作者：曹向红 于晓喜
出版社：人民邮电出版社
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汽车发动机电控系统检修(附微课视频)试读：
前言
“汽车发动机电控系统检修”课程是高职院校汽车检测与维修技术专业的一门核心专业课程，主要介绍现代轿车电控发动机系统的结构原理及检修内容。学生学习该课程能够为进入汽车行业顶岗实习以及工作奠定一个很好的基础。在本书的编写过程中，编者始终贯彻以大众轿车构造为主体，结合实际车辆和诊断设备，通过6个项目对现代轿车发动机电控系统的结构、工作原理及检修内容进行详细介绍，同时对电控发动机上的传感器、执行器对电控系统工作的影响也做了详细说明。在项目实施内容中，通过对实操及注意事项的学习达到提高学生思考问题能力的目的。为了让读者能够在较短的时间内掌握本书的内容，及时检查自己的学习效果，巩固和加深对所学知识的理解，每个项目后还附有习题及思考题。
本书的编者都来自教学第一线，有着丰富的教学经验和扎实的专业理论知识及专业实践技能。在本书的编写过程中，完全按照“骨干校”的建设要求，以典型工作项目来进行教材的编写，为教师与学生分别理清了教学与学习的思路，同时突出了对学生实际操作能力的培养，满足了职业教育学生的人才培养要求。
本书还是一本体现“互联网+教育”理念的智慧学习教材。读者用手机等终端设备扫描书中二维码，即可免费观看视频、动画，实现随时随地移动学习。
本书的参考学时为80学时，建议采用理论实践一体化教学模式，各项目的参考学时见下面的学时分配表。
本书由天津交通职业学院曹向红、于晓喜任主编，何泽刚任副主编。其中，项目一，项目二的知识与技能拓展、习题及思考题和项目三的知识与技能拓展、习题及思考题由曹向红编写；项目三的项目情境引入、相关知识、项目实施由于晓喜编写；项目二的项目情境引入、相关知识、项目实施由天津交通职业学院何泽刚编写；项目四和项目五的项目情境引入、相关知识由天津机电职业技术学院张士涛编写；项目五的项目实施、知识与技能拓展、习题及思考题和项目六由天津职业技术师范大学刘臣富编写。全书由曹向红统稿和定稿。
由于编者水平有限，书中存在不妥之处在所难免，衷心希望广大读者批评指正。编者2017年4月项目一 汽油发动机电控系统整体认知项目情境引入
为了能够对汽车发动机电控系统的故障进行诊断与排除，必须熟悉汽车发动机电控系统的结构与工作原理，所以在本项目的学习中必须掌握电控系统各传感器、电控单元及执行器的应用，了解电控系统的控制方式及优点，同时要熟悉自诊断系统的功能，通过对解码器使用的学习，掌握解码器读取数据流的正确方法及使用的注意事项。相关知识一、概述1.汽车电控技术的应用
目前，汽车为人类社会发展和国民经济建设做出不可磨灭的贡献。18世纪60年代至19世纪80年代，聪明的人类利用各种动力先后发明了各种汽车。
1769年，法国人尼古拉·约瑟夫·库格诺（Nicholas Joseph Cugnot）利用蒸汽作动力发明了蒸汽动力汽车。
1881年，法国电气工程师古斯塔夫·特鲁夫（Gustave Trouve）利用电力作动力发明了电动汽车。
1886年1月29日（发明专利申请日，1885年完成汽车样车），在法国工作的德国工程师卡尔·奔驰（Karl Benz）利用内燃机作动力发明了至今仍广泛使用的汽油发动机汽车。
1893年2月23日（发明专利申请日，德国专利号No672071885），德国人鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）博士发明了狄塞尔发动机（柴油发动机或柴油机），1924年第一台狄塞尔发动机卡车面世。
汽车技术、建筑技术与环境保护技术是衡量一个国家工业化水平高低的三大标志。汽车技术不仅仅代表着社会物质生活发展水平，而且代表着科学技术发展水平。20世纪80年代以来，提高汽车性能，节约能源和保护环境，主要取决于电子控制技术。汽车电子控制技术已经广泛应用于汽油机控制、柴油机控制、汽车底盘控制、汽车车身控制和汽车故障诊断等技术领域。
当今世界衡量汽车先进水平和档次高低的重要标志是汽车品牌、汽车外观和汽车电子化程度的高低。汽车制造商普遍认为：增加汽车电子装置的数量，促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的有效手段。汽车设计人员普遍认为：电子技术在汽车上的应用，已经成为汽车设计研究部门考虑汽车结构革新的重要手段。汽油机应用电子控制喷油技术能够精确控制空燃比和实现闭环控制，如果再加装三元催化转换器，就可使汽油发动机的有害排放物降低95%以上；柴油机应用高压共轨式电子控制喷油技术，能够精确控制喷油量和高达160～200MPa的喷油压力，不仅能够降低油耗和减少排放，而且还能提高动力性；汽车应用防抱死制动系统、电子制动力分配系统、电子车身稳定系统的技术应用大大提高了汽车制动时的稳定性，尤其是可使汽车在湿滑或冰雪路面上的事故发生率降低24%～28%。
21世纪以来，发动机电子控制喷油技术、汽油机电子控制点火技术、防抱死制动技术和安全气囊等技术在国内外轿车上都已经普遍采用。在国产中高档轿车上，每辆轿车电子装置的平均成本占整个车成本的30%～35%，在一些豪华轿车上，电子产品的成本占整车成本的50%以上，并始终保持逐年增加的趋势。2.发动机电控技术的发展（1）汽车电子控制技术是汽车技术与电子技术结合的产物。
近半个世纪以来，汽车电子控制技术飞速发展的根本动力和原因包括两个方面：一方面是全球能源紧缺、环境保护和交通安全问题，促使汽车油耗法规、排放法规和安全法规的要求不断提高；另一方面是电子技术水平不断提高。汽车油耗法规促进了汽车底盘和车身电子控制技术的发展。随着汽车油耗法规、排放法规、安全法规要求的不断提高，汽车发动机燃油喷射电子控制系统、防抱死制动和安全气囊系统已经成为国内外轿车的标准装备。（2）汽车电子控制技术发展历程
汽车电子技术发展始于20世纪60年代，分为4个阶段。
第一阶段，20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，如在汽车上装用了第一个电子装置—晶体管收音机。
第二阶段，20世纪70年代末期到90年代中期，为解决安全、污染和节能三大问题，研制出电控燃油喷射系统、电子控制防滑（防抱死）制动装置和集成电路（IC）点火装置。
第三阶段，20世纪90年代中期到90年代后期，电子技术在汽车上的应用已逐步扩展到车用汽油发动机以外的底盘、车身和车用柴油发动机多个领域。
第四阶段，20世纪90年代后期以来，CAN-BUS技术（控制器局域网总线技术）普遍应用，CANBUS是应用在现场、在微机化测量设备之间实现双向串行多节点的数字通信系统，是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。目前，CAN-BUS总线在汽车上的应用越来越普及，不仅仅局限于高档车（如帕萨特），中档车（如宝来）也越来越多地配备了CAN-BUS总线。
①汽油机电子控制技术的发展。
汽车发动机电子控制技术是借鉴飞机发动机汽油喷射技术而诞生，并伴随电子控制技术的发展和汽车油耗法规、排放法规要求的逐步提高而发展到当今水平的。世界主要汽车公司发动机电子控制系统的控制功能及其主要特征如表1-1所示。表1-1 世界上主要汽车公司发动机电子控制系统应用情况续表
汽车发动机电子控制系统（Engine Electronic Control System，EEC或EECS）的发展已经历近50年历程。在20世纪90年代，汽车电子控制技术步入成熟发展期；到20世纪末期，无论汽油机汽车还是柴油机汽车，无论进口汽车还是国产汽车，都已普遍采用电子控制技术。美国、俄罗斯、德国、法国和瑞典等工业发达国家军队装备的柴油机汽车，也都采用了电子控制技术。
②柴油机电子控制技术的发展。
柴油机电子控制燃油喷射技术从诞生至今已有近50年的历史，先后开发了位置控制式柴油喷射系统、时间控制式柴油喷射系统和高压共轨式柴油喷射系统三代产品。人类锲而不舍地研究开发柴油机电子控制技术，并已取得骄人的成绩，其根本目的在于节约燃油、较少排放、降低噪声和提高柴油机整机性能。
早在20世纪70年代，德国、美国等工业发达国家就已竞相开发研制柴油机电子控制系统并应用于柴油车发动机的实时控制。最初投入使用的柴油机电子控制系统采用了传感器、模拟电子电路和执行器组成的电子控制系统来代替控制喷油量的调速器，能够比较精确地控制柴油机的转速。
进入20世纪80年代后，德国、美国和日本等工业发达国家利用微型计算机代替模拟控制电路，利用电磁阀作用为执行器控制喷油，大大提高了控制电路的设计自由度和系统的控制精度，柴油机电子控制系统圆满解决了当时提出的节约燃油、排气净化和降低噪声等问题。典型产品有日本杰克赛尔Zexel公司喷油定时可变形燃油喷射系统（Timing and Injection Rate Control System，TICS）和微型计算机控制喷油量和喷油定时的电子控制分配泵系统（Computed Ve pump Control System-Full，COVEC-F）、日本电装公司ECD-V3电子控制分配泵系统，以及德国Bosch公司EDC型和VP系列电子控制分配泵系统等。
20世纪90年代，德国、美国和日本等工业发达国家研制成功了一种全新的柴油机电子控制燃油喷射系统——高压共轨式电子控制柴油喷射系统（Common Rail System，CRS），从此开辟了柴油机电子控制燃油喷射技术的新纪元。
人们对共轨式燃油喷射系统的基本原理并不陌生。早在20世纪30年代，汽油发动机就已采用共轨式燃油喷射技术并应用到军用战斗机上，20世纪50年代应用到了赛车的汽油发动机上。到20世纪末，各型汽油机都圆满完成了从机械式供油系统向电子控制燃油喷射系统的转换。在柴油机电子控制共轨燃油喷射技术的研究方面，20世纪60年代后期，瑞士的哈勃（Hiber）教授开发了柴油机电子控制共轨系统基本原型，随后瑞士工业大学以加尼斯（Ganser）教授为中心的研究团队对柴油机电子控制共轨燃油系统也进行了一系列的研究。到20世纪90年代中期，柴油机电子控制共轨燃油喷射技术达到实用化阶段。
20世纪80年代中期，日本电装（DENSO）公司完成了汽油发动机电子控制燃油喷射技术的研究与应用，时任电装公司燃油装置事业部主管的藤泽英也先生开始将汽油机电子控制燃油喷射技术应用到柴油机上。
2000年开始，日本丰田、日野、五十铃、三菱和日产等公司都采用了这些高压共轨式电子控制柴油喷射系统。
德国Bosch公司也是世界著名的汽车电气与电子控制技术开发商，在电子控制共轨喷射技术的研究方面也有杰出贡献。
1994年年初，Bosch公司开始与戴姆勒-奔驰公司合作研制高压共轨式电子控制柴油喷射技术。同年Bosch公司将高压共轨电子控制柴油喷射系统应用于直喷式柴油机并进行了200万千米室外道路试验验证，证实了电子控制共轨系统在降低排放、减少噪声和简化发动机结构设计等方面的优越性。此后，Bosch公司与戴姆勒-奔驰公司、菲亚特FIAT公司以及菲亚特的子公司依莱赛斯ELasis等四家公司联合成立开发组，共同开发电子式控制柴油喷射系统。当时ELasis公司已经研制成功性能优越的供油泵和不带预喷射的电磁喷油器（准确地说应该是电磁控制油压驱动喷油式喷油器）。
1997年年末，Bosch公司研制的轿车柴油机用电子控制高压共轨系统（CRS）开始批量投放市场。
2000年开始，Bosch公司投入800～900名工程技术人员专门从事电子控制共轨喷射研究技术；2002-2003年，Bosch研制成功了利用压电晶体管控制液压伺服机构的第二代电子控制喷油器（即压电晶体管式喷油器），用以控制电子控制共轨喷射系统的高速电磁阀控制式喷油器（即第一代电子控制式喷油器），喷油压力提高到160MPa，每个喷射循环都可以实现预喷射、主喷射和多段喷射，预喷射油量可控制在1mm3以内。2009年，Bosch将喷油压力提高到了200MPa。
高压共轨式电子控制柴油喷射技术的基本原理与汽油喷射技术相似，电动燃油泵（即输油泵）将燃油箱内的柴油输送到高压泵油，高压油泵在发动机驱动下将柴油压力加到160～200MPa后供入公共油轨（Common Rail，CR，俗称“共轨”，相当于电子控制汽油喷射系统的燃油分配管或燃油总管）内，在电子控制单元（ECU）的控制下，高压燃油经电子控制喷油器喷射到相应的气缸内燃烧做功。高压共轨式电子控制喷射系统与传统的喷油供油系统以及电子控制喷油泵系统的显著区别在于：燃油高压的产生和喷油的控制是由ECU分别独立进行，燃油压力的产生与柴油机转速与负荷无关，是由ECU控制压力阀来调节高压油泵的供油量进行控制。高压共轨式电子控制喷油系统的显著特点是：能够自由改变喷油压力、喷油量、喷油定时（即何时开始喷油）和喷油特性（即实现引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射等多段喷射，目前已实现3次、5次或更多次喷射）。通过预喷射，可降低柴油机噪声；通过后喷射，可降低发动机氮氧化合物NOx和颗粒物（Particulate Matter，PM）的排放量。因此柴油机采用高压共轨式电子控制柴油喷射技术，能使柴油良好雾化、提高燃烧效率，从而达到降低油耗、减少排放、降低噪声和减少震动之目的。（3）汽车工业科技发展战略
汽车已为人类交通运输做出了不可磨灭的贡献，未来汽车不仅仅是一个代步工具，而且将具有交通、办公、通信和娱乐等多种功能。汽车在造福人类的同时，也带来了能源紧张、环境污染和交通安全等一系列社会问题。人类历史跨入21世纪以来，国际原油价格一路上扬，2005年6月，国际市场原油价格每桶突破60美元大关，创下了近20年来的油价新高；2011年5月3日，伦敦布伦特原油价格上升到了每桶125美元，此后一路走低。到2012年春节，原油价格一直徘徊在每桶110美元。由此可见，能源消耗问题是汽车发展面临的突出问题，如不严加防范，就会给人类特别是子孙后代造成灾难。
就人类目前拥有的科学技术而言，解决这些问题的有效途径依然是继续开发利用智能化网络化技术，这也是21世纪我国汽车工业科技的发展战略。
汽车智能化、网络化技术主要研究开发智能传感器技术、微处理器技术、智能交通技术、光导纤维技术、模块化设计技术、主动安全技术和网络通信技术等。汽车电子控制技术发展的终极目标是使汽车发展成为能够自动筛选最佳行驶路线的智能汽车。
①智能传感器技术。智能传感器不仅能够提供汽车的状态信息，而且还能对信号进行放大处理，对温度漂移、时间漂移和非线性数据进行自动校正，具有较强的抗电磁干扰能力，在恶劣条件下，仍能保持较高的测量精度。全球汽车传感器市场的平均增长率达20%。
②微处理器技术。微处理器已广泛用于汽车发动机、底盘、车身和故障诊断控制系统，车载各类控制系统目前使用的微处理器累计达到30～60个。汽车智能化发展的一个重要趋势就是大量使用微处理器，用以改善汽车的整体性能。
③智能交通技术。智能交通系统（Intelligent Traffic System，ITS）是将机器视觉、环境感知、卫星定位、信息融合、决策与控制等相关技术相互融合，使汽车自动筛选最佳行驶路线的系统。
④光导纤维技术。光导纤维技术不仅具有柔软性好、易于连接、质量轻、成本低、弯曲半径小、数值孔径大、耦合效率高等优点，而且还具有电气绝缘性能好、抗电磁干扰和抗辐射能力强等优异的传输特性。随着光导纤维的成本不断降低和在汽车上的应用量逐年增大，必将大大降低汽车电子控制系统乃至汽车整车的制造成本和减轻整车整备质量，同时还可以为汽车轻量化开辟一条新的技术途径。
⑤模块化设计技术。所谓模块化设计，是指为开发具有多种功能的不同产品，不需要对每种产品实施单独设计，而是精心设计出多种模块，将其经过不同方式的组合来构成不同的产品，以解决产品品种、规格、制造周期和成本之间的矛盾。汽车整车电子控制系统的零部件用量越来越大，采用模块化设计技术，能够减小体积、减轻质量、缩短装配工时，提高汽车电子控制系统乃至汽车整车的可靠性。
⑥电压倍增技术。理论与试验证明：在电器负载功率不变的情况下，电源电压提高2倍，负载电流可以减小2/3。因此，提高汽车电源电压，就可大大减小汽车电气或电子控制部件电流，汽车导线、电缆、电动机、驱动线圈等就可减小尺寸、减轻质量。同理，在负载电流大小不变的情况下，提高汽车电源电压，可以增大汽车电气或电子控制部件的功率，电子控制螺线管驱动可变气门定时、电子控制电动转向、电子控制气动阀机构、飞轮内装起动机/发电机一体式结构、电子控制电动制动器等就能得以实现，电子控制系统就能驱动大功率执行器来实现自动控制功能。
⑦网络通信技术。汽车电子化发展的一个重要趋势是利用网络通信技术来传输海量的实时数据。网络通信技术为集成通信系统与信息系统等车载系统，提供实时的交通信息、气象数据、满足个性化要求的信息以及详细的道路指南等信息。网络通信技术被视为汽车工业继高压缩比发动机电子控制技术之后的又一次革命。作为引领汽车产业向另一发展阶段进发的新技术领域，网络通信技术必将进一步整合移动通信技术与无线网络技术，使汽车与人类活动紧密相连。
⑧主动安全技术。汽车最新主动安全系统包括车身动态综合管理系统、速度与车距自动调节系统、车辆碰撞预警系统、红外夜视系统、胎压监测系统和驾驶环境控制系统等。
a.车身动态综合管理系统（Vehicle Dynamics Integrated Management System，VDIM）。该系统将防抱死制动系统（ABS）、电子控制制动力分配系统（EBD）、电子控制辅助制动系统（EBA）、驱动轮防滑转控制系统（ASR）和车身稳定性控制系统（VSC）等控制制动力和驱动力的主动安全系统，以及电子控制动力转向系统（EPS）和电子调节悬架系统（EMS）等进行综合集成，对车身姿态进行综合控制，使汽车在各种行驶条件下，特别是在转向、制动或打滑时，都能保持方向稳定、行驶安全和乘坐舒适。事实上，VDIM是一个采用智能识别与判断技术来控制车辆行驶稳定性的主动安全体系。
b.汽车速度与车距自动调节系统。该系统是利用安装在车内的雷达探测装置准确探测汽车行进过程中的障碍物信息，由发动机控制系统、自动变速系统和防抱死制动系统自动采取相应控制策略的集成控制系统。当雷达装置探测到障碍物信息时，系统将采取减速措施，一旦障碍物消失，就会取消制动并控制油门开度增大而加速。
c.车辆碰撞预警系统。该系统是一个由前部探测、后部探测和侧部探测装置组成的监控系统，其功能是提醒驾驶员避免车辆发生碰撞。
d.红外夜视系统。该系统是一个利用红外探测技术，能在夜间探测到距车650～750m发热物体（人、动物和有余热的故障车辆等）的监测与报警系统。汽车前照灯一般能够照射到距车前方150m的物体，最远只能照射到距车前方300～400m的物体。红外夜视系统的功能与车辆碰撞预警系统相似，主要是提醒驾驶员躲避障碍物。
e.轮胎压力监测系统。该系统是一个集中央轮胎充放气系统为一体的监控与报警系统。该系统利用安装在每一只轮胎中的压力与温度传感器直接监测胎内压力和温度，并用无线射频装置将气压和温度信号发送到驾驶室内的接收监控器，再由监控器显示与控制每一只轮胎的气压和温度。系统的功能是有效避免轮胎温度和气压过高而导致爆胎事故，或轮胎漏气导致气压过低而加速磨损，使轮胎始终保持在正常气压和温度状态下行驶，延长轮胎使用寿命，降低汽车燃油消耗。
f.驾驶环境控制系统。该系统是一个舒适性控制系统。该系统集自动空调系统于一体，可根据驾驶室内外温度、行驶速度、空气流量、气流方向进行换气通风，给驾驶员营造一个舒适的驾驶环境，减轻驾驶疲劳，保证车辆行驶安全。3.发动机电控系统的优点
汽油机电控技术的应用使汽油机的综合性能得到了全面的提高，其主要的优点如下。（1）改善了各缸混合气的均匀性
在化油器式汽油机中，当混合气在经过不同宽度、不同长度及具有一定弯曲弧度的进气歧管时，由于空气和汽油颗粒的密度不同，空气比较容易改变方向，而汽油颗粒受惯性力的作用则继续向歧管末端运动，由此造成各缸混合气浓度不均匀。采用电控多点喷射、燃油喷射，在各缸进气门附近，使各缸混合气的浓度基本一致。这样不但有利于提高发动机的经济性，而且也有利于降低一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）的排放量。（2）提高了发动机的动力性和经济性
由于电控燃油喷射系统的进气管中不存在化油器中的喉管，进气系统的进气阻力和进气压力损失较小，充气效率较高，因此，发动机具有较好的动力性和经济性。另外，电控燃油喷射系统不对进气进行预热，这样提高了进气的密度，对提高发动机动力性有利。（3）减少排放污染
电控燃油喷射系统采用氧传感器反馈控制时，能够精确地控制空燃比A/F≈14.7，使三元催化转换器具有最高的转换效率，从而大大减少CO、HC和NOx等有害气体的排放量。另外，现代汽油机电控系统还包括废气再循环、二次空气喷射系统、最佳点火提前角等控制功能，从而可使汽油机有害物的排放量进一步减少。（4）工况过渡圆滑
当发动机运行工况发生变化时，由于电控燃油喷射系统能根据传感器输入信号迅速调整喷油量或喷射正时，提供与该种工况相适应的最佳空燃比，提高了汽油机对加、减速工况的响应速度及工况过渡的平稳性。另外，采用电控燃油喷射方式，汽油的雾化质量好，蒸发速度快，在各种工况下混合气都具有良好的品质，这也有利于提高汽油机非稳定工况的性能。（5）改善了汽油机对地理及气候环境的适应性
当汽车在不同地理环境或不同气候条件的地区行驶时，对于采用体积流量方式测量进气量的电控燃油喷射系统，电控系统能根据大气压力、环境温度及时对空燃比进行修正，从而使汽车在各种地理环境及气候条件下运行时，无须调整都能保证良好的综合性能。（6）提高了汽油机高、低温起动性能和暖机性能
发动机在高温或低温条件下起动时，电控燃油喷射系统能根据起动时发动机冷却水的温度，提供与起动条件相适应的喷油量，使汽油机在高温和低温条件下都能顺利起动。低温起动后，电控燃油喷射系统又能根据发动机冷却水温度自动调整喷油量和空气供给量。加快汽油机暖机过程，使发动机很快就能进入正常运行状态。4.应用在发动机上的电控系统
汽车电控技术得益于电子技术、计算机技术和信息技术的迅猛发展，而推动汽车电控技术发展的动力因素是改善汽车的性能，解决降低能耗、减少污染、提高安全和舒适等问题。进入21世纪，电控技术不仅渗透到汽车的各个系统和总成，而且通过信息技术实现了各系统和总成的协调和集中控制。目前，发动机上常用的电控系统有电控燃油喷射系统、电控点火系统、怠速控制系统、排放控制系统、进气控制系统、增压控制系统、巡航控制系统、警告提示系统、自诊断与报警系统、失效保护系统等。（1）电控燃油喷射系统
电控单元（Electrical Control Unit，ECU）主要根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气；同时还包括喷油正时控制、断油控制和燃油泵控制。（2）电控点火系统
电控点火系统的功能是根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程。（3）怠速控制系统
发动机在汽车行驶、空调压缩机工作、发动机负荷加大等不同怠速运转工况下，由ECU控制怠速控制阀，使发动机怠速始终处于最佳转速。（4）排放控制系统
排放控制系统是对发动机排放控制装置实行电子控制。排放控制的项目主要有废气再循环（EGR）控制、活性炭罐电磁阀控制、氧传感器和空燃比闭环控制、二次空气喷射控制、曲轴箱通风控制等。（5）进气控制系统
电控系统根据发动机工况的变化，控制进气量和气流，提高充气效率和改善雾化条件，从而提高发动机的动力性。（6）增压控制系统
对装备涡轮增压器的发动机，电控系统通过控制增压强度，使进气管的压力适合发动机各种工况。（7）巡航控制系统
在巡航操作模式下，电控系统自动调整节气门开度，使车辆维持设定的车速运行，从而提高了驾驶的舒适性。（8）警告提示系统
ECU控制各种指示和警告装置，显示有关控制系统的工作状况，当控制系统出现故障时，如氧传感器失效、催化器过热、油箱温度过高等，能及时发出警告信号。（9）自诊断与报警系统
当控制系统出现故障时，ECU将会点亮仪表板上的“检查发动机”（Check Engine）灯，提醒驾驶员注意发动机已经出现故障，并将故障信息储存到ECU中，通过一定的程序，可以将故障码调出，供修理人员参考。（10）失效保护系统
在发动机电控系统中，当某传感器失效或线路断路时，电控系统会按预定的程序设定一个参考信号以使发动机继续运转，维持车辆行驶，同时通过报警系统提示驾驶员及时维修。5.发动机电控系统的组成及功能
发动机电控系统主要由传感器、电控单元、执行器3个部分组成。（1）传感器
传感器作为输入部分，用于测量物理信号（温度、压力等），并按一定规律转换成便于传输和处理的另一种物理量（一般为电量）。
传感器相当于人的眼、耳、鼻、舌、口等五官。在汽车电子控制系统中，传感器的作用是将汽车各部件运行的状态参数（各种非电量信号）转换成电量信号并输送到各种电控单元。
车用传感器安装在汽车上的不同部位。汽车型号和档次不同，装备传感器的多少也不同。有的汽车只有几只传感器（如发动机控制系统只有6～8只），有的汽车装备的传感器很多。一般来说，汽车装备传感器越多，则汽车的档次就越高。
按检测项目不同，汽车电子控制系统采用的传感器可分为以下几种类型。
①流量传感器，如发动机燃油喷射系统采用的翼片式、量芯式、涡流式、热丝式与热膜式空气流量传感器。
②位置传感器，如发动机燃油喷射和电子（位置）控制点火系统采用的曲轴位置传感器（又称发动机转速曲轴位置传感器）、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器；电子调节悬架系统采用的车身位置（又称车身高度）传感器；信息显示系统和液面监控系统采用的各种液面位置（或高度）传感器；自动变速器系统采用的选挡操纵手柄传感器；巡航控制系统采用的节气门位置传感器；电子控制动力转向系统采用的方向盘转角传感器等。
③压力传感器，如发动机控制系统采用的进气歧管压力传感器、大气压力传感器、排气压力传感器、气缸压力传感器；自动变速器系统采用的燃油压力传感器；发动机爆燃控制系统采用的爆燃传感器等。
④温度传感器，如发动机冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、燃油温度传感器；自动变速器系统采用的自动传动液温度传感器；空调控制系统采用的车内温度传感器等。
⑤浓度传感器，如发动机控制系统采用的氧传感器；安全控制系统采用的酒精浓度传感器等。
⑥速度传感器，如防抱死制动系统采用的车轮速度传感器、车身纵向和横向加（减）速度传感器；发动机控制系统采用的转速传感器；发动机、自动变速器以及巡航控制系统采用的车速传感器；变速器输入轴转速传感器以及输出轴转速传感器等。
⑦碰撞传感器，如辅助防护系统采用的滚球式、滚轴式、偏心锤式、压电式和水银式碰撞传感器等。（2）电控单元
汽车电子控制单元（ECU）又称汽车电子控制器或汽车电子控制组件，俗称“汽车电脑”。
电控单元是以单片微型计算机（即单片机）为核心所组成的电子控制装置，具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。
电控单元是汽车电子控制系统的控制中心，其主要作用是分析、处理传感器采集的各种信息，并向受控装置（即执行器或执行元件）发出控制指令。（3）执行器
执行器又称执行元件，是电子控制系统的执行机构。执行器的作用是接收电控单元发出的指令，完成具体的执行动作。汽车电子控制系统不同，采用执行器的数量和种类也不同。发动机燃油喷射系统的执行器有电动燃油泵和电磁喷油器；发动机怠速控制系统的执行器是怠速控制阀；燃油蒸气回收系统的执行器是活性炭罐电磁阀；位置控制点火系统的执行器有点火控制器和点火线圈；防抱死制动系统的执行器有两位两通电磁阀或三位三通电磁阀、制动液回液泵电动机；安全气囊系统的执行器是气囊点火器；座椅安全带收紧系统的执行器是收紧器点火器；自动变速系统的执行器有自动传动液压油泵、换挡电磁阀和锁止电磁阀；汽车巡航控制系统的执行器有巡航控制电动机或巡航控制电磁阀等。（4）典型的汽车发动机电控系统
汽车发动机电子控制系统的主要功能是提高汽车的动力性、经济性和排放性能。随着汽车电子控制技术的发展与进步，世界各大汽车公司或电子技术公司开发研制的发动机电子控制系统千差万别。控制系统的功能、控制参数和控制精度不同，采用控制部件（传感器、电控单元和执行器）的类型或数量也不尽相同。通过对各种控制部件进行不同的组合，便可组成若干个子控制系统。例如，桑塔纳2000GSi型轿车AJR型发动机电子喷射系统的结构如图1-1所示。发动机电控系统的基本组成图1-1 AJR型发动机电子喷射系统结构示意图
其组件在车上的布置如图1-2所示，AJR型发动机电子控制系统的组成如图1-3所示。图1-2 汽油喷射系统和点火系统位置布置图图1-3 AJR型发动机电子控制系统组成
汽车发动机电子控制系统传感器、执行器的主要功能见表1-2、表1-3。表1-2 发动机电子控制系统各传感器与开关信号的作用表1-3 发动机电子控制系统执行器的主要功能
汽车发动机电子控制系统是一个综合控制系统，并具有多种控制功能。将发动机电子控制系统的传感器和执行器进行不同的组合，就可组成燃油喷射系统、微机控制点火系统、空燃比反馈控制系统、发动机爆燃控制系统、超速断油控制系统、减速断油控制系统、清除溢流控制系统、怠速控制系统、燃油蒸气回收系统和故障自诊断系统等，从而实现燃油喷射控制、点火提前闭环控制、空燃比反馈控制、发动机爆燃控制、超速断油控制、减速断油控制、清除溢流控制、怠速控制、燃油蒸气回收和故障自诊断功能。此外，某一控制系统也可能同时具有多种控制功能。例如，电子控制燃油喷射系统能够精确控制喷油量，且喷射的燃油雾化良好、燃烧完全。因此，不仅能够提高汽车的动力性，而且还能提高汽车的经济性和排放性。
在汽车电子控制系统中，发动机电子控制系统的控制部件最多、控制参数最多、控制功能最强、控制过程最复杂。因此，只要熟悉发动机电子控制系统的结构原理与控制过程，掌握该系统的故障诊断与检修方法，学习其他电子控制系统就会游刃有余。5.电控系统的控制方式
电控系统的控制方式分为开环控制和闭环控制两种方式。开环控制是指ECU根据传感器的信号对执行器进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。开环控制示意图如图1-4所示。闭环控制也叫反馈控制，在开环控制的基础上，它对控制结果进行检测，并反馈给ECU，进行原先的控制修正。闭环控制示意图如图1-5所示。图1-4 开环控制示意图图1-5 闭环控制示意图二、发动机电控单元的组成及功能
在学习发动机电子控制系统的各种功能前，应该对发动机电控单元（ECU）的结构和工作原理有所了解，有了电控单元的基本知识后，再去学习复杂的电子控制系统就比较容易了。此外，对汽车而言，发动机电控单元是最为重要的部件之一，了解它的工作原理及其内部参数的设计思路，将对汽车维修人员在实际工作中进行故障诊断和车辆检测提供极大的帮助。
发动机ECU是发动机的“大脑”，各种传感器则是发动机的“眼睛和耳朵”，执行器就是发动机的“手和脚”。发动机ECU采集各传感器的信号并进行处理和运算后，控制执行器动作，最终控制发动机机械系统的运转。1.发动机ECU的结构和工作原理
图1-6为发动机ECU的基本构成示意图，主要由输入回路、A/D（模拟/数字）转换器、微处理器和输出回路组成。图1-7所示为发动机ECU外形。图1-6 发动机ECU的基本构成图1-7 发动机ECU外形（1）输入回路
微处理器只能识别0～5V的方波数字信号，但传感器输送给发动机ECU的信号有数字信号和模拟信号两种，对应于不同的输入信号，输入回路的作用也不相同。
对输入的数字信号，如霍尔式和光电式传感器、卡门式空气流量传感器以及各种开关的输入信号，其输入特性如图1-8（a）所示，输入回路的作用就是对其进行削峰后转换成0～5V的方波数字信号，如图1-9所示。图1-8 数字信号和模拟信号
对输入的模拟信号，如冷却液温度传感器、电位计式节气门位置传感器以及热线式空气流量传感器的输入信号，其输入特性如图1-8（b）所示，输入回路的作用就是将信号波形的杂波过滤掉，并削峰后输入A/D转换器，将模拟信号转换成数字信号，如图1-9所示。（2）A/D（模拟/数字）转换器
微处理器不能直接处理模拟信号，A/D转换器的作用就是将模拟信号转换成数字信号，如图1-10所示，然后输入微处理器进行处理。图1-9 输入回路的作用图1-10 A/D转换器的作用（3）微处理器
微处理器主要由中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM、ROM）和输入输出（I/O）接口3部分组成。
①中央处理器（CPU）。中央处理器（CPU）是整个控制系统的核心，所有的数据都要在CPU内进行运算，它主要由进行算术与逻辑运算的运算器、暂时存储数据的寄存器、按照程序执行各装置之间信号传送及控制任务的控制器等组成。当接收到各传感器的信号后，中央处理器根据预先设计的要求进行算术运算和逻辑运算，并控制燃油喷射、点火、怠速以及排放等系统。
②存储器（RAM、ROM）。存储器主要是用来储存信息资料。存储器一般分为两种，一种是能读出也能写入的存储器，称为随机存储器（Random Access Memory，RAM）；另外一种是只能读出的存储器，称为只读存储器（Read Only Memory，ROM）。
a.随机存储器（RAM）。RAM主要用来存储计算机操作时的可变数据，如用来存储计算机输入、输出数据和计算过程中产生的中间数据等，根据需要，存储的数据可随时调出或更新。RAM在计算机中起暂时存储信息的作用，当电源切断时，所有存入RAM的数据会完全丢失。在发动机运行过程中，为了长期保存RAM的某些数据，如故障代码、空燃比学习修正值等，防止点火开关关闭时这些数据的丢失，RAM一般都通过专用的电源后备电路与蓄电池直接连接，使它不受点火开关的控制。但如果专用电源后备电路断开或蓄电池上的电源线拔掉时，存入RAM的数据也会丢失。
b.只读存储器（ROM）。ROM用来存储固定数据，即存放各种永久性的程序和永久性、半永久性的数据。如电子控制燃油喷射发动机系统中的一系列控制程序软件、喷油特性脉谱、点火控制特性脉谱以及其他特性数据等。这些信息资料一般都是在制造时由厂家一次性存入，运用中无法改变其中的内容，计算机工作时，新的数据不能存入ROM。当电源切断时，存入ROM的信息不会丢失，通电后又可以立即使用。
③输入输出（I/O）接口。输入输出接口是CPU与输入装置（传感器）、输出装置（执行器）间进行信息交流的控制电路，输入输出装置一般都通过I/O接口才能与CPU连接。根据CPU的命令，I/O接口以所需要的频率接收输入信号，并按发出控制信号的形式和要求，以最佳的速度将输出信号送出（或送入中间存储器）。此外，输入、输出接口还起着数据缓冲、电瓶匹配、时序匹配等多个作用。（4）输出回路
CPU输出的是电压很低的数字信号，用这种信号一般不能直接驱动执行器工作。输出回路的作用就是将这种低电压的数字信号转换成可以驱动执行器工作的控制信号。输出回路一般采用大功率的电子元件（如三极管、场效应管等），由微处理器输出的信号控制其导通和截止，从而控制执行器的供电或搭铁回路来控制执行器的动作。
目前的发动机ECU除上述基本装置外，还增设了电源装置、电磁干扰保护装置、自检装置、后备系统等，将它们紧凑地组装在一起，既节省空间，又使其工作更加可靠。2.发动机ECU电源电路
ECU必须有合适的供电电压才能控制发动机管理系统。ECU电源电路就是由蓄电池向ECU供电的电路，它主要是由蓄电池、EFI（电子燃油喷射）主继电器及点火开关等组成。
ECU电源电路不但要保证ECU在点火开关接通（即转到“ON”位置）时立即获得电源电压，而且还要保证ECU特定的端子（比如“BATT”端子）在点火开关关闭（即转到“OFF”位置）时也要与电源连通（即获得不间断的电源电压）。
当点火开关接通时，ECU经过一个熔断器获得电源电压，并将蓄电池电压（一般为12～14V）调节到5V或12V后供给内部和外部的元件使用。
在点火开关关闭时，ECU也需要供电，以保存相应的车辆参数和诊断故障代码等信息。因此，还有一个电路通过一个独立的熔断器不间断地为ECU提供蓄电池电压，若此电路断路，将使ECU中存储的怠速学习参数、燃油修正参数、故障码等信息全部丢失。
EFI主继电器的作用是接通ECU和其电源间的连线，其功能是防止ECU电路的电压下降。当点火开关接通（ON）时，电流流过继电器线圈，各触点接通，电流经熔断器流入ECU。
对于未装步进电机式怠速空气控制阀的ECU电源电路，EFI主继电器由点火开关控制；对于装有步进电机式怠速空气控制阀的ECU电源电路，EFI主继电器由发动机ECU直接控制。（1）未装步进电机式怠速空气控制阀的ECU电源电路
这种电源电路如图1-11所示，图中EFI主继电器由点火开关控制。当接通点火开关后，主继电器吸合，电流通过继电器流向ECU的两个“+B”端子。当断开点火开关后，继电器马上断开，流向发动机ECU的两个“+B”端子的电流被切断。图1-11 未装步进电机式怠速空气控制阀的ECU电源电路（2）装有步进电机式怠速空气控制阀的ECU电源电路
装有步进电机式怠速空气控制阀的ECU电源电路如图1-12所示，点火开关接通，ECU的“BATT”端子供电，ECU通过内部的主继电器控制电路，控制继电器电源端子通电，将EFI主继电器吸合，蓄电池电压加到ECU的两个“+B”端子上。当断开点火开关后，ECU通过主继电器控制电路继续供电，让EFI主继电器延时断电，以便步进电机能有时间退回初始位置，使旁通气道开度达到最大，为下一次起动做准备。图1-12 装有步进电机式怠速空气控制阀的ECU电源电路
由电路图可见，上述两种电源电路都有一条导线通过EFI熔断器直接从蓄电池连接到发动机控制模块的“+BATT”端子，其作用是不管点火开关在“ON”位置还是“OFF”位置，蓄电池都向发动机ECU的随机存储器（RAM）持续供电，以保证发动机ECU能随时存储故障码、空燃比修正值等数据。有些车型可以用拔下EFI熔断器一定时间（如丰田车10s以上）的方法来清除RAM中存储的故障代码，其原因就是切断了RAM的持续供电电流。三、发动机电控系统故障自诊断系统
汽车电子控制系统的电控单元内部一般都有一个故障自诊断电路系统（OBD），它能在运行过程中不断监测电子控制系统各部分的工作情况，并能检测出电子控制系统中大部分故障，将故障以代码的形式存储在电控单元的存储器内。只要不拆下蓄电池，这些故障代码将一直保存在电控单元内。维修人员可按照特定的方法将故障代码读出，为检测与诊断发动机电子控制系统提供依据。1.OBD-Ⅱ简介
在汽车技术发展的历程中，世界各大汽车制造公司的技术特点各不相同，缺乏统一的标准，导致各种汽车自诊断系统的故障诊断座形式和位置、读取与清除故障码的方法各异，这给汽车用户和维修人员带来了很大不便。为此，20世纪70年代，汽车电控系统中开始采用第一代随车诊断系统（OBD-I）；1994年以后，美国、日本和欧洲的主要汽车制造厂家生产的电控汽车逐步开始采用第二代随车诊断系统（OBD-Ⅱ）。
OBD是“On-Board Diagnostics”的英文缩写，即随车诊断系统。OBD-Ⅱ则是指第二代随车诊断系统。OBD-Ⅱ是由美国汽车工程师协会（SAE）提出，经环保机构（EPA）和加州资源协会（CARB）认证通过。OBD-Ⅱ的主要特点如下。
①汽车按标准装用统一的16端子诊断座，如图1-13所示。并将诊断座统一安装在驾驶室仪表盘下方。
②OBD-Ⅱ具有数据传输功能，并规定了两个传输线标准：欧洲统一标准（ISO-Ⅱ）规定数据传输用“7”号和“15”号端子，美国统一标准（SAE-J1850）规定数据传输用“2”号和“10”号端子。
③OBD-Ⅱ具有行车记录功能，能记录车辆行驶过程的有关数据资料，能记忆和重新显示故障码，可利用仪器方便、快速地调取或清除故障码。
④装用OBD-Ⅱ的汽车，采用相同的故障码，代号且故障码意义统一。故障码由1个英文字母和4个数字组成，如图1-14所示。图1-13 OBD-Ⅱ诊断座图1-14 OBD-Ⅱ故障码形式2.解码器的使用方法
通过对解码器的使用，要求能够正确运用解码器读取汽车故障码，以及能够对读取的故障码查找出故障原因，并能够运用解码器对故障码进行清除。
解码器（故障诊断仪）的种类繁多，虽然使用方法不同，但操作方法大同小异，参照使用说明书能很快掌握，下面以金德KT300诊断仪为例，介绍一下通用解码器的使用。
金德KT300诊断仪如图1-15所示，它具有结构化、标准化、模块化和可持续开发等先进特点。它包含了大多数原厂通信协议及控制器局域网（CAN）的通信协议，可扩充性强。其主要功能有汽车故障诊断、数据流波形显示/存储/对比，自带大众/奥迪维修技术手册、汽车英汉词典，有多种升级方式，具有设备自检功能，OBD-II测试接头兼容大部分16端子诊断座。（1）金德KT300诊断仪的连接
首先确认被测车蓄电池电压介于11～14V之间；关闭点火开关；确定诊断座的位置、形状以及是否需要外接电源，如需外接电源按图1-16连接；根据车型及诊断座的形状选择相应的接头，将测试延长线的一端插入KT300的测试口内，另一端连接测试接头；将连接好测试延长线的测试接头插到车辆的诊断座上；连接好仪器接通电源，起动KT300进入主菜单，选择汽车诊断模块如图1-17所示，其界面说明见表1-4。图1-15 金德KT300诊断仪图1-16 金德KT300诊断仪的连接图1-17 汽车诊断模块表1-4 汽车诊断模块界面说明（2）故障诊断测试
选择相应的车型图标进行车辆故障测试，如点击“中国车系”、奥迪大众图标，屏幕显示该车的诊断信息（V02.06为当前仪器内该车型的诊断车型版本，根据测试版本的不同，该号码在程序升级后会随之改变），如图1-18所示。
测试功能包括读取故障码、清除故障码、读取数据流、基本设定、控制器编码、元件控制测试、各种调整匹配、自适应清除、系统登录、匹配防盗钥匙等。在图1-18的界面中点击“选择系统”进入下一级菜单，可选择车上被测系统，如图1-19所示；点击“按地址码进入系统”后可直接输入系统代码进入被测系统；“专家功能”菜单后面显示维修帮助功能菜单，维修帮助功能菜单下包含了“音响解码功能”和“奥迪大众车系维修技术手册”（包含故障码分析，数据流分析，基本设定与调整技巧，控制单元编码技巧，第二代、第三代防盗系统匹配）；点击“修改维修站代码”进入下一级菜单，可以修改维修站的代码；点击“BOSCH M1.5.4系统”可进入BOSCH M1.5.4系统。
进入系统选择菜单后，可根据实际情况选择相应的被测系统，如选择“01-发动机”，将显示汽车电脑版本号，部分车型会有多屏显示。读取完汽车电脑版本号后，按任意键，进入系统诊断界面，下面分别对各测试系统功能菜单进行说明。
①在系统功能选择菜单中选择“01-读取车辆电脑型号”，屏幕显示如图1-20所示，此项功能可以读取被测试系统的电脑信息，包括版本号、CODING号、服务站代码以及相关信息。图1-18 奥迪大众故障测试界面图1-19 系统选择菜单
②在系统功能选择菜单中选择“02-读取故障码”，系统开始检测电脑随机存储器（ROM）中存储的故障记忆内容，测试完毕，屏幕显示出测试结果，如图1-21所示。通过滚动条滚动屏幕查看所有故障码信息，若所测试系统无故障码，则屏幕显示无故障码字样，选择Esc按键返回上一级菜单。此项功能可以读取被测试系统ECU存储器内的故障代码，帮助维修人员快速地判断发动机故障的范围。特别说明：在故障显示内容后如标有“/SP”字样的故障为偶发性故障。图1-20 读取车辆电脑型号图1-21 读取故障码
③在系统功能选择菜单中选择“05-清除故障码”，进入故障码清除界面，如图1-22所示。此项功能可以清除被测试系统ECU内存储的故障代码，一般车型应严格按照常规顺序操作：先读故障码，记录（或打印）后清除故障码，试车、再次读取故障码进行验证，维修车辆，清除故障码，再次试车确认故障码不再出现。
当前硬性故障码是不能被清除的，如果是氧传感器、爆燃传感器、混合气修正、气缸失火之类的技术型故障码虽然能立即清除，但在一定周期内还会出现。必须彻底排除故障之后，故障码才不会再出现。
④在系统功能选择菜单选择“03-元件控制测试”，进入操作界面如图1-23所示。此项功能可以检查执行元件的电路工作状况，进行元件控制测试时，可以观察该元件是否正常工作，如果该执行元件不能正常工作，则需要检查相关电气元件、插头线束或机械部位是否存在故障。特别注意：“03-元件控制测试”功能的使用要按照原厂手册操作，以免造成车辆故障。图1-22 清除故障码界面
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]