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第二章　发动机电控系统

第一节　发动机控制单元

一、发动机控制单元概述

发动机控制单元（ECU）也称为发动机控制模块（ECM），或者动力控制模块（PCM），在有些车系中也有厂家特定的缩写（例如，宝马汽油发动机控制单元英文缩写为DME，柴油发动机控制单元缩写为DDE），汽车维修中俗称“发动机电脑”，是一种综合控制电子装置。其功用是储存（在控制单元中有集成的ROM存储器）该车型的特征参数和运算中所需的有关数据信息；给各传感器提供参考电压，接收传感器或其他装置输入的电信号；并对所接收的信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行器（元件）发出指令使发动机各个控制系统能正常地发挥其控制功能；或根据指令输出自身已储存的信息及自我修正。

二、发动机控制单元工作原理

发动机控制单元的作用是根据发动机的进气量和转速信号，计算出基本喷油持续时间，以接近理想空燃比的混合气供发动机工作，并控制其运转。例如，在冷车启动时，ECM根据有关信号，通过增加喷油量和控制怠速控制阀等执行元件，使发动机顺利启动并控制怠速时的转速。此外，ECM还具有故障自诊断和保护功能，当发动机出现故障时，控制单元可自动诊断故障和保存故障代码，并通过故障指示灯发出警告，所保存的代码在一定的触发条件下还可以输出。一旦传感器或执行器失效时，ECM自动启动其备用系统投入工作，以保证车辆的安全，维持车辆继续行驶的能力。控制单元还可以与维修诊断仪器进行通信，利用诊断仪器可以查看存储于控制单元内部的故障诊断代码，扫描当前控制单元运行的系统参数即数据流，还可以利用诊断仪器对控制系统的执行器进行强制驱动测试，可以在对控制系统进行维修诊断时提供极大的便利。

三、发动机控制单元功能

ECM在启动时根据发动机的转速、发动机冷却液温度等信号综合计算出喷油时间，在启动后根据进气歧管绝对压力传感器确定基本喷油量。在确定基本喷油量之后，根据发动机工况的不同可进行以下修正。

1. 启动加浓

启动工况是指发动机转速低于规定值，点火开关位于启动挡。特别是在低温时，为改善启动性能，应适当增加喷油时间，加浓可燃混合气。

2. 启动后加浓

发动机刚启动后，为保持其稳定运转，ECM根据发动机冷却液温度，适当地增加喷油量。

3. 暖机加浓

发动机温度低时，汽油蒸发性能差，应供给较浓的混合气。ECM可根据发动机冷却液温度传感器、发动机转速和节气门位置传感器等信号，加浓混合气。

4. 大负荷加浓

发动机在输出最大功率时，为保证其良好地工作，ECM根据节气门位置、发动机转速、空气流量、发动机冷却液温度等的信号，增加喷油持续时间，加浓量可达正常喷油量的8%～30%。

5. 加速加浓

发动机在加速时，为使其具备良好的动力性，需要适当加浓。ECM可根据进气量、发动机转速、车速、节气门位置（变化率）、发动机冷却液温度传感器信号，增加喷油量。

6. 进气温度修正

由于空气的密度随温度的变化而变化，因此为了保持较为准确的空燃比，ECM以20℃时的空气密度为标准，根据实测的进气温度信号，修正喷油量，温度低时增加喷油量，温度高时减少喷油量。其最大幅度约为10%。

7. 怠速稳定性修正

发动机控制系统中，当进气歧管压力上升时，怠速便下降，ECM根据节气门位置、发动机转速、进气歧管绝对压力传感器信号，增加喷油量，提高怠速转速。反之，减少喷油量，使转速降低。

8. 空燃比反馈修正

ECM根据氧传感器的信号修正喷油量。但在发动机启动、启动后加浓、大负荷、发动机冷却液温度低于规定温度和断油工况时，ECM不进行闭环控制。

9. 电压修正

电源电压对喷油量有影响。电压低，会使实际的喷油持续时间比正常的短，混合气变稀，为此也需要进行修正。ECM根据电压的高低自动修正喷油量。电源电压信号主要来自蓄电池。

10. 故障自诊断与失效保护功能

为了及时地发现发动机电控汽油喷射系统故障，并在故障发生时保持汽车最基本的行驶能力，以便进厂维修，ECM具有故障自诊断和失效保护功能。在ECM内设有专门的自诊断电路，当发动机运转时，ECM不断地监测各个部分的工作情况。

一旦发现异常情况，便将故障信号存储在存储器内，并以代码方式显示出来。为防止因传感器的故障而导致汽车不能行驶，在传感器出现故障时，ECM能立即采用预先存储的故障传感器信号的正常值来继续控制发动机的运转。对于执行器，为了防止因其故障影响安全，ECM能立即采取相应的措施以保证发动机的安全。这时，控制单元就会发出警告信号，并向执行系统发出停止喷油指令。

此外，在ECM内还备有应急回路。当应急回路收到监控回路发出的异常信号时，便立即启用备用的简单控制程序，使发动机各种工况的喷油量和点火时刻均按照原设定程序进行控制，从而使汽车能保持基本的行驶能力。

四、发动机控制单元内部元件

各种车型的发动机控制单元内的元件不同，下述为奥迪A6 1.8L发动机举例说明，见图2-1。

图2-1　发动机控制单元内部结构和元件

1—燃油信号处理模块；2—节气门控制信号模块；3—中央处理器；4—喷油控制驱动器；5—活性炭罐驱动器；6—氧传感器驱动器；7—S+M片式磁珠

1. 中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU）根据发动机控制程序对原始采集来的数据进行逻辑计算、分析，对执行器发出指令，负责控制整个汽车电脑的工作。

2. S+M片式磁珠

片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，构成高体积电阻率的独石结构。磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠用来吸收超高频信号，像一些RF电路、PLL、振荡电路、含超高频存储器的电路都需要在电源输入部分加磁珠。

3. 活性炭罐驱动器

活性炭罐驱动器接收中央处理器（CPU）的指令，在合适时刻开启活性炭罐电磁阀。

4. 氧传感器驱动器

发动机启动后，使氧传感器驱动器快速加热，从而保证氧传感器的正常工作温度，使其快速进入监测工作状态。

5. 爆燃信号处理模块

爆燃信号处理模块负责将爆燃传感器检测到的爆燃信号转化成ECU能够识别的数字信号，即模/数（A/D）转换。如果该芯片损坏，则发动机无法控制爆燃现象，导致发动机产生尖锐的敲缸声，并损坏曲柄连杆机构。

6. 点火信号模块

ECU根据发动机运行工况计算准确点火时间，CPU输出点火信号，经该模块放大处理后，由ECU相关四个端子分别输出1、4、3、2缸点火信号到点火器，控制发动机的点火。如果点火信号模块损坏，会导致发动机点火故障。

7. CAN收发器

CAN收发器具有接收和发送的功能。它将CAN控制器传来的数据转化成为电信号并将其送入数据传输线，同样也为CAN控制器接收和转化数据。CAN收发器将接收和发送功能分离开来，从而使一根导线，确切地说是一对导线上能同时传送两个信号。

8. 喷油控制驱动器

CPU根据发动机负荷、转速两大主要因素及冷却液温度、蓄电池电压等其他修正信息计算出喷油量大小及喷油始点。喷油控制器就是根据CPU这一命令在正确时刻驱动喷油器工作，控制喷油时间即喷油量大小。如果该驱动器损坏，可引起发动机喷油不正常或不喷油故障。

9. 节气门控制信号模块

节气门控制信号模块根据CPU的指令控制节气门定位电动机的转动，从而控制怠速时的节气门开度。

当ECU检测到怠速触点闭合时，怠速电动机能自动调节节气门开度，保持发动机稳定的怠速转速；且当油门踏板迅速收回时，怠速电动机能将节气门平顺回落，起到了缓冲作用。

五、发动机控制单元替换原则

ECM模块最高设计运行温度为100℃。ECM有一个由三个连接器组装而成的主连接器。ECM采用一个电可擦可编程只读存储器（EEPROM），这使得ECM能够进行车外配置，并保证ECM能够用任何新信息进行更新，同时允许ECM能够以市场参数配置。在配置更新ECM时，必须使用故障诊断仪。

在车辆生产过程中，ECM接收并存储车辆特定安全代码。除非与带有相同编码的GIM相连接，否则ECM是不会发挥作用的。如果在维修服务中更换一个ECM，新的模块在记录上是完全“空白”的，必须使用诊断仪进行编程。新的模块必须要从GIM中获取安全密码。

六、锁止和防盗

ECM通过曲轴位置（CKP）传感器及凸轮轴位置（CMP）传感器，记忆当发动机停止时的曲轴及凸轮轴位置。这样，在启动过程中，可直接进行顺序燃油喷射及点火正时。但如果蓄电池电源切断或蓄电池电压过低（即蓄电池亏电）时，该信息会丢失，所以在蓄电池充电或重新连接后的第一次启动时，该功能将不能使用。在这种状态下，发动机启动可能会延迟一个极短的时间，以便能读出CMP传感器信息，并完成同步。

七、连接器端子和针脚

ECM有多种安装在发动机上的传感器，以便其能监测发动机状况。通过将来自传感器的信号与存储在其存储器内的数据进行比较后，ECM将处理信号，并调整相关的驱动器，以保持最适宜的驾驶性能。图2-2、图2-3和表2-1为某车型的发动机控制单元端子/针脚使用情况图表。

图2-2　发动机控制单元

图2-3　控制单元端子/针脚

表2-1　连接器端子/针脚

八、发动机控制系统故障

1. 发动机不着车故障原因

如果发动机控制单元正常，但车辆不能正常启动的话，则主要的原因在于以下几个方面。

（1）防盗故障，锁死。

（2）燃油供给故障。燃油泵及控制电路故障；燃油压力调节器故障。

（3）线路系统故障。转速信号系统相关故障。

（4）喷油量大淹灭火花塞。

（5）点火线圈和火花塞故障。

（6）发动机控制单元内CPU点火程序出现问题。

2. 有油有火时启动不着车故障原因

（1）重点检查点火正时。

（2）火花塞弱火。

（3）点火线圈烧坏。

3. 有火无油时点不着火故障原因

（1）控制电路故障或喷油器供电故障（包括继电器、熔丝）。

（2）发动机控制单元故障，具体就是发动机控制单元内喷油模块损坏。

（3）发动机控制单元故障，具体就是控制单元内集成的驱动油泵继电器模块损坏。

（4）发动机控制单元内CPU喷油程序损坏或丢失。

（5）喷油器本身故障或燃油泵烧故障。

4. 发动机热车不易启动

（1）点火线圈过热后漏电量增大，造成高压火弱难启动。

（2）发动机控制单元内部点火模块的问题。温度高时放大倍数降低，高压火弱难启动。

（3）发动机控制单元内部CPU的问题。温度高时CPU电流增大，造成喷油或点火不正常。

（4）发动机控制单元外部进气温度传感器或者冷却液温度传感器失控，CPU无法找到正确数据，造成冷车易启动、热车不易启动。

（5）冷车时汽油压力正常，热车时汽油压力不正常，造成难启动。

5. 热车易启动、冷车不易启动

（1）冷车时喷油量大，造成点不着火（俗称淹咀子）。

（2）油压不够，喷油量小，造成点不着火。

（3）发动机控制单元内部集成的CPU问题导致。

6. 发动机启动后怠速忽高忽低

（1）发动机控制单元故障，具体原因是其内部RAM程序错乱。

（2）节气门故障及相关线路故障。

（3）发动机控制单元故障，具体原因是内部怠速电动机控制模块损坏。

（4）相关线路断开或者怠速电动机损坏。

7. 启动后怠速高

（1）节气门故障。

（2）相关线路断开或者怠速电动机故障。

（3）发动机控制单元故障，具体原因可能是其内置的怠速电动机控制模块故障。

（4）废气再循环减压阀漏气，或相关进气系统漏气。

九、发动机控制单元本身故障

以下是在排除其他原因之后，发动机控制单元所导致的汽车故障。

（1）发动机控制单元内部程序丢失会导致发动机怠速不正常（或高或低或不稳）。

（2）发动机控制单元内部程序有问题会导致发动机一启动车就熄火。

（3）发动机控制单元内部的CPU点火程序消失，会导致无高压火，但喷油正常。

（4）发动机控制单元故障，具体是控制单元内部的喷油模块损坏，会导致喷油器无搭铁信号。

（5）发动机控制单元故障会导致换挡时熄火，或发动机不能启动。

（6）发动机控制单元程序错误，会导致汽车油耗增加。

（7）电脑板内部程序问题或者电脑板内部硬件问题。

（8）发动机控制单元故障，具体是其内部相关控制模块损坏，会导致油泵不工作、车辆冷却液温度高、风扇不转、不喷油等问题。

（9）电脑板内部程序损坏，会导致汽车钥匙不起作用。

（10）发动机控制单元锁死，会导致给发动机控制单元供电线路断开；执行检查时故障诊断仪不能进入。

（11）发动机控制单元受到敲击、水淹，发电机电压超过15V以上都会导致发动机控制单元损坏。

（12）更换发动机控制单元后不能启动车辆。

如果更换发动机控制单元后，汽车不能启动，则可能存在以下两个主要原因。

（1）发动机控制单元型号不对。

（2）发动机控制单元没有匹配成功。

十、典型的发动机控制单元

1. 概述

在宝马车系中，发动机控制单元称为数字式发动机电子伺控系统（DME）。

宝马发动机控制单元（DME）安装在发动机室内的一个电控箱（E-Box）中。由于要求发动机控制提供的计算功率高，DME控制单元的温度会升高。在电控箱中会由于控制单元的损耗功率以及发动机室的加热而产生高温。因为控制单元只能在限定的温度范围内运行，所以需要冷却装置。

冷却方案取决于安装的发动机。

（1）6缸汽油发动机（例如带MSV90的N52TU或带MSD87的N53、N54）　DME控制单元采用风冷。通过一个专用电控箱风扇抽吸电控箱中的空气。

（2）8缸汽油发动机（例如带MSD85的N63）　DME控制单元采用液冷。DME控制单元连接在冷却循环上。

（3）12缸汽油发动机（例如带MSD87的N74）　由于计算功率高，12缸发动机具备两个DME控制单元（DME主控制单元和DME从控单元）。这两个DME控制单元采用液冷。

2. 功能说明

数字式发动机电子伺控系统（DME）是发动机控制装置的计算中心和开关中心。发动机上和车辆上的传感器提供输入信号。根据这些输入信号和DME控制单元中通过一个计算模型确定的标准值以及存储的特性线，计算出控制执行器所需的信号。DME控制单元直接或通过继电器控制执行器。

便捷进入及启动系统（CAS）通过唤醒导线（总线端KL.15唤醒导线）唤醒DME控制单元。

在总线端KL.15断开后开始滞后运行。在滞后运行过程中存储调校值。DME控制单元通过一个总线信号发出准备好“休眠”的信息。如果所有参与的控制单元都已发出准备好“休眠”的信息，中央网关模块（ZGM）就输出一个总线信号，并且这些控制单元在5s以后结束通信。

在DME控制单元的电路板上有两个传感器：温度传感器和环境压力传感器。温度传感器用于DME控制单元中的部件的温度监控，计算混合气成分时需要使用环境压力传感器。

3. 一辆汽车配置两个发动机控制单元

在12缸汽油发动机（也针对N63TU）中有两个发动机控制单元。

每个气缸侧使用一个DME控制单元。这两个控制单元在构造上是相同的，并且具有相同的编程状态。但是通过线脚设码将这两个控制单元划分为DME主控单元和DME从控单元（DME-和DME2控制单元）。这两个控制单元相互间通过FlexRay进行通信。

主控单元（气缸侧1～6）从发动机上唯一存在的传感器（例如加速踏板模块、机油状态传感器、发动机机油压力开关、水箱出口处的冷却液温度传感器）接收输入信号。DME主控单元通过FlexRay将这些输入信号转发至DME从控单元。所有其他输入信号都直接传递至负责相应气缸侧的控制单元。曲轴位置传感器的信号同时发送到两个控制单元。

不只与一个气缸侧有关的输出信号（例如电动燃油泵或废气风门）由主控制单元发送至相应的作动器。

在两个控制单元都从FlexRay读取信息和进行处理时，只有主控制单元主动与其他控制单元进行主动通信，例如与EGS控制单元（EGS表示“电子变速箱控制系统”）。

如果DME2控制单元（DME从控单元）失灵，能够通过DME控制单元进入发动机紧急运行。

如果DME控制单元（DME主控单元）失灵，不能够通过DME控制单元进入发动机紧急运行。

发动机控制单元见图2-4～图2-6。