联合电子汽油机电控燃油喷射系统-说明书.doc

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联合电子M7.9.7电控燃油喷射系统

一、联合电子发动机管理系统（M7.9.7）简介

1、概述：

M7-Motronic发动机管理系统

发动机管理系统通常主要由传感器、微处理器（ECU）、执行器三个部分组成，对发动机工作时的吸入空气量、喷油量和点火提前角进行控制。

基本结构如图所示。

图2．1　发动机电控系统的组成

在发动机电控系统中，传感器作为输入部分，用于测量各种物理信号（温度、压力等），

并将其转化为相应的电信号；ECU的作用是接受传感器的输入信号，并按设定的程序进行计算处理，产生相应的控制信号输出到功率驱动电路，功率驱动电路通过驱动各个执行器执行不同的动作，使发动机按照既定的控制策略进行运转；同时ECU的故障诊断系统对系统中各部件或控制功能进行监控，一旦探测到故障并确认后，则存储故障码，调用“跛行回家”功能，当探测到故障被消除，则正常值恢复使用。

M7发动机电子控制管理系统的最大特点是采用基于扭矩的控制策略。

扭矩为主控制策

略的主要目的是把大量各不相同的控制目标联系在一起。

这是根据发动机和车辆型号来灵活

选择把各种功能集成在ECU的不同变型中的唯一方法。

M7发动机电控系统结构如图2．2所示。

图2．2　M7发动机电控系统结构图

M7发动机电控系统的基本组件有：

电子控制器（ECU）　怠速调节器　

空气质量流量计（视项目而定）　喷油器　

进气压力温度传感器（视项目而定）　电子燃油泵　

冷却液温度传感器　燃油压力调节器　

节气门位置传感器　油泵支架　

相位传感器　燃油分配管　

转速传感器　碳罐控制阀　

爆震传感器　点火线圈　

氧传感器　　

M7-Motronic发动机管理系统是一个电子操纵的汽油机控制系统，它提供许多有关操作

者和车辆或设备方面的控制特性，系统采用开环和闭环（反馈）控制相结合的方式，对发动

机的运行提供各种控制信号。

系统的主要功能有：

1）应用物理模型的发动机的基本管理功能　

以扭矩为基础的系统结构　

由进气压力传感器／空气流量传感器确定汽缸负荷量　

在静态与动态状况下改进了的混合气控制功能　

λ闭环控制　

燃油逐缸顺序喷射　

点火正时，　包括逐缸爆震控制　

排放控制功能　

催化器加热　

碳罐控制　

怠速控制　

跛行回家　

通过增量系统进行速度传感　

2）附加功能　

防盗器功能　

扭矩与外部系统（如传动机构或车辆动态控制）的联接　

对几种发动机零部件的控制　

提供给匹配，　EOL-编程工具与维修工具的界面　

3）在线诊断　OBD　II　

完成一系列OBD　II　功能　

用于诊断功能的管理系统

2、扭矩结构：

基于扭矩控制的M7系统

在M7以扭矩为主的发动机管理系统中，发动机的所有内部需求和外部需求都用发动机的扭矩或效率要求来定义，如图2．3所示。

通过将发动机的各种需求转化为扭矩或效率的控制变量，然后这些变量首先在中央扭矩需求协调器模块中进行处理。

M7系统可将这些相互矛盾的要求按优先顺序排列，执行最重要的一个要求，通过扭矩转化模块得到所需的喷油时间、点火正时等发动机控制参数。

该控制变量的执行对其它变量没有影响。

这就是以扭矩为主控制系统的优点。

同样在进行发动机匹配时，由于基于扭矩控制系统具有的变量独立性，在匹配发动机特

性曲线和脉谱图时只依靠发动机数据，与其它功能函数和变量没有干涉，因此避免了重复标

定，简化了匹配过程，降低了匹配成本。

图2．3　M7以扭矩为基础的系统结构

3、控制信号：

M7系统输入/输出信号

M7系统中ECU的主要传感器输入信号包括：

进气压力信号　

进气温度信号　

节气门转角信号　

冷却液温度信号　

发动机转速信号　

相位信号　

爆震传感器信号　

氧传感器信号　

车速信号　

空调压力信号　

以上信息进入ECU后经处理产生所需的执行器控制信号，这些信号在输出驱动电路

中被放大，并传输到各对应执行器中，这些控制信号包括：

怠速调节器开度　

喷油正时和喷油持续时间　

油泵继电器　

碳罐控制阀开度　

点火线圈闭合角和点火提前角　

空调压缩机继电器　

冷却风扇继电器　

二、联合电子发动机管理系统（M7.9.7）系统功能介绍：

1、起动控制

在起动过程中，要采取特殊计算方法来控制充量、喷油和点火正时。

该过程的开始阶

段，进气歧管内的空气是静止的，进气歧管内部压力显示为周围大气压力。

节气门关闭，怠速调节器指定为一个根据起动温度而定的固定参数。

燃油喷射量根据发动机的温度而变化，以促使进气歧管和气缸壁上的油膜的形成，因此，当发动机达到一定转速前，要加浓混合气。

在起动工况下点火角也不断调整。

随着发动机温度、进气温度和发动机转速而变。

2、暖机和三元催化器的加热控制

发动机在低温起动后，气缸充量、燃油喷射和电子点火都被调整以补偿发动机更高的

扭矩要求；该过程继续进行直到升到适当的温度阈值。

在该阶段中，最重要的是三元催化器的快速加热，因为迅速过渡到三元催化器开始工

作可大大减少废气排放。

在此工况下，采用适度推迟点火提前角的方法利用废气进行“三元

催化器加热”。

3、加速/减速和倒拖断油控制

喷射到进气歧管中的燃油有一部分不会及时到达气缸参加接着的燃烧过程。

相反，它

在进气歧管壁上形成一层油膜。

根据负荷的提高和喷油持续时间的延长，储存在油膜中的燃

油量会急剧增加。

当节气门开度增加，部分喷射的燃油被该油膜吸收。

所以，必须喷射相应的补充燃油量对其补偿并防止混合气在加速时变稀。

一旦负荷系数降低，进气歧管壁上燃油膜中包含的附加燃油会重新释放，那么在减速过程中，必须减少相应的喷射持续时间。

倒拖或牵引工况指发动机在飞轮处提供的功率是负值的情况。

在这种情况下，发动机

的摩擦和泵气损失可用来使车辆减速。

当发动机处于倒拖或牵引工况时，喷油被切断以减少

燃油消耗和废气排放，更重要的是保护三元催化器。

4、怠速控制

M7系统以扭矩为主控制策略依据闭环怠速控制来确定在任何工况下维持要求的怠速转速所需的发动机输出扭矩。

该输出扭矩随着发动机转速的降低而升高，随发动机转速的升高而降低。

系统通过要求更大扭矩以响应新的“干扰因素”，如空调压缩机的开停或自动变速器换档。

在发动机温度较低时，为了补偿更大的内部磨擦损失和/或维持更高的怠速转速，需要增加扭矩。

所有这些输出扭矩要求的总和被传递到扭矩协调器，扭矩协调器进行处理计算，得出相应的充量密度，混合气成分和点火正时。

5、闭环控制

三元催化器中的排气后处理是降低废气中有害物质浓度的有效方法。

三元催化器可降低碳氢（HC）一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）达98%或更多，把它们转化为水（H2O），二氧化碳（CO2）和氮（N2）。

不过只有在发动机过量空气系数λ=1附近很狭窄的范围内才能达到这样高的效率，λ闭环控制的目标就是保证混合气浓度在此范围内。

6、蒸发排放控制

由于外部辐射热量和回油热量传递的原因，油箱内的燃油被加热，并形成燃油蒸汽。

由于受到蒸发排放法规的限制，这些含有大量HC成分的蒸汽不允许直接排入大气中。

在系

统中燃油蒸汽通过导管被收集在活性碳罐中，并在适当的时候通过吹洗进入发动机参与燃烧

过程。

吹洗气流的流量是由ECU控制碳罐控制阀来实现的。

该控制仅在λ闭环控制系统闭

环工作情况下才工作。

7、爆震控制

系统通过安装在发动机适当位置的爆震传感器检测爆震产生时的特性振动，转换成电子信号以便传输到ECU中并进行处理。

ECU使用特殊的处理算法，在每个气缸的每个燃烧循环中检测是否有爆震现象发生。

一旦检测到爆震则触发爆震闭环控制。

当爆震危险消除后，受影响的气缸的点火逐渐重新提前到预定的点火提前角。

爆震控制的阈值对不同的工况和不同标号的燃油具有良好的适应性。

三、系统故障诊断功能介绍

1、故障信息记录

电子控制单元不断地监测着传感器、执行器、相关的电路、故障指示灯和蓄电池电压等

等，乃至电子控制单元本身，并对传感器输出信号、执行器驱动信号和内部信号（如λ闭环

控制、冷却液温度、爆震控制、怠速转速控制和蓄电池电压控制等）进行可信度检测。

一旦

发现某个环节出现故障，或者某个信号值不可信，电子控制单元立即在RAM的故障存储器

中设置故障信息记录。

故障信息记录以故障码的形式储存，并按故障出现的先后顺序显示。

故障按其出现的频度可分成“稳态故障”和“偶发故障”（例如由于短暂的线束断路或者接插件接触不良造成）。

2、故障灯的控制策略

无故障时　

★点火开关ON后，故障灯亮，4秒钟后灭；

★4秒钟内起动，找到转速信号后故障灯灭；

★K线接地超过2.5秒后，故障灯以2赫兹频率闪烁。

有故障时

★点火开关ON后，故障灯一直亮；

★起动，找到转速信号后熄灭，如果故障类中故障灯定义为亮模式，则满足相应确认条件后故障灯一直亮；

★K线接地超过2.5秒后，输出闪烁码即P-CODE值。

如：

P0203闪烁方式为：

连续闪10

次-间歇-连续闪2次-间歇-连续闪10次-间歇-连续闪3次。

3、四种故障类型

最大故障，信号超过正常范围的上限。

最小故障，信号超过正常范围的下限。

信号故障，无信号。

不合理故障，有信号，但信号不合理。

4、诊断仪连接

本系统采用“K”线通讯协议，并采用ISO9141-2标准诊断接头，见下图2．5。

这个标

准诊断接头是固定地连接在发动机线束上的。

用与发动机管理系统EMS的是标准诊断接头

上的4、7和16号针脚。

标准诊断接头的4号针脚连接车上的地线；7号针脚连接ECU的71号针脚，即发动机数据“K”线；16号针脚连接蓄电池正极。

图2.5ISO9141-2标准诊断接头

5、通过闪烁码读取故障信息

打开点火开关，利用发动机数据K线（即标准诊断接头7#）接地超过2.5秒后，如ECU故障存储器内记忆有故障码，此时发动机故障灯输出闪烁码即P-CODE值。

如：

P0203闪烁方式为：

连续闪10次-间歇-连续闪2次-间歇-连续闪10次-间歇-连续闪3次。

四、M7系统零部件结构、原理及故障分析

1、进气压力温度传感器

简图和针脚

针脚：

1号接地；

2号输出温度信号；

3号接5V；

4号输出压力信号。

安装位置

这个传感器由两个传感器即进气歧管绝对压力传感器和进气温度传感器组

合而成，装在进气歧管上。

工作原理

进气岐管绝对压力传感元件由一片硅芯片组成。

在硅芯片上蚀刻出一片压力膜片。

压力膜片上有4个压电电阻，这4个压电电阻作为应变元件组成一个惠斯顿电桥。

硅芯片上除了这个压力膜片以外，还集成了信号处理电路。

硅芯片跟一个金属壳体组成一个封闭的参考空间，参考空间内的气体绝对压力接近于零。

这样就形成了一个微电子机械系统。

硅芯片的活性面上经受着一个接近于零的压力，它的背面上经受着通过一根接管引入的、待测的进气岐管绝对压力。

硅芯片的厚度只有几个微米（祄），所以进气歧管绝对压力的改变会使硅芯片发生机械变形，4个压电电阻跟着变形，其电阻值改变。

通过硅芯片的信号处理电路处理后，形成与压力成线性关系的电压信号。

进气温度传感元件是一个负温度系数（NTC）的电阻,电阻随进气温度变化，此传感器输送给控制器一个表示进气温度变化的电压。

技术特性参数

在大气压力下，压力传感器的信号输出电压接近电源电压。

如果电源电压为5V，则节气门全开时压力传感器的信号输出电压等于4V左右。

温度传感器的极限数据

储存温度：

-40/+130°C

25°C承载能力：

100mW

温度传感器的特性数据

运行温度：

-40/+125°C

额定电压：

以前置电阻1k&在5V下运行，或以≤1mA的测试电流运行

20°C额定电阻：

2.5k&±5%

在空气中的温度时间系数τ63，v=6m/s：

≤45s

安装注意事项

本传感器设计成安装在汽车发动机进气歧管的平面上。

压力接管和温度传感器一起突出于进气歧管之中，用一个O形圈实现对大气的密封。

如果采取合适的方式安装到汽车上（从进气歧管上提取压力，压力接管往下倾斜等等），可以确保不会在压力敏感元件上形成冷凝水。

故障现象及判断方法

故障现象：

熄火、怠速不良等。

　一般故障原因：

1、使用过程有不正常高压或反向大电流；

2、维修过程使真空元件受损。

　维修注意事项：

维修过程中禁止用高压气体向真空元件冲击；发现故障更换传感器的时候注意检查发电机输出电压和电流是否正常。

　简易测量方法：

温度传感器部分：

（卸下接头）把数字万用表打到欧姆档，两表笔分别接传感器1＃、2＃针脚，20℃时额定电阻为2．5kΩ±5％，其他对应的电阻数值可由上图特征曲线量出。

测量时也可用模拟的方法，具体为用电吹风向传感器送风（注意不可靠得太近），观察传感器电阻的变化，此时电阻应下降。

压力传感器部分：

（接上接头）把数字万用表打到直流电压档，黑表笔接地，红表笔分别与3＃、4＃针脚连接。

怠速状态下，3＃针脚应有5V的参考电压，4＃针脚电压为1．3V左右（具体数值与车型有关）；空载状态下，慢慢打开节气门，4＃针脚的电压变化不大；快速打开节气门，4＃针脚的电压可瞬间达到4V左右（具体数值与车型有关），然后下降到1．5V左右（具体数值与车型有关）。

2、节气门位置传感器

简图和针脚

图3-5节气门位置传感器图3-6节气门位置传感器电路图

针脚：

对于节气门逆时针转（在节气门轴方向上从传感器一侧往节气门看）时开

大的制式：

1号接地；2号接5V电源；

对于节气门顺时针转（在节气门轴方向上从传感器一侧往节气门看）时开

大的制式：

1号接5V电源；2号接地；

3号输出信号。

工作原理

本传感器是一个具有线性输出的角度传感器，由两个圆弧形的滑触电阻和两

个滑触臂组成。

滑触臂的转轴跟节气门轴连接在同一个轴线上。

滑触电阻的两端

加上5V的电源电压US。

当节气门转动时，滑触臂跟着转动，同时在滑触电阻上

移动，并且将触点的电位UP作为输出电压引出。

所以它实际上是一个转角电位

计,电位计输出与节气门位置成比例的电压信号。

技术特性参数

安装注意事项

考虑到长时间运行以后节气门轴密封处的泄漏，建议将节气门轴相对于竖直方向至少偏转30度安装。

紧固螺钉的许用拧紧力矩1.5Nm-2.5Nm。

故障现象及判断方法

故障现象：

加速不良等。

一般故障原因：

人为故障。

维修注意事项：

注意安装位置。

简易测量方法：

（卸下接头）把数字万用表打到欧姆档，两表笔分别接传感器1#、2#针脚，常

温下其电阻值为2kΩ±20%。

两表笔分别接1#、3#针脚，转动节气门，其电阻

值随节气门打开而阻值线性变化，而2#、3#针脚则是相反的情况。

注：

在观察电阻值变化的时候，注意观察阻值是否有较大的跳跃。

3、冷却液温度传感器

简图和针脚

冷却液温度传感器冷却液温度传感器电路图

针脚：

本传感器共有两个针脚，可以相互换用。

工作原理

本传感器是一个负温度系数（NTC）的热敏电阻，其电阻值随着冷却液温度上升而减小，但不是线性关系。

负温度系数的热

图3-9　　冷却液温度传感器剖面图　　　　图3-10　　冷却液温度传感器特性曲线　　

技术特性参数

安装注意事项

冷却液温度传感器安装在气缸体上，并且要将铜质导热套筒插入冷却液中。

套筒有螺纹，利用套筒上的六角头可以方便地将冷却液温度传感器拧入气缸体上的螺纹孔。

许可的最大拧紧力矩为20Nm。

故障现象及判断方法

故障现象：

起动困难等。

一般故障原因：

人为故障。

简易测量方法：

（卸下接头）把数字万用表打到欧姆档，两表笔分别接传感器1#、2#针脚，20℃时额定电阻为2.5kΩ±5%，其他可由上图特征曲线量出。

测量时也可用模拟的方法，具体为把传感器工作区域放进开水里（注意浸泡的时间要充分），观察传感器电阻的变化，此时电阻应下降到300Ω-400Ω（具体数值视开水的温度）。

4、爆震传感器

简图和针脚

不带电缆的爆震传感器带电缆的爆震传感器

爆震传感器电路图爆震传感器剖面图

针脚：

1号和2号接ECU；3号接屏蔽。

工作原理

爆震传感器是一种振动加速度传感器，装在发动机气缸体上。

可以安装一个，可以安装多个。

传感器的敏感元件是一个压电元件。

发动机气缸体的振动通过传感器内的质量块传递到压电晶体上。

压电晶体由于受质量块振动产生的压力，两个极面上产生电压，把振动信号转变成交变的电压信号输出。

其频率响应特性曲线见下图。

由于发动机爆震引起的振动信号的频率比发动机正常的振动信号频率高得多，所以ECU对爆震传感器的信号进行处理后可以区分出爆震和非爆震信号。

爆震传感器频率响应特性曲线

技术特性参数

安装注意事项

爆震传感器的中间有孔，用一个M8的螺栓紧固在气缸体上。

对于铝合金的气缸体，采用30mm长的螺栓；对于铸铁的气缸体，采用25mm长的螺栓。

拧紧力矩20±5Nm。

安装位置应使传感器容易接受到来自所有气缸的振动信号。

应当通过对发动机机体的模态分析来确定爆震传感器的最佳安装位置。

注意不要让各种液体如机油、冷却液、制动液、水等长时间接触到传感器。

安装时不允许使用任何类型的垫圈。

传感器必须以其金属面紧贴在气缸体上。

传感器的信号电缆布线时应该注意，不要让信号电缆发生共振，以免断裂。

必须避免在传感器的1号和2号针脚之间接通高压电，因为这样一来可能会损坏压电元件。

故障现象及判断方法

故障现象：

加速不良等。

一般故障原因：

各种液体如机油、冷却液、制动液、水等长时间接触到传感器，对传感器造成腐蚀。

简易测量方法：

（卸下接头）把数字万用表打到欧姆档，两表笔分别接传感

器1#、2#及1#、3#针脚，常温下其阻值应大于1MΩ。

把数字万用表打到毫

伏档，用小锤在爆震传感器附近轻敲，此时应有电压信号输出。

5、氧传感器

简图和针脚

氧传感器

氧传感器剖面图

氧传感器氧传感器电路图

工作原理

氧传感器的传感元件是一种带孔隙的陶瓷管，管壁外侧被发动机排气包围，内侧通大气。

传感陶瓷管壁是一种固态电解质，内有电加热管，见图3-17。

氧传感器的工作是通过将传感陶瓷管内外的氧离子浓度差转化成电压信号输出来实现的。

当传感陶瓷管的温度达到350℃时，即具有固态电解质的特性。

由于其材质的特殊，使得氧离子可以自由地通过陶瓷管。

正是利用这一特性，将浓度差转化成电势差，从而形成电信号输出。

若混合气体偏浓。

则陶瓷管内外氧离子浓度差较高，电势差偏高，大量的氧离子从内侧移到外侧，输出电压较高（接近800mV-1000mV）；若混合气偏稀，则陶瓷管内外氧离子浓度差较低，电势差较低，仅有少量的氧离子从内侧移动到外侧，输出电压较低（接近100mV）。

信号电压在理论当量空燃比（λ=1）附近发生突变。

技术特性参数

（1）极限数据

（2）特性数据

（3）传感器电气数据

（4）使用寿命

安装注意事项

氧传感器应该安装在排气管上能保证代表排气成份且能满足规定的温度限值的位置。

安装地点应当尽量靠近发动机。

排气管上应设有螺纹，供拧入氧传感器之用，见下图。

氧传感器的安装型式

氧传感器应当安装成跟水平面的夹角大于等于10度，并且使传感器尖端朝下，以避免冷起动时冷凝水积聚在传感器壳体和传感陶瓷管之间，见下图。

氧传感器的安装型式

对排气管的要求：

要使氧传感器前面区域中的排气管迅速的加热。

如果可能，

排气管应当设计成往下倾斜，以避免冷凝水在传感器的前面积聚起来。

不得使氧传感器侧的电缆金属扣环不适当地加热，发动机停车后尤其如此。

不得在氧传感器的插头上使用清净液、油性液体或挥发性固体。

氧传感器的螺纹为M18×1.5。

氧传感器的六角头扳手尺寸为22-0.33。

氧传感器的拧紧力矩为40至60Nm。

故障现象及判断方法

故障现象：

怠速不良、加速不良、尾气超标、油耗过大等。

一般故障原因：

1、潮湿水汽进入传感器内部，温度骤变，探针断裂；2、氧传感器“中毒”。

（Pb，S，P，Ca）

维修注意事项：

维修中禁止在氧传感器上使用清洗液、油性液体或挥发性固体。

简易测量方法：

（卸下接头）把数字万用表打到欧姆档，两表笔分别接传感器1#（白色）、2#（白色）针脚，常温下其阻值为1~6&。

（接上接头）怠速状态下，待氧传感器达到其工作温度350℃时，把数字万用表打到直流电压档，两表笔分别接传感器3#（灰色）、4#（黑色）针脚，此时电压应在0.1-0.9V之间快速的波动。

6、转速传感器

简图和针脚

转速传感器转速传感器电路图

转速传感器剖面图

针脚：

本公司生产的用于M7.9.7电子控制系统的感应式转速传感器的接头有两

种类型，见下图。

相应地有两种针脚定义，本系统采用图3-26所示接头。

工作原理

感应式转速传感器跟脉冲盘相配合，用于无分电器点火系统中提供发动机转速信息和曲轴上止点信息。

感应式转速传感器由一个永久磁铁和磁铁外面的线圈组成。

脉冲盘是一个齿盘，原本有60个齿，但是有两个齿空缺。

脉冲盘装在曲轴上，随曲轴旋转。

当齿尖紧挨着感应式转速传感器的端部经过时，铁磁