气歧管压力传感器电路出现短路或断路故障，无法计算基本喷油量，导致发动机失速或不能启动    当T端断开时，进入备用状态；如果T端接通，则进气歧管压力信号采用标准值30Kpa二、备用功能(后备系统)后备系统是在发动机控制模块内，并列于控制模块的一套集成电路，由自诊断系统控制开启。当发动机控制模块ECU偶尔发生故障时，正常控制时的例行程序就不能正常运行，发动机控制模块陷入异常工作状态，无法计算基喷油时间或者停止输出点火信号（IGT），发动机停机，车辆则不能行驶。若此时汽车处于行驶途中，又远离维修服务部，将会使驾驶员和乘客陷入困境。因此现代汽车常设有后备系统，即当诊断程序监视此类故障时，便会命令停止原程序的控制，同时开启后备系统，做简易的控制继续维持发动机的运转，同时警告驾驶员车辆出现严重故障，应尽快开到适宜的地方或开进维修站修理。因为这种系统在发动机故障时能避免驾驶者抛锚在荒郊野外，保证把他带回家，所以国外也形象地把这种功能称为“回家功能”。当发动机微电脑内控制程序出现故障时，微电脑会按预存的程序控制燃油喷射和点火正时，使电子控制系统维持最基本的控制功能，使发动机维持运转，这种功能叫备用功能。利用备用功能可使故障车继续行驶到维修站，因此这种状态又叫跛行状态。备用系统在遇到下列情况之一时开始工作：①微电脑无点火信号输出时；(注：只有汽车局域网的车才能有此功能，如美规车别克轿车，一般的车微电脑无点火信号输出时没有备用功能)②对于博世D型汽油喷射系统，进气歧管压力传感器有故障时。③其它传感器出现故障时。备用系统工作时，微电脑根据启动（ST）信号和怠速（IDL）信号确定控制参数。备用系统的控制电路如图1-159所示

宇翰

内容还真多，呵呵
楼主说的第一条也就是ECU起到电压调节器的作用了，而其更能实现精确控制了，这个好像是不常见呢，不过我也听说过；关于第四条电子油门，好像现在用的比较普遍了，我们那开发的发动机抖采用的这种油门，关于“停车起动控制是降低怠速油耗的一种方法，”就像楼主说的存在启动机和离合器使用过于频繁，但是不是频繁启动对发动机也会造成影响呢，启动时排放污染应该也很严重吧？而且停机再启动一定能降低油耗吗？呵呵，只是有些疑问，望楼主和知情的工程师告知。

[ 本帖最后由 宇翰 于 8-7-2009 21:08 编辑 ]