² 怠速控制 ² 跛行回家 ² 通过增量系统进行速度传感 2) 附加功能 ² 扭矩与外部系统（如传动机构或车辆动态控制)的联接 ² 对几种发动机零部件的控制 ² 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 ² 完成一系列OBD II 功能 ² 用于诊断功能的管理系统 2．1．2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 12 和以往的M系列发动机电喷管理系统相比，M7 系统的主要特点为： ² 新的以扭矩为变量的发动机功能结构，与其它系统最易兼容,可扩展性强； ² 新的模块化的软件结构和硬件结构,可移植性强； ² 基于模型的发动机基本特性图，相互独立，简化了标定过程； ² 带有相位传感器，顺序燃油喷射有助于改善排放； ² 系统集成防盗功能； ² 通过对各种扭矩要求的集中协调以改善驾驶性能； ² 16位中央处理器，24兆赫时钟频率，512k缓存； ² 系统可根据将来的需要, 如：今后的排放法规, OBDII, 电子节气门等， 进行扩充。 2．2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: l 进气压力信号 l 进气温度信号 l 节气门转角信号 l 冷却液温度信号 l 发动机转速信号 l 相位信号 l 爆震传感器信号 l 氧传感器信号 l 车速信号 l 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： l 怠速调节器开度 l 喷油正时和喷油持续时间 l 油泵继电器 l 碳罐控制阀开度 l 点火线圈闭合角和点火提前角 l 空调压缩机继电器 l 冷却风扇继电器 2．3系统功能介绍 2．3．1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 13 速调节器指定为一个根据起动温度而定的固定参数。 在相似的过程中，特定的“喷油正时”被指定为初始喷射脉冲。 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。 一旦发动机开始运行，系统立即开始减少起动加浓，直到起动工况结束时 （600…700min-1）完全取消起动加浓。 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。 2．3．2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”。 2．3．3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。 一旦转速下降到怠速以上特定的恢复供油转速时，喷油系统重新供油。实际上，ECU 的程序中有一个恢复转速的范围。它们根据发动机温度，发动机转速动态变化等参数的变化 而不同，并且通过计算防止转速下降到规定的最低阈值。 一旦喷射系统重新供油，系统开始使用初次喷射脉冲供给补充燃油，并在进气歧管壁 上重建油膜。恢复喷油后，扭矩为主的控制系统使发动机扭矩的增加缓慢而平稳（平缓过渡）。 2．3．4怠速控制 怠速时，发动机不提供扭矩给飞轮。为保证发动机在尽可能低的怠速下稳定运行，闭 环怠速控制系统必须维持产生的扭矩与发动机“功率消耗”之间的平衡。怠速时需要产生一 定的功率，以满足各方面的负荷要求。它们包括来自发动机曲轴和配气机构以及辅助部件， 如水泵的内部摩擦。 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 14 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， 也需要增加扭矩。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。 2．3．5 l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l=1 附近很狭窄的范围内才 能达到这样高的效率，l闭环控制的目标就是保证混合气浓度在此范围内。 l闭环控制系统只有配备氧传感器才能起作用。氧传感器在三元催化器侧的位置监测 废气中的氧含量，稀混合气（l>1）产生约100mV 的传感器电压，浓混合气（l<1）产生约 900mV 的传感器电压。当l=1 时，传感器电压有一个跃变。l闭环控制对输入信号作出响应 （l>1=混合气过稀，l<1=混合气过浓）修改控制变量，产生修正因子作为乘数以修正喷油 持续时间。 2．3．6 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l闭环控制系统闭 环工作情况下才工作。 2．3．7 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。 15 2．4系统故障诊断功能介绍 2．4．1 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l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）。 图2.4 电喷系统故障诊断原理图 2．4．2 三种故障等级 CLASS 5 →设置诊断故障码时采取的行动 故障一出现，对应的故障码，以及相关的故障信息进入故障码存储器中。 故障在连续三个驾驶循环中出现，故障被确认，但ECU 不启亮故障指示灯。 →清除故障指示灯/故障码的条件 故障确认后，无故障运行连续三个驾驶循环，故障修复。 对于已确认的故障，在故障修复后的40 个连续无故障预热循环后，故障码即被清除。 对于偶发故障，在40 个连续无故障预热循环后，故障码即被清除。 16 CLASS 31 →设置诊断故障码时采取的行动 故障一出现，对应的故障码，以及相关的故障信息进入故障码存储器中。 故障在连续三个驾驶循环中出现，故障被确认，但ECU 启亮故障指示灯。 →清除故障指示灯/故障码的条件 故障灯启亮后，无故障运行一个驾驶循环，故障修复，故障指示灯被关闭。 对于已确认的故障，在故障修复后的40 个连续无故障预热循环后，故障码即被清除。 对于偶发故障，在20 个连续无故障预热循环后，故障码即被清除。 CLASS 33 →设置诊断故障码时采取的行动 故障一出现，对应的故障码，以及相关的故障信息进入故障码存储器中。 故障出现2秒钟，故障被确认，但ECU 不启亮故障指示灯。 →清除故障指示灯/故障码的条件 故障确认后，无故障运行一个驾驶循环，故障修复。 对于已确认的故障，在故障修复后的40 个连续无故障预热循环后，故障码即被清除。 对于偶发故障，在20 个连续无故障预热循环后，故障码即被清除。 2．4．3 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。 2．4．4 四种故障类型 B_mxdfp 最大故障，信号超过正常范围的上限。 B_mndfp 最小故障，信号超过正常范围的下限。 B_sidfp 信号故障，无信号。 B_npdf 不合理故障， 有信号，但信号不合理。 17 2．4．5 诊断仪连接 本系统采用“K”线通讯协议，并采用ISO 9141-2 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 号引脚。标准诊断接头的4 号引脚连接车上的地线；7 号引脚连接ECU 的 71 号引脚，即发动机数据“K”线；16号引脚连接蓄电池正极。 图2.5 ISO9141-2 标准诊断接头 ECU通过“K”线可与外接诊断仪进行通信，并可进行如下操作： （各功能作用及诊断仪操作详见“M7 诊断仪使用介绍”） 一、发动机参数显示 1、转速、冷却液温度、节气门开度、点火提前角、喷油脉宽、进气压力、进气温度、车速、 系统电压、喷油修正、碳罐冲刷率、怠速空气控制、氧传感器波形； 2、目标转速、发动机相对负荷、环境温度、点火闭合时间、蒸发器温度、进气流量、油耗 量； 3、节气门位置传感器信号电压、冷却液温度传感器信号电压、进气温度传感器信号电压、 进气压力传感器信号电压、爆震传感器1#引脚信号电压、爆震传感器2#引脚信号电压。 二、电喷系统状态显示 防盗系统状态、安全状态、编程状态、冷却系统状态、稳定工况状态、动态工况状态、排放 控制状态、氧传感器状态、怠速状态、故障指示灯状态、紧急工况状态、空调系统状态、自 动变速器/扭矩请求状态。 三、执行器试验功能 故障灯、燃油泵、空调继电器、风扇、点火、喷油（单缸断油）。 四、里程计显示 运行里程、运行时间。 五、版本信息显示 车架号码（VIN）、ECU 硬件号码、ECU软件号码。 六、故障显示 进气压力传感器、进气温度传感器、发动机冷却液温度传感器、节气门位置传感器、氧传感 器、氧传感器加热线路、空燃比修正、各缸喷油器、燃油泵、爆震传感器、转速传感器、相 位传感器、碳罐控制阀、冷却风扇继电器、车速信号、怠速转速、怠速调节器、系统电压、 18 ECU、空调压缩机继电器、蒸发器温度传感器、故障灯。 2．4．6 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。 2．5项目相关问题说明 系统特点： 多点顺序喷射系统； 新的以扭矩为变量的发动机功能结构，与其它系统最易兼容,可扩展性强； 新的模块化的软件结构和硬件结构,可移植性强； 采用判缸信号（相位传感器PG3.8）； 采用60-2齿的信号盘识别转速信号（转速传感器DG6）； 采用步进电机空气控制； 实现怠速扭矩闭环控制； 逐缸独立爆震控制（爆震传感器KS-1-K）； 具有对催化器加热、保护的功能； 具有陂行回家功能； 具备闪烁码功能等等。 19 3. M7系统零部件结构、原理及故障分析 3．1进气压力温度传感器 简图和引脚 图3-1 进气压力温度传感器 图3-2 进气压力温度传感器电路图 传感器端引脚图 引脚：1号接地； 2号进气温度信号输出； 3号接5V； 4号进气压力信号输出。 3．1．1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。 3．1．2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 G L/R Br R/Y 33 17 37 40 3 1 4 2 B25进气压力温度 传感器 ECM 20 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（mm），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。 图3-3 进气歧管绝对压力和进气温度传感器剖面图 1密封圈，2不锈钢衬套，3PCB板，4传感元件，5壳体，6压力支架，7焊接连接，8粘结剂连接 3．1．3技术特性参数 （1） 极限数据 量 值 最小 典型 最大 单位 耐受电源电压 16 V 耐受压力 500 kPa 耐受储存温度 -40 +130 °C （2） 特性数据 量 值 最小 典型 最大 单位 压力测试范围 20 115 kPa 运行温度 -40 125 °C 运行电源电压 4.5 5.0 5.5 V 在US=5.0V时的电流 6.0 9.0 12.5 mA 输出电路的负荷电流 -0.1 0.1 mA 对地或对蓄电池的负载电阻 50 kW 21 响应时间 0.2 ms 重量 27 g （3） 压力传感器的传递函数 UA=(c1 pabs+c0)Us 式中，UA =信号输出电压（V） US =电源电压（V） pabs =绝对压力（kPa） c0=-9.4/95 c1=0.85/95（1/kPa） 由上式看出，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。 （4） 温度传感器的极限数据 储存温度：-40/+130°C 25°C承载能力：100mW （5） 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1 kW在5 V 下运行，或以£1mA 的测试电流运行 20°C额定电阻：2.5 kW ± 5% 在空气中的温度时间系数t63，v=6m/s：£45s 3．1．4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。 3．1．5故障现象及判断方法 l 故障现象：熄火、怠速不良等。 l 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。 l 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。 l 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 22 1#、2#引脚，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#引脚连接。怠速状态下，3#引脚应有5V 的参考电压，4#引脚 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# 引脚的电压变化不大；快速打开节气门，4#引脚的电压可瞬间达到4V 左右，然 后下降到1.5V左右。 图3-4 进气温度传感器NTC电阻特征曲线 3．2节气门位置传感器 简图和引脚 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 传感器端引脚图 1 B24 节气门位置传感器 O/W 16 3 2 32 B/W ECM 17 L/R 23 引脚：1号接5V电源； 2号接地； 3号输出信号。 3．2．1安装位置 安装在节气门体上。 3．2．2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。 3．2．3技术特性参数 （1）极限数据 量 值 单位 两个极端位置之间的机械转角 ³95 度 两个极端位置之间的电气可用转角 £86 度 许可的滑触臂电流 £18 mA 储存温度 -40/+130 °C 许可的振动加速度 £700 m/s2 （2）特性数据 量 值 最小 典型 最大 单位 总电阻（引脚1-2） 1.6 2.0 2.4 kW 滑触臂保护电阻 （滑触臂在零位，引脚2-3） 710 1380 W 运行温度 -40 130 °C 电源电压 5 V 右极端位置的电压比 0.04 0.093 24 左极端位置的电压比 0.873 0.960 UP/US随节气门转角的增加率 0.00927 1/度 重量 22 25 28 g 3．2．4安装注意事项 l 紧固螺钉的许用拧紧力矩1.5Nm-2.5Nm。 3．2．5故障现象及判断方法 l 故障现象：加速不良等。 l 一般故障原因：人为故障。 l 维修注意事项：注意安装位置。 l 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#引脚，常 温下其电阻值为2kΩ±20%。两表笔分别接1#、3#引脚，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#引脚则是相反的情况。 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。 3．3冷却液温度传感器 简图和引脚 图3-7 冷却液温度传感器 图3-8 冷却液温度传感器电路图 B Y/G Br B17 冷却液温度传感器 39 至组合仪表 B/W DB1 6 Y/G 35 ECM A C 25 传感器端引脚图 引脚： A：传感器信号 B：仪表用水温信号 C：传感器地 3．3．1安装位置 安装在发动机出水口上。 3．3．2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。负温度系数的热敏电阻装在一个铜质面，见下图。 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 3．3．3技术特性参数 ( 1 ) 极限数据 量 值 单位 额定电压 只能用ECU运行 20°