以发动机电子控制单元ECU(共40页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上以发动机电子控制单元ECU为核心检测电 喷发动机的电子测量方法及其应用意义 杨 明 （ 连云港市灌南县教育中心 锦州渤海汽车工程学校 ） 内容摘要：本文根据电喷发动机的技术特点与难点，根据控制系统的综合性、系统性，故障的相关性、隐蔽性、多样性，阐明了以“汽车黑匣子”之一-发动机电子控制单元为核心，理解、分析、检测、判断电喷发动机综合性故障的核心方法，以电子技术的理论基础和实际电路描图、检测与分析证实了该方法的直接性、科学性、实用性。它揭开了电喷汽车维修中众所回避的技术难点和关键的技术面纱，为推动我国汽车维修技术的学习、交流增砖加瓦，以独特的视角构成汽车技术人员提高其技

2、术水平的核心推动力，该方法亦可在现代汽车专业教学中应用，富于创新性。关键词：电喷发动机 电子控制单元 ECU 核心 内电路 检测一、汽车电脑与电子模块的分类：Electronic Control Unit（即ECU）为电子控制单元。汽车上的电子控制单元或模块有多个，一些简单的控制单元称为模块，它们分为属汽车的各个系统，一些模块之间要有控制信号线或数据线相连，共同协同完成汽车的综合控制功能。下表显示出可以有的各个ECU及模块的分类归属：ECU与模块的分类表格按所属系统来划分发动机控制点火控制ECU（ESA/EST） 燃油喷射ECU（EFI）集中控制ECU 风扇模块FAN ECU点火模块ICM 怠

3、速模块ISC ECU 油泵模块FP ECU底盘控制AT ECUABS ECUCCS ECUASR（TRC）ECUPOWER STEERING ECU（HPS）MOTOR STEERING ECU（EPS）FOUR WHEEL STEERING ECU车身电子系统电动车窗ECU：POWER WINDOW中央门锁和防盗ECU：DOOR LOCK&ANTI -THIEF P档与点火钥匙互锁ECU倒档提示ECU电动天窗ECU电动座椅ECU电动后视镜ECU电动天线ECU安全带ECU电动雨刮ECU灯光控制ECU灯光检测ECU电控方向盘（柱）ECU电控悬架ECU发电机电压调节器模块REG .空调系统自动空调

4、电脑板（AC ECU）手动空调用发动机转速控制压缩机模块鼓风机控制模块风门位置转换控制模块空调系统其他组合功能控制模块仪表信息显示系统组合仪表（内含电子电路及CPU等）按模块内部电子电路的结构划分晶体管式电子模块点火模块其他功率控制模块，功能简单的模块集成电路式电子模块线性IC构成的电子模块数字电路构成的电子模块数字式逻辑模块具有一定逻辑运算功能，但不含CPU及存储单元，如手动空调的控制板等内含计算机的电子模块输入电路包含阻容网络，选频电路，滤波及陷波器，钳位电路，过压及短路保护，峰值吸收回路，限流电路，电源自馈电路，放大电路，整形触发电路及其他转换电路输出电路功率输出器件及散热器过压过流过热

5、短路检测保护电路瞬态冲击吸收回路主要由大、中功率达林顿、场效应管及专用IC等构成电源电路常时电源（备用电源）电路，延时电路，稳压滤波电路，限幅吸收电路，反极性保护电路，过压保护电路，短路保护，过流过热保护电路，复位电路，散热装置等单片微机MCUCPURAMROM/PROM/FLASH EPROM/EEPROMA/D转换二、发动机电脑的主要功能：发动机电子控制单元在接受各传感器、开关信号的输入，转化成CPU识别的数字信号，按预先存储的程序，完成控制相应执行器的功能，系统控制发动机的工作，优化其性能。ECU还设置了自诊断(DIAGN)功能，与其他诊断电脑联机通信的数据接口引脚，与其他车载电脑及模块

6、的数据通信、控制功能等。其输入信号与输出控制可见下图： Batt +B 电源供电 火曲轴转速 点火线 花TDC位置 圈组件 塞凸轮轴位置 ENGINE 变速器齿轮车速SPD ECU 喷 油(6)蓄电池电压 器(7)空气质量流量或进气压力 (8)节气门开度(9)加速踏板位置 (M)ETC 电控节气门(10)发动机温度(11)爆震强度(12)氧传感器信号 M-REL(13)进气温度 FPR(14)大气压力 HO2S、凸轮轴控制VTECACISEVAPEGR二次空气喷射增压控制 CAN自诊断故障灯DIAGN 接地回路三、ECU外设传感器及各开关信号类型：汽车发动机电子控制系统由传感器、控制单元ECU

7、执行器和电源电路构成。并且这样的控制系统在逐步完善当中。一个集中控制的ECU接收来自各传感器和开关信号的信息，根据预定程序（开环或闭环方式），优化控制发动机的运行。这些电控系统设置了如下几种传感器，不同车型传感器与执行器多少有异，而且结构型式也有很大差别。CKP1度信号TDC（光电式、霍尔式、磁脉冲式等）CMPCHK/TE1/TE2/ELS/IDLKNKSIGFMAPVSSMAF（叶片式/卡门/热线&热膜）EGR VPSCTS/NTCSTAIAT/NTCAC请求TPS（开关/线性/开关+线性IDL/光电式/编码式）PNEGTSNSWHO2S/O2SPSP SW（一）广义的曲轴位置信号：它包含三

8、个方面的内容：1、反映曲轴精确位置和转速的1信号2、上止点（TDC）信号3、凸轮轴位置（CMP）信号在不同的车型中，其产生方法各异，下述几例能主要说明该项论题：1、丰田车系2JZ-GE发动机：可以看到三种控制系统都配置了2JZ-GE直到6缸（L6）发动机：（1）皇冠3.0轿车的分电器或点火系统：分电器内有2个信号齿盘，一个具有24齿，均匀分布，齿距30曲轴转角，这个被丰田称为NE信号，它在ECU内即可计算出发动机转速，用于主控点火提前角及计算喷油脉宽和其它辅助控制，还可以把它30倍频，得到曲轴1信号，属磁脉冲式，直流电阻在140-180之间，测量时可用指针万用表直流1V档并接在该传感线圈两端，

9、转动分电器转轴，可看到指针左右明显括动，证明产生正反向的交流感生电动势，而用数字表测量时却由于数字不停跳动而不易读取。信号两端均不可在分电器内搭铁。另一个具有1个齿，与NE信号齿同在分电器转轴上，齿的左右两缘不对称，由于信号齿形状、转向和线圈引线极性的不同组合，可以产生缓升陡降，陡升缓降两种波形电压。ECU内输入回路和整形触发电路与传感器波形是配合的，传感器极性一般不可反接，一些车型反接后导致脉冲沿时间变化，点火正时改变或不能起动，另一些车型可能引起更严重的后果。该车形的极性为“接近出半周”式，波形两个传感线同分布在这个齿两侧，间隔180曲轴转角，分别对应于1#气缸压缩BTDC10和6#气缸的

10、压缩BTDC10，仅在1、6缸上产生压缩上止点信号，即G1和G2信号，其余点火信号要依赖于对由NE倍频得到的1信号的计数。因此，该信号是TDC信号，由于有分电器，因此点火不需要判缸，但ECU内可以判缸，可作喷油时序的确定。（2）皇冠3.0轿车双缸同时点火系统：它的传感器信号也是包含G1、G2和NE，与分电器式相同，但由于无分电器，G1、G2混合产生判缸信号，在ECU的IGDA和IGDB两端的出（0、1）、（0、0）、（1、0）的电位组合，分别代表1、6和2、5和3、4缸的点火正时范围，在各个区间等待ECU输出的IGT指令。如下图：（IGC为：Ignition coil control,意为点火

11、线圈控制端，IGC1 IGC2 IGC3为3个点火线圈的控制端）CKP 点火模块（ （判缸/恒流/闭角/放大/整形） 点火确认信号 IGF IGC1 IGC2G1 G2 NE 地 TACH IGC3(去转速表)输入介面CPU输出介面 & IGC1 IGDA& IGDB IGC2 &黄 IGC3 IGT 闭角控制 恒流取样电阻 ECUICM（3）凌志300（GS300）采用2J-GE发动机其点火系与（1）相同，但ECU在未接收到IGF的情况下仍可正常控制喷油。2、丰田S系列发动机分电器式点火系统：两个信号齿盘均位于分电器轴上，分别是NE（24齿）和TDC（4齿）信号，NE的作用是取得发动机转速和

12、30信频后确定曲轴精确位置，TDC的作用是确定每缸压缩BTDC10，作为起动时原始点火提前角和TDC基准。后期生产的单缸独立点火S系列发动机则不同。3、凌志400（LS400）分电器式点火系：CKP为12齿，由于装在曲轴皮带轮后，真信号当量与分电器中的24齿相同，CMP有2个，分列于两列凸轮轴皮带轮上，各信号盘均只有一齿，分别对应于1、6缸压缩BTDC10。4、NISSAN SR18发动机：CKP采用光电式，位于电器内，内部有一个光孔式信号盘，盘上内外两圈信号，外圈均匀分布360个光孔，光孔与遮光的部分等宽，因此输出方波，每个高电平或低是平输出代表曲轴1转角，为真正的1信号。内圈上有4个较大光

13、孔，其中一个最宽的为1#气缸压缩BTDC70信号，其余为其它3个气缸的BTDC70信号。这样，这4个信号即是每缸的TDC信号，1#气缸的特殊性又代表了1#判缸信号。而对分电器点火而言，点火判缸无意义，判缸用于该机的SFI，一些后期生产的车型上采用了无分电器的独立点火，则该信号也用在了分火判缸，由于4个TDC对曲轴的间隔角为180，因此NISSAN称为180信号。5、NISSAN六缸发动机（包括V6 & L6）CKP亦为光电式，信号盘外园上的1信号与四缸机相同，内园上对应于每个气缸压缩BTDB70设置较宽的TDC信号，其中1#缸的对应的当然最宽，亦作1#气缸判缸信号，因为间隔120曲轴转角出现一

14、次TDC信号，以称这6个TDC信号为120信号。6、AUDI V6发动机点火系统：该系统配备三个传感器，第一个位于曲轴大飞轮上，是磁脉冲式传感器，检测飞轮的135齿信号，为均匀分布，经倍频可得到1信号，第二个位于凸轮轴上，为霍尔式，由ECU输出的9V供电，出现于3#缸压缩TDC前80位置，为判缸信号。第三个位于曲轴箱上，也为磁脉冲式，检测3#气缸BTDC60信号，属TDC信号。其余各缸位置计算1信号按工作顺序顺推。这三个信号缺少任何一个均不能起动发动机，在三个信号全正常时，着车后，若丢失1信号则熄火；若丢失BTDC60信号发动机可继续运行，不能再起动；若丢失BTDC80信号，发动机可继续运行，

15、也不能再起动。该车型霍尔传感器间断性故障不规则出现。故障率多见，其ECU各个搭铁端子在ECU内直接连通。7、BMW525i发动机：CKP为磁脉冲式，在曲轴前端，较大信号盘的小齿代表1信号，信号盘缺齿位置代表TDC信号，CMP也为磁电式，由凸轮轴驱动，只有一齿，由于采用单缸独立点火，每缸只一个点火成圈，必有CMP的信号才可实现IGT的逐缸分配和SFI。当无CMP信号时，ECU采用双缸同时方式点火，这样比单独点火的IGT数量上增加了一倍。丰田1MZ-FE的点火系与之类似，它有单缸独立点火和双缸同时点两种型式。（二）爆震传感器Koock Seneor,缩写为KNKS或KS:KNKS的内部结构有两种形

16、式，即磁电式和压电式，磁电式电阻较小，压电式电阻为，ECU可对压电式KNKS作静态、动态检测，而对压电式只能做动态检测；KNKS的安装位置和钮紧力矩均很关键。两种传感器输出信号均为感生电压，在示波器上看来波形杂乱，频谱丰富。（三）进气压力传感器MAP：即被称为D型EFI系统所采用的：常见的MAP有三根引线，多为由ECU输出的VC（+5V）供电，信号电压在0.5V-4.0V之间变化，在KOEO状态，其信号端电压为3.5V左右,怠速时约1.5V-1.0V。即使是同一车系MAP，有时互换也由于动态信号电压值和响应性匹配不良导致发动机运转较差。（四）空气流量计MAF：1、叶片式：（亦即早期被称为L-E

17、FI所采用）可变电阻的阻值，由激光修正，输出信号电压与发动机动态工况对应性匹配，一些车型MAF由12V供电；而丰田有反极性电压输出（即输出信号电压与进气量呈反相关），近期多为VC（+5V）供电，输出位于电压在0.5V-4.0V之间跟踪发动机进气工况。2、热线式或热膜式（即L-H型）它们有相同的工作原理。早期的热线式MAF内的热线需要在关机后由ECU控制输出的自清信号。其输出信号电压亦在0.5V-4.0V之间跟踪工况。供电电压一般为12V，输出信号不会随供电电压的变化而变化，当然供电电压不能过低或过高。3、卡门涡流式MAF：主要用在凌志、别克和三菱的一些车型上。LS400轿车的MAF有5根引线，

18、分别是：进气温度2根、MAF的电源（+5V）、地、MAF信号线，其输出为频率信号。其他传感器和开关信号的特点将在下面的论述中与ECU端口配合关系上阐明。四、汽车电子模块、内含电子电路的传感器端子检测、判断和验证方法：一些资料上仅给出连接线路图，或信号参考电压值及范围，而没有给出电子测量方面的数值，因为这些数值是非指标性的，它往往被忽视，许多技术人员对这个感到生畏。比如，一个热膜的或卡门涡流的MAF，在手头无资料的情况下，如何用仪器仪表人工判别各脚功能名称，以及外部连线，验证其性能，一般较为困惑，而这恰恰在检测维修工作中经常需要。作为一个技术难题，我们无法回避它，下面的论述或许给予帮助。它将涉及

19、模块内电子电路源理、内阻响应性、PN结压降，PN结电流非线性、内阻与安全电流、反向供电电流、信号间逻辑推理、ECU内上拉、下拉电路、ECU内滤波电容、集电极开路门（OC门），ECU输入信号端子内阻与传感器信号内阻匹配性、抗扰电路等相关知识；这些要应用于下列信号的解释说明中：（1）BATT （2）+B，+B1（3）M-REL （4）IGSW（IGN）（5）FP-RELAY （6）NSW及STA（7）P/N （8）VTA（9）VC （10）E（11）PS SW （12）KNKS（13）O2S （14）H O2S .（15）TE1 （16）(NISSAN)CHK（17）CTS （18）IAT（19）

20、MAP （20）MAF（21）大众MAF （22）IGT：(本田IGT、NISSAN IGT、本田IGT)（23）ICM：(NISSAN、TOYOTA、HONDA、BOSCH)（24）AC开关 （25）IGF（Toyota） 1、BATT：该端子是ECU的常时电源，用以在点火开关切断后，主继电器M-REL切断后的后续供电，使RAM中存储的故障码信息和学习值不会丢失，这样便于自诊断和下次起动后迅速直接进入优化工况。该端子内阻较大，用数字万用表200M 档（均为正向测量）实测：SR18的ECU为1.5M, 1MZ的ECU为1.5M，VG30的ECU为1.2M（红表笔接常火线端子，黑表笔接地）BAT

21、T源自丰田公司的缩略语，原词为Battery，蓄电池之义。NISSAN SR18 ECU相关内电路： R301/123 D301 去电源变换电路BATT（46） D302C30225V 33uF 2、+B/+B1：一些ECU为提高电流和可靠性，+B的供电采用双线并接，在ECU的板子上也有印刷铜铂并联，附图中的R300/0.47为限流保护电阻,D300为超压及反接保护二极管。C300为滤波电容。+B/+B1一般来自各主继电器输出的受控火线。其电流在电控系统正常工作期间是随输出执行器的电流载荷变化的，一般在几十至几百mA。在内部电路中，还要经复位和稳压电路变换或+5V的电源以给CPU、A/D转换等

22、供电 。3、M-REL：（MAIN-RELAY）主继电器主继电器一般给ECU的+B/+B1、喷油器、油泵继电器、怠速执行机构、H O2S加热电阻丝等供电，但因车型设计而异，具体电力分配以实测为准。因此，修理技术人员应以形成能力为主。（1）采用怠速电磁阀（非步进电机）的机型，主继电器供电电路有如下两种： BATT IGSW ON M-REL +B（电脑供电端子） +B1（双线并接）其它电路图1、主继电器线圈直接由IGSW供火控制（象丰田S系列） BATT IGN IGSW ON M-REL +B（电脑供电端子） +B1（双线并接） M-REL 控制端图2、主继电器线圈冷端受ECU的端子控制（象B

23、MW525，SR18）（2）对于采用步进电机作为怠速执行器的机型，由于后需要在关机后复位，要求怠速阀要延时断电，因此，主继电器受ECU的控制，点火开关IG档上电（主继电器）即打开，断电即延时。 BATT IGSW （IGN） ON M-REL 控制端 NPN型控制三极管 +B +B1ECU控制主继电器线圈冷端，如NISSAN VG30 若此功能丢失，可用下面简易电路按替代：IGN/IGSW M-RELBATT IGSW M-REL 控制端 PNP型控制三极管 +B +B1ECU控制主继电器的热端如LS400，若此功能丢失，可用下面电路替代BATTIGN （M-REL） 主继电器控制端4、IGS

24、W，全称为Ignition Switch:点火开关一些车型的ECU无此端子，电脑ECU只接收来自点火开关直控式主继电器的输出正极作为电源，而另一些ECU依此点火档（RUN/IG/ON/IGN）信号，在ECU的另设端子控制主继电器。参见上面几图。5、FPRELAY,全称为Fuel Pump Relay:燃油泵继电器该端子是油泵继电器的控制端，一般ECU内连到末级三级管的C极（NPN型）,一些车型设置独立的油泵模块；有的设置了油泵高低转速控制继电器； 另些车型甚至还由ECU依据发动机的负荷用利用发动机电脑内部大功率晶体管导通占空比来调控油泵转速，以提高效率。NSSAN SR18发动机的ECU根据其

25、CKP提供的1信号来控制FP的开停。许多车型ECU控制FP有如下逻辑：（1）点火开关由OPF转至ON，油泵运转3-4S，以建立或补充利于起动的燃油压力。（2）当有转速信号时，油泵工作。（3）当无转速信号时，油泵停止转动，属停机断油的安全设置。有些人为或另外的情况使ECU的该端子损坏而不易修复时，亦可用如下电路外接替代，而不必更换价昂的ECU。 +12V自主继电器 A940 来自点火线圈冷端 S8050 油泵供电正极 地6、STA：为来自点火开关起动档所控制的起动继电器的线圈热端，起动时，该端子为高电位，即接正电源上，ECU依此电平识别起动工次，以确定采用原始点火提前角，如丰田BTDC10；还要

26、依冷却液温度信号（CTS）来确定起动喷油脉宽，如SR18 ECU在8水温时起动，喷油脉宽为6.5mS，当起动信号由12V变为0V后，ECU随即将喷油脉宽由6.5mS直接降至5.4mS,然后由5.4mS以0.1mS为间隔,降至3.8mS,这期间要经历十几秒，为起动后加浓和部分暖机加浓。7、PN或P/N，为PARK/NEUTRAL即驻车/空档：在采用AT的车型中换档手柄的P、N两个位置提供了该空档信号，用于辅控发动机在非PN档时的怠速增加值。ECU的PN信号为输入信号，多为负触发，NISSAN SR18 ECU的该端子在悬空时为5.9V，在PN档时被接地，为OV，一些AT的换档开关在P、N档却提供

27、12V高电平，这些车型附加了继电器以转换电平。下图为SR18的该电路： +B +B1 BATTIGN 上拉电源 +12V PN识别P N ECU +B +B1 BATTIGN PN识别P N8、NSW：仅在丰田公司的车型上出现，被一些资料上译为“空档起动开关”，它利用PN档开关与ECU内的该提供的端子的高电位；在PN档时非起动工况被起动继电器线圈（仅15-20的直流电阻）拉低至0.1V以下，用于辅控怠速和防止非PN档起动发动机，其电路如图：BATT IG Batt ST IGSW +B +B1 主继电器 M-REL +5V NSW PN开关 PN识别 STA信号STA识别 去起动机丰田1MZ-

28、FE的NSW在悬空时，约11.5V，PV接近时，约0.1V,而另一些S系统发动机,NSW在空置时约8V,PN接通时约0.1V；在PN接通的情况下，若起动继电器线圈阻值达50以上时,会导致发动后与STA端子并接的起动继电器线圈被ECU的NSW端倒灌电流维持吸和,导致起动机不脱离。9、VTA：这是丰田公司节气门位置传感器信号给ECU的输入端子，属连续变化的模拟电压信号，电压范围在0.45V-4.5V之间，在KOEO（KEY ON ENGINE OFF）状态时，反复扳动节气门，一些车型的ECU会认为TPS故障。该端子信号的准确度，动态跟踪性能会影响发动机怠速转速，平稳性、加速性等。而象SR18的该端

29、子在怠速时，其电压较低，必须是0.18V，应用数字表或数据流来较准TPS的原始位置。10、VC：为ECU向外量传感器输出供电端子，多为+5V，主要向TPS，MAP和一部分采用+5V的MAF供电。一些车型的TPS的VC和MAP的VC是来自ECU内同一内电源(+5V)的分支（串有限流电阻）或并联，另一些可以有不同的5V稳压系统来供电。有些车型的MAP的VC对地短路后，由于其输出电流较大，导致ECU内CPU不工作，而使故障灯都不会点亮，但12V供电正常，而5V输出为 近0；又如对MAP来说，线路接错即MAP的地和VC接反，其反向电流更大，VC反剩约2V，一些修理人员认为MAP损坏，损后仍旧，又怀疑E

30、CU损坏。其实是MAP三根线的错误连接导致的。11、E：为搭铁线，即接地线，E为英文EARTH的第一个字母，有些采用GROUND的缩写GND作为字符。在ECU内部，由于工作电流的不同，以及安全性考虑，可以设置多个搭铁线，如把小电流传感器的地线和大电流执行器的地线分别引出，防止电源交连导致的自偶式干扰。象丰田的地线分别被命名为E1、E2、E01、E02、E21等。在ECU内，有些搭铁成内部相连；有些不相连，需在ECU外相连，也可能在不同的地点处搭铁。不同的地线虚接，接触电阻变大、断路等。会由于搭铁分布的不同，车型设计的不同而使故障现象各异。12、PS SW为英文Power Steering Sw

31、itck的缩写，为动力转向开关。SR18 ECU的43脚为PS SW端子，悬空时为7.7V，动力转向开关接通时为0V，电流为4mA，该端子内阻较大，如用数字表检测电压为7.7V时，若用手指分别按在该端子和地之间，由于人体的分流（当然该微弱电流对人体无碍），该端子电压会有所下降，若没有任何下降，说明ECU该端子内阻较小，严禁直接对地短路，否则会损害ECU。这样的高内阻端子是允许直接接地的，其短接后电流不会大，不会危害ECU，此方法在维修中可辅助判断引脚功能，很有实用价值。我们将此法概括为“利用人体高电阻下拉电流的方法来检验ECU端子内阻，来辅助判断端子功能”。丰田1MZ-FE的ECU端子也是负触

32、发，悬空时为11.4V，对地短路电流为26mA,较大的下拉电流有利于抵抗液压动力转向开关脏污漏电导致的误触发。13、AC或A/C，即为Air Conditioner（空调）的缩写。SR18 ECU的41脚为该端子，也是负触发，悬空是为7.3V，对地短接电流为4mA。其相关ECU内电路我们可参阅下图来理解： +B IG +B +B1 0.47 FP T1M 2K 1信号控制 41 压力 油泵电机AC开关 开关 T3 F1 F2 & T2 至压缩机F、I、C、D空调怠速阀动力转向提升怠速接地当有1信号 时，T1导道，油泵继电器吸合，同时AC开关打开时，空调时双压力开关的接通的情况下（即制冷剂量足够且