CH09-发动机电子控制技术
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Optional computer operating properly (COP) reset, driven by internal RC oscillator
MC68HC908JK8介绍
3.输出回路
功率放大
普通IC的驱动能力为mA级,执行器的驱动电流通常为数A~几十A
驱动
隔离
2.微型计算机
CPU
典型参数：4~20MHz时钟频率
存贮器Memory
1KB~32KB ROM（程序存贮器）； 128B ~ 2KB RAM
输入/出接口I/O
8~60引脚
总线Bus
典型外部总线有：UART、IIC、SPI、LIN、CAN
MC68HC908JK8介绍
2.4 氧传感器（Oxygen Sensor，OS）
作用：测量排气管中氧气的含量. 种类
氧化锆(ZrO2)：特性类于浓稀开关 氧化钛(TiO2)：电阻型，O2浓度高时，电阻很高
结构与原理
氧化钛氧传感器
二氧化钛氧传感器的是利用导体二氧化钛 （TiO2）依氧气分压的不同而进行氧化或 者还原反应，使电阻发生变化。氧分压如 果偏离理论空燃比，则呈阶跃变化。所以 利用测定的氧气分压，即传感器的电阻变 化，就能测得空燃比的偏离差值。
测量对象：水温、油温、气温 种类：绕线电阻、热敏电阻、半导体
水温传感器
进气温度传感器
2.6 爆震传感器（Knock Sensor）
检测方法：气缸压力、发动机振动、燃烧噪声 振动法爆震传感器种类：磁致伸缩式、压电式（共振型、非共振型）
结构与原理
2.7 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor，TPS)
8 keyboard interrupt with internal pull-up 11 LED drivers (sink) 2 × 25mA open-drain I/O with pull-up
Resident routines for in-circuit programming and EEPROM emulation System protection features:
High-performance M68HC08 architecture, Low-power design; fully static with stop and wait modes Maximum internal bus frequency:
8-MHz at 5V operating voltage 4-MHz at 3V operating voltage • Oscillator options:
《汽车电器与电子技术》讲义
第九章 发动机电子控制技术
华中科技大学 机械学院 刘伦洪
学习要点
主要内容
发动机电子控制系统的组成 汽车发动机传感器 燃油喷射控制 点火控制 怠速控制(Idle Speed Control，ISC) 排放净化控制 进气控制 故障自诊 安全保险与后备系统 北京切诺基发动机控制系统
二氧化钛式氧传感器虽然比氧化锆式氧传 感器结构简单、体积小、便宜，但电阻随 温度的变化大。因此，需要加设温度修正 回路，内装加热器，以便使高温下的二氧 化钛式氧传感器检测特性比较稳定。
1-TiO2氧传感器元件 2-壳体 3-绝缘体 4-端子 5-陶瓷连结片 6-导线 7-TiO2热敏电阻元件
2.5 温度传感器
思考：设计一个可行的磁脉冲传感 器信号的处理方案。
讨论2: 传感器的精度
现状1：空气流量是燃油喷射的依据，但多采用很 不精确的间接测量或粗略测量；
现状2：曲轴位置是点火提前的依据，但测量精度 最多为1°曲轴转角；…
问题：
是精度已经足够？ 现有技术无法继续提高精度？ 其他部分精度有限，再提高无益？ …
（或α）；A/F = 空气质量/燃油质量
理论空燃比：汽油完全燃烧并生成CO2和H2O时
的空燃比称理论空燃比，约14.7；
过量空气系数λ：实际空气量与理论空气量的比值，
即：
λ= 实际空气量/理论空气量，或 λ= 实际空燃比/14.7
功率混合气：A/F ≈ 12.0 ~13.0 经济混合气：A/F ≈ 16.0
热膜式承受气流压力好，可靠性高。
热膜式
原理
性能比较
性能
种类
叶片式空气 卡门涡旋式 热线式空气 热膜式空
流量计
空气流量计 流量计
气流量计
响应特性 怠速稳定性 废气再循环适用性 发动机性能随时间变化
海拔高度修正
进气温度修正 易安装性 成本
良 良 良 优
需要
需要 良 低
差 良 良 优
需要
需要 良 中
输入信号
起动信号、空调开关信号、档位开关信号、蓄电池电压、离合器开关、刹车开关、 动力转向开关、巡航控制开关
传感器及输入信号
1.2 电子控制单元
输入回路 A/D转换器 微型计算机 输出回路
1.输入回路
滤波：除去干扰信号、杂波 整形： 电平转换： 隔离：采用光耦等 保护：
Pressure) 曲轴位置传感器(Crankshaft Position Sensor) 氧传感器(Oxygen Sensor) 爆震传感器(Knock Sensor) 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor) 温度传感器(Temperature Sensor) 可变电阻传感器 车速传感器(Speed Sensor)
Crystal or resonator RC oscillator
8,192 bytes user program FLASH memory with security1 feature 256 bytes of on-chip RAM Two 16-bit, 2-channel timer interface modules (TIM1 and TIM2) with selectable input capture, output compare, and PWM capability on each channel; external clock input option on TIM2 13-channel, 8-bit analog-to-digital converter (ADC) Serial communications interface module (SCI) 26 general-purpose input/output (I/O) ports:
线性输出型 结构与原理
开关量输出型 问：装开关量传感器的发动机 ECU如何感知驾驶员的加减速 意图？
三、燃油喷射的控制
基本概念 汽油机对混合气的要求 汽油喷射的概念及发展过程 燃油供应装置 燃油喷射控制 电动油泵的控制
1、基本概念
空燃比：混合气中空气与燃油的质量比，简称A/F
发动机对混合气的要求
稳定工况
怠速：A点 小负荷：AB段 中等负荷：BC段 大负荷：CD段
作用：曲轴位置、转速、上止点，是点火提前角的关键计算依据； 按安装位置分：曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮、分电器 按测检原理分：磁电式（磁致脉冲） 、霍尔式、光电式
磁电式
霍尔式
磁电式CPS- (1)
波形示意
4°信号凸缘
曲轴转角分辨率?
如何实现?
可测信号种类?
磁电式CPS (2)
6°凸缘
曲轴转角分辨率?
2.控制电路A通过改变RH中的电流 （使其发热，与RK的温差维持100度） 来调节RH的阻值大小，从而让电桥平 衡；
3.当空气流速增大时，带走更多热量， 因而RH中的电流也应增加；
4.因此，RA的端电压Uo反应了所流过 空气的质量大小。
优点：可直接测量空气质量流量
2者的区别：
发热体RH由热线改为热膜；
组成：
传感器及信号输入装置 电子控制单元 执行器
Audi A8
Benz SL200
Chevrolet Corvette
线束实例
示意图
主要元件位置
1.1 传感器及输入信号
传感器
空气流量计(Mass Air Flow, MAF) 进气歧管绝对压力传感器(Manifold Absolute Pressure, MAP) 曲轴位置传感器（Crankshaft Position Sensor, CPS） 凸轮轴位置传感器（Camshaft Position Sensor，CPS） 上止点位置传感器(Top Dead Center Sensor) 缸序判别信号(Cylinder Indentification Sensor) 冷却水温传感器(Coolant Temperature Sensor) 进气温度传感器(Intake Air Temperature Sensor) 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor，TPS) 氧传感器(Oxygen Sensor) 爆震传感器(Knock Sensor) 大气压力传感器(Barometric Pressure Sensor) 车速传感器(Vehicle Speed Sensor)
卡门涡旋的频率f与空气流速V之间 存在如下关系：
V = d * f / St 其中：d为涡流发生器的直径；St为
斯特罗巴尔数，约等于0.2; 若测得卡门涡频率，即可计算出空
气体积流量。
热线式/热膜式空气流量计
热线式
测量原理：
1.布置在空气通道中的的2个温变电阻 RK(冷线)、RH(热线)与固定电阻RA、 RB组成电桥；
当周围气体介质中的氧元素多时，二氧化 钛的电阻值增大；反之，氧元素少时，电 阻值减小。
二氧化钛式氧传感器的三个端子分别是基 准电源、传感器输出端和接地端。由于二 氧化钛的电阻随温度变化，故串联热敏电 阻后具有温度补偿作用。在低温状态下， 二氧化钛电阻值增大，影响其正常的性能， 为使其快速升温以活化其性能，可装有加 热线圈。
一、发动机电子控制系统概述
主要控制对象：汽油喷射(空燃比)、点火装置（点火正时） 辅助控制对象：怠速控制、废气再循环、进气控制、发电机控
制、变速控制、燃油泵控制、加速踏板控制、巡航控制、极限 转速控制、闭缸工作控制、自诊断系统等 发动机电子控制系统的种类
集中控制系统 单独控制系统
可测信号种类?
霍尔式CPS
4~12个叶片
曲轴转角分辨率? 可测信号种类?
光电式CPS
360条缝
其中1条 宽缝
6条缝
曲轴转角分辨率?
可测信号种类?
讨论1：磁脉冲传感器信号的预处理
信号特征：
信号幅值随转速变化成正比变化； 信号上叠加了大量的噪声；
处理方法：
滤波 限幅 数字滤波与后处理。
良 良 良 优
不需要
不需要 良 高
良 良 良 优
不需要
不需偏高？ 3、有更经济、实用的测量方法吗？ …
2.2 歧管绝对压力传感器
(Manifold Absolute Pressure，MAP)
作用：通过测量进气歧管 的进气压力间接计算进气 量
2.3 曲轴位置传感器(Crankshaft Position Sensor，CPS)
1.3 执行器
电动燃油泵 电磁喷油器 冷起动喷油器及热限时开关 怠速空气调整器 点火线圈 EGR阀 碳罐
执行器外观
二、 汽车发动机传感器
车用传感器的要求
线性特性不一定重要 传感器数量不受限制 信号可以加工和共用 可以间接测量
传感器的种类
空气流量传感器（Mass Air Flow） 进气歧管绝对压力传感器(Manifold Absolute
2.1 空气流量计(Mass Air Flow, MAF)
作用：测量吸入发动机的空气量，是燃 油喷射器喷油量的关键计算依据
分类：
叶片式流量计（体积） 卡门涡旋流量计（体积） 热线式（质量） 热膜式（质量）
叶片式空气流量计
卡门涡空气流量计
测量原理： 通过空气通道的空气流速变化时，
MC68HC908JK8介绍
3.输出回路
功率放大
普通IC的驱动能力为mA级,执行器的驱动电流通常为数A~几十A
驱动
隔离
2.微型计算机
CPU
典型参数：4~20MHz时钟频率
存贮器Memory
1KB~32KB ROM（程序存贮器）； 128B ~ 2KB RAM
输入/出接口I/O
8~60引脚
总线Bus
典型外部总线有：UART、IIC、SPI、LIN、CAN
MC68HC908JK8介绍
2.4 氧传感器（Oxygen Sensor，OS）
作用：测量排气管中氧气的含量. 种类
氧化锆(ZrO2)：特性类于浓稀开关 氧化钛(TiO2)：电阻型，O2浓度高时，电阻很高
结构与原理
氧化钛氧传感器
二氧化钛氧传感器的是利用导体二氧化钛 （TiO2）依氧气分压的不同而进行氧化或 者还原反应，使电阻发生变化。氧分压如 果偏离理论空燃比，则呈阶跃变化。所以 利用测定的氧气分压，即传感器的电阻变 化，就能测得空燃比的偏离差值。
测量对象：水温、油温、气温 种类：绕线电阻、热敏电阻、半导体
水温传感器
进气温度传感器
2.6 爆震传感器（Knock Sensor）
检测方法：气缸压力、发动机振动、燃烧噪声 振动法爆震传感器种类：磁致伸缩式、压电式（共振型、非共振型）
结构与原理
2.7 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor，TPS)
8 keyboard interrupt with internal pull-up 11 LED drivers (sink) 2 × 25mA open-drain I/O with pull-up
Resident routines for in-circuit programming and EEPROM emulation System protection features:
High-performance M68HC08 architecture, Low-power design; fully static with stop and wait modes Maximum internal bus frequency:
8-MHz at 5V operating voltage 4-MHz at 3V operating voltage • Oscillator options:
《汽车电器与电子技术》讲义
第九章 发动机电子控制技术
华中科技大学 机械学院 刘伦洪
学习要点
主要内容
发动机电子控制系统的组成 汽车发动机传感器 燃油喷射控制 点火控制 怠速控制(Idle Speed Control，ISC) 排放净化控制 进气控制 故障自诊 安全保险与后备系统 北京切诺基发动机控制系统
二氧化钛式氧传感器虽然比氧化锆式氧传 感器结构简单、体积小、便宜，但电阻随 温度的变化大。因此，需要加设温度修正 回路，内装加热器，以便使高温下的二氧 化钛式氧传感器检测特性比较稳定。
1-TiO2氧传感器元件 2-壳体 3-绝缘体 4-端子 5-陶瓷连结片 6-导线 7-TiO2热敏电阻元件
2.5 温度传感器
思考：设计一个可行的磁脉冲传感 器信号的处理方案。
讨论2: 传感器的精度
现状1：空气流量是燃油喷射的依据，但多采用很 不精确的间接测量或粗略测量；
现状2：曲轴位置是点火提前的依据，但测量精度 最多为1°曲轴转角；…
问题：
是精度已经足够？ 现有技术无法继续提高精度？ 其他部分精度有限，再提高无益？ …
（或α）；A/F = 空气质量/燃油质量
理论空燃比：汽油完全燃烧并生成CO2和H2O时
的空燃比称理论空燃比，约14.7；
过量空气系数λ：实际空气量与理论空气量的比值，
即：
λ= 实际空气量/理论空气量，或 λ= 实际空燃比/14.7
功率混合气：A/F ≈ 12.0 ~13.0 经济混合气：A/F ≈ 16.0
热膜式承受气流压力好，可靠性高。
热膜式
原理
性能比较
性能
种类
叶片式空气 卡门涡旋式 热线式空气 热膜式空
流量计
空气流量计 流量计
气流量计
响应特性 怠速稳定性 废气再循环适用性 发动机性能随时间变化
海拔高度修正
进气温度修正 易安装性 成本
良 良 良 优
需要
需要 良 低
差 良 良 优
需要
需要 良 中
输入信号
起动信号、空调开关信号、档位开关信号、蓄电池电压、离合器开关、刹车开关、 动力转向开关、巡航控制开关
传感器及输入信号
1.2 电子控制单元
输入回路 A/D转换器 微型计算机 输出回路
1.输入回路
滤波：除去干扰信号、杂波 整形： 电平转换： 隔离：采用光耦等 保护：
Pressure) 曲轴位置传感器(Crankshaft Position Sensor) 氧传感器(Oxygen Sensor) 爆震传感器(Knock Sensor) 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor) 温度传感器(Temperature Sensor) 可变电阻传感器 车速传感器(Speed Sensor)
Crystal or resonator RC oscillator
8,192 bytes user program FLASH memory with security1 feature 256 bytes of on-chip RAM Two 16-bit, 2-channel timer interface modules (TIM1 and TIM2) with selectable input capture, output compare, and PWM capability on each channel; external clock input option on TIM2 13-channel, 8-bit analog-to-digital converter (ADC) Serial communications interface module (SCI) 26 general-purpose input/output (I/O) ports:
线性输出型 结构与原理
开关量输出型 问：装开关量传感器的发动机 ECU如何感知驾驶员的加减速 意图？
三、燃油喷射的控制
基本概念 汽油机对混合气的要求 汽油喷射的概念及发展过程 燃油供应装置 燃油喷射控制 电动油泵的控制
1、基本概念
空燃比：混合气中空气与燃油的质量比，简称A/F
发动机对混合气的要求
稳定工况
怠速：A点 小负荷：AB段 中等负荷：BC段 大负荷：CD段
作用：曲轴位置、转速、上止点，是点火提前角的关键计算依据； 按安装位置分：曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮、分电器 按测检原理分：磁电式（磁致脉冲） 、霍尔式、光电式
磁电式
霍尔式
磁电式CPS- (1)
波形示意
4°信号凸缘
曲轴转角分辨率?
如何实现?
可测信号种类?
磁电式CPS (2)
6°凸缘
曲轴转角分辨率?
2.控制电路A通过改变RH中的电流 （使其发热，与RK的温差维持100度） 来调节RH的阻值大小，从而让电桥平 衡；
3.当空气流速增大时，带走更多热量， 因而RH中的电流也应增加；
4.因此，RA的端电压Uo反应了所流过 空气的质量大小。
优点：可直接测量空气质量流量
2者的区别：
发热体RH由热线改为热膜；
组成：
传感器及信号输入装置 电子控制单元 执行器
Audi A8
Benz SL200
Chevrolet Corvette
线束实例
示意图
主要元件位置
1.1 传感器及输入信号
传感器
空气流量计(Mass Air Flow, MAF) 进气歧管绝对压力传感器(Manifold Absolute Pressure, MAP) 曲轴位置传感器（Crankshaft Position Sensor, CPS） 凸轮轴位置传感器（Camshaft Position Sensor，CPS） 上止点位置传感器(Top Dead Center Sensor) 缸序判别信号(Cylinder Indentification Sensor) 冷却水温传感器(Coolant Temperature Sensor) 进气温度传感器(Intake Air Temperature Sensor) 节气门位置传感器(Throttle Position Sensor，TPS) 氧传感器(Oxygen Sensor) 爆震传感器(Knock Sensor) 大气压力传感器(Barometric Pressure Sensor) 车速传感器(Vehicle Speed Sensor)
卡门涡旋的频率f与空气流速V之间 存在如下关系：
V = d * f / St 其中：d为涡流发生器的直径；St为
斯特罗巴尔数，约等于0.2; 若测得卡门涡频率，即可计算出空
气体积流量。
热线式/热膜式空气流量计
热线式
测量原理：
1.布置在空气通道中的的2个温变电阻 RK(冷线)、RH(热线)与固定电阻RA、 RB组成电桥；
当周围气体介质中的氧元素多时，二氧化 钛的电阻值增大；反之，氧元素少时，电 阻值减小。
二氧化钛式氧传感器的三个端子分别是基 准电源、传感器输出端和接地端。由于二 氧化钛的电阻随温度变化，故串联热敏电 阻后具有温度补偿作用。在低温状态下， 二氧化钛电阻值增大，影响其正常的性能， 为使其快速升温以活化其性能，可装有加 热线圈。
一、发动机电子控制系统概述
主要控制对象：汽油喷射(空燃比)、点火装置（点火正时） 辅助控制对象：怠速控制、废气再循环、进气控制、发电机控
制、变速控制、燃油泵控制、加速踏板控制、巡航控制、极限 转速控制、闭缸工作控制、自诊断系统等 发动机电子控制系统的种类
集中控制系统 单独控制系统
可测信号种类?
霍尔式CPS
4~12个叶片
曲轴转角分辨率? 可测信号种类?
光电式CPS
360条缝
其中1条 宽缝
6条缝
曲轴转角分辨率?
可测信号种类?
讨论1：磁脉冲传感器信号的预处理
信号特征：
信号幅值随转速变化成正比变化； 信号上叠加了大量的噪声；
处理方法：
滤波 限幅 数字滤波与后处理。
良 良 良 优
不需要
不需要 良 高
良 良 良 优
不需要
不需偏高？ 3、有更经济、实用的测量方法吗？ …
2.2 歧管绝对压力传感器
(Manifold Absolute Pressure，MAP)
作用：通过测量进气歧管 的进气压力间接计算进气 量
2.3 曲轴位置传感器(Crankshaft Position Sensor，CPS)
1.3 执行器
电动燃油泵 电磁喷油器 冷起动喷油器及热限时开关 怠速空气调整器 点火线圈 EGR阀 碳罐
执行器外观
二、 汽车发动机传感器
车用传感器的要求
线性特性不一定重要 传感器数量不受限制 信号可以加工和共用 可以间接测量
传感器的种类
空气流量传感器（Mass Air Flow） 进气歧管绝对压力传感器(Manifold Absolute
2.1 空气流量计(Mass Air Flow, MAF)
作用：测量吸入发动机的空气量，是燃 油喷射器喷油量的关键计算依据
分类：
叶片式流量计（体积） 卡门涡旋流量计（体积） 热线式（质量） 热膜式（质量）
叶片式空气流量计
卡门涡空气流量计
测量原理： 通过空气通道的空气流速变化时，