一、系統(tǒng)組成
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)由傳感器、控制器、執(zhí)行器三大部分組成。傳感器是感知信息的部件，可向控制器提供汽車運(yùn)行狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)工況等相關(guān)信息。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器即發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECM），可以接收來自傳感器的信息并存儲相關(guān)信息，經(jīng)計(jì)算和分析處理后發(fā)出相應(yīng)的控制指令給執(zhí)行器。執(zhí)行器即執(zhí)行元件，其作用是執(zhí)行控制器的指令，從而達(dá)到控制目標(biāo)。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。
1．傳感器
在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，傳感器的作用是將汽車各部件運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)（各種非電量信號）轉(zhuǎn)換成電信號并輸送到各種控制器，用以監(jiān)測各部件運(yùn)行情況和環(huán)境條件。
（1）空氣流量傳感器
空氣流量傳感器監(jiān)測吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，并將信號輸入給ECM，以便確定噴油量的多少，是燃油噴射重要的參考信號。
（2）進(jìn)氣歧管壓力傳感器
進(jìn)氣歧管壓力傳感器通過測量進(jìn)氣管絕對壓力間接檢測進(jìn)氣量，并將信號輸入給ECM以確定噴油量，也是燃油噴射過程中重要的參考信號。
（3）節(jié)氣門位置傳感器
節(jié)氣門位置傳感器監(jiān)測節(jié)氣門的開度（如節(jié)氣門全閉、部分開啟和全開等）及開度變化情況，并將信號輸入給ECM，以此對燃油噴射及自動(dòng)變速器換擋等進(jìn)行控制。
（4）曲軸位置傳感器
曲軸位置傳感器也可稱為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，它檢測發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角，并將信號輸入ECM，以便控制噴油提前角和點(diǎn)火提前角的大小，是燃油噴射和點(diǎn)火控制的主控制信號。
（5）凸輪軸位置傳感器
凸輪軸位置傳感器檢測活塞上止點(diǎn)位置信號（又稱為氣缸識別傳感器），以便控制噴油和點(diǎn)火時(shí)刻，是點(diǎn)火控制的主控制信號。
（6）冷卻液溫度傳感器
冷卻液溫度傳感器向ECM提供冷卻液溫度信號，用于修正噴油量和點(diǎn)火提前角，是燃油噴射和點(diǎn)火控制的修正信號。
（7）進(jìn)氣溫度傳感器
進(jìn)氣溫度傳感器向ECM提供發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度信號，作為燃油噴射和點(diǎn)火控制的修正信號。
（8）氧傳感器
氧傳感器檢測廢氣中氧氣的含量，向ECM輸入可燃混合氣空燃比反饋信號，以便修正噴油量并實(shí)現(xiàn)空燃比的閉環(huán)控制。
（9）爆震傳感器
爆震傳感器檢測發(fā)動(dòng)機(jī)是否爆燃及爆燃強(qiáng)度，并將信號輸入給ECM，以便修正點(diǎn)火提前角并實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角閉環(huán)控制。
除以上傳感器向ECM輸入控制信號之外，還有點(diǎn)火開關(guān)信號、發(fā)電機(jī)負(fù)荷信號、空調(diào)開關(guān)信號（A／C）、擋位開關(guān)信號和空擋位置開關(guān)信號、蓄電池電壓信號、離合器開關(guān)信號、制動(dòng)開關(guān)信號、動(dòng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)信號、巡航（定速）控制開關(guān)信號等輸入ECM，以更好地對噴油量、點(diǎn)火提前角等進(jìn)行控制，適應(yīng)汽車的不同運(yùn)行工況。
2．控制器
ECM是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的核心，可被視為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的大腦，具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理等功能。
其作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①給傳感器提供參考（基準(zhǔn)）電壓；
②存儲分析計(jì)算所用的程序、車型的特點(diǎn)參數(shù)、運(yùn)算中的數(shù)據(jù)及故障信息；
③運(yùn)算分析，即根據(jù)信息參數(shù)求出執(zhí)行命令并輸出給執(zhí)行器；
④將輸出的信息與標(biāo)準(zhǔn)值對比，查出故障并輸出故障信息；
⑤自我修正（自適應(yīng)功能）。
ECM是以微型計(jì)算機(jī)為核心組成的電子控制裝置，并在內(nèi)存中存儲著設(shè)計(jì)者事先編制的程序或控制軟件，即ECM由硬件和軟件兩部分組成。
3．執(zhí)行器
執(zhí)行器是電子控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行器接收ECM發(fā)來的各種指令，完成具體的執(zhí)行動(dòng)作。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中主要的執(zhí)行器及其功能如下：
（1）燃油泵
電動(dòng)燃油泵供給燃油噴射系統(tǒng)規(guī)定壓力的燃油。
（2）噴油器
噴油器根據(jù)ECM的噴油脈沖信號精確控制燃油噴射量并噴入進(jìn)氣管（或氣缸）內(nèi)。
（3）怠速控制閥（或電子節(jié)氣門）
怠速控制閥或電子節(jié)氣門根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷情況，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速。
其他執(zhí)行器還有EGR閥、冷卻風(fēng)扇、空調(diào)壓縮機(jī)、自診斷顯示與報(bào)警裝置等，另外，現(xiàn)代汽車設(shè)置了專門的故障診斷通信接口，主要用于與專用故障診斷儀相連接進(jìn)行車外診斷，讀取故障信息和參數(shù)。
二、控制功能
汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合控制系統(tǒng)，具有多種控制功能，而燃油噴射控制和點(diǎn)火控制是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能，進(jìn)氣控制、排放控制、故障自診斷與失效保護(hù)等均為輔。
1．噴油控制
燃油噴射控制主要包括噴油量控制、噴射正時(shí)控制。另外，燃油噴射控制還包括斷油控制和燃油泵控制等。
2．點(diǎn)火控制
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)荷條件下，根據(jù)各相關(guān)傳感器信號，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況和運(yùn)行條件，選擇最理想的點(diǎn)火提前角點(diǎn)燃可燃混合氣。
在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)點(diǎn)火時(shí)刻采用閉環(huán)控制時(shí)，就能把點(diǎn)火提前角控制在接近臨界爆燃點(diǎn)或使發(fā)動(dòng)機(jī)有輕微的爆燃，以最大限度地發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的潛能，提高動(dòng)力性。
3．進(jìn)氣控制
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，對發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，從而改善動(dòng)力性。進(jìn)氣控制系統(tǒng)主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制系統(tǒng)、可變進(jìn)氣道控制系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓控制系統(tǒng)、可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)等。
4．排放控制
排放控制主要對發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置的工作進(jìn)行電子控制，排放控制系統(tǒng)主要包括燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)，三元催化轉(zhuǎn)化與空燃比反饋控制系統(tǒng)等。
除了以上控制功能外，應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上的電子控制功能還有冷卻風(fēng)扇控制、發(fā)電機(jī)控制等。隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的功能必將日益增加。
三、控制方式
發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制方式主要有開環(huán)控制和閉環(huán)控制。
1．開環(huán)控制
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECM根據(jù)傳感器的信號對執(zhí)行器進(jìn)行控制，而控制的結(jié)果（如燃燒是否完全、怠速是否穩(wěn)定、是否有爆燃發(fā)生等）是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)無法做出分析，控制的結(jié)果對控制過程沒有影響，這種控制方式稱為開環(huán)控制。
開環(huán)控制的特點(diǎn)是在控制器與被控對象之間只有正向控制作用而沒有反饋控制作用，要實(shí)現(xiàn)精確控制，其控制系統(tǒng)ROM中必須預(yù)先存儲可能遇到的各種工況及運(yùn)行條件所需控制參數(shù)的精確調(diào)整數(shù)據(jù)，這樣才能保證輸出的控制信號能產(chǎn)生預(yù)期的發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)。而控制數(shù)據(jù)一旦存入ECM的ROM中，就不再變動(dòng)。
2．閉環(huán)控制
對開環(huán)控制的控制過程進(jìn)行分析可知，開環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)整空燃比和點(diǎn)火提前角的準(zhǔn)確程度受到發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)狀況和控制程序及數(shù)據(jù)的限制。另外，開環(huán)控制系統(tǒng)無法將影響空燃比和點(diǎn)火提前角的其他控制參數(shù)一一兼顧，因此很難做到精確地控制。
閉環(huán)控制實(shí)質(zhì)上就是反饋控制。在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際檢測到的控制結(jié)果的反饋信號來決定增減輸出控制量的大小。閉環(huán)控制的特點(diǎn)是在控制器與被控對象之間，不僅存在著正向作用，而且存在著反饋?zhàn)饔?，即系統(tǒng)的控制結(jié)果對控制量有直接影響。
四、控制原理
發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，ECM進(jìn)入工作狀態(tài)，相應(yīng)程序從ROM中被讀取至CPU。這些程序可以用來控制點(diǎn)火時(shí)刻、燃油噴射、怠速等。通過CPU的控制，一個(gè)個(gè)指令逐個(gè)地循環(huán)執(zhí)行。執(zhí)行程序中所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)信息來自各個(gè)傳感器。從傳感器來的信號，首先進(jìn)入輸入電路進(jìn)行處理。如果是數(shù)字信號，則直接經(jīng)I／O接口進(jìn)入微處理器；如果是模擬信號，則經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才經(jīng)I／O接口進(jìn)入微處理器。大多數(shù)信息暫時(shí)存儲在RAM內(nèi)，根據(jù)指令再從RAM送到CPU。有時(shí)需將存儲在ROM中的參考數(shù)據(jù)引入CPU，使輸入傳感器的信息與之進(jìn)行對比。對來自有關(guān)傳感器的每一個(gè)信息依次取樣，并與參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。CPU對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運(yùn)算后，做出決定并發(fā)出輸出指令信號，經(jīng)I／O接口，必要的信號還要經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號，最后經(jīng)輸出電路去控制執(zhí)行器動(dòng)作。
內(nèi)容來源：
《汽車傳感器入門到精通全圖解》 化學(xué)工業(yè)出版社 主編：于海東
