一、系統(tǒng)組成
發(fā)動機(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行狀況和發(fā)動機(jī)工況等相關(guān)信息。發(fā)動機(jī)控制器即發(fā)動機(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)動機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。
1．傳感器
在汽車發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中，傳感器的作用是將汽車各部件運行的狀態(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)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，它檢測發(fā)動機(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火提前角的大小，是燃油噴射和點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位置信號（又稱為氣缸識別傳感器），以便控制噴油和點火時刻，是點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火提前角，是燃油噴射和點火控制的修正信號。
（7）進(jìn)氣溫度傳感器
進(jìn)氣溫度傳感器向ECM提供發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度信號，作為燃油噴射和點火控制的修正信號。
（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，以便修正點火提前角并實現(xiàn)點火提前角閉環(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、制動開關(guān)信號、動力轉(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、點火提前角等進(jìn)行控制，適應(yīng)汽車的不同運行工況。
2．控制器
ECM是發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的核心，可被視為發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的大腦，具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運算、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)在以下幾個方面：
①給傳感器提供參考（基準(zhǔn)）電壓；
②存儲分析計算所用的程序、車型的特點參數(shù)、運算中的數(shù)據(jù)及故障信息；
③運算分析，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)行動作。發(fā)動機(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)動機(jī)的負(fù)荷情況，控制發(fā)動機(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)動機(jī)控制系統(tǒng)是一個綜合控制系統(tǒng)，具有多種控制功能，而燃油噴射控制和點火控制是發(fā)動機(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．點火控制
發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)可使發(fā)動機(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)動機(jī)的運行工況和運行條件，選擇最理想的點火提前角點燃可燃混合氣。
在發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)點火時刻采用閉環(huán)控制時，就能把點火提前角控制在接近臨界爆燃點或使發(fā)動機(jī)有輕微的爆燃，以最大限度地發(fā)揮發(fā)動機(jī)的潛能，提高動力性。
3．進(jìn)氣控制
發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化，對發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣進(jìn)行控制，以提高發(fā)動機(jī)的充氣效率，從而改善動力性。進(jìn)氣控制系統(tǒng)主要包括發(fā)動機(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)、可變氣門正時控制系統(tǒng)等。
4．排放控制
排放控制主要對發(fā)動機(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)動機(jī)控制系統(tǒng)的功能必將日益增加。
三、控制方式
發(fā)動機(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)動機(jī)工作時，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。
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)整空燃比和點火提前角的準(zhǔn)確程度受到發(fā)動機(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，而且存在著反饋作用，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)動機(jī)啟動時，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火時刻、燃油噴射、怠速等。通過CPU的控制，一個個指令逐個地循環(huán)執(zhí)行。執(zhí)行程序中所需要的發(fā)動機(jī)信息來自各個傳感器。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)信息暫時存儲在RAM內(nèi)，根據(jù)指令再從RAM送到CPU。有時需將存儲在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
