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1、发动机电控系统 概述和传统的机械控制的发动机相比，电控发动机通过一个中央电子控制单元（ ECM）来控制和协调发动机的工作，ECM 就象人的大脑一样，通过各种传感器和开关实时监测发动机的各种运行参数和操作者的控制指令，通过计算后发出命令给相应的控制元件，如喷油器等，实现对发动机的优化控制。控制系统通过精确控制喷油时间和喷油量，以达到降低排放和提高燃油经济性的目的。如下示意图所示， ECM 处在整个发动机控制系统的核心位置。各种输入设备， 包括传感器、开关和油门踏板向ECM 提供各种信息，ECM 通过这些信息来判断发动机当前的运行工况和操作者的控制指令。输出设备为执行元件，它们执行ECM 通过计算
2、得出的各种控制指令。在所有的执行元件中， 最重要的执行元件是实现喷油量控制和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 喷油时间控制的元件。一、电子控制单元（ ECM）电子控制单元 (ECM)是整个控制系统的核心。ECM 内部有存储器，存储控制系统运行的程序。这些程序在ECM 没有物理损伤的前提下可以通过服务软件擦除重写。ECM 是精密的电子元件， 在对车辆系统进行维修时要注意保护。在查拔 ECM 上的连接插头前，请断开系
3、统电源。不允许带电插拔 ECM 上的连接插头。在对 ECM 插头内的针脚进行测量时，一定要使用合适的转接导线，不可以用万用表的表笔直接测量。在需要对底盘和发动机进行焊接作业时，一定要将ECM 从发动机上拆下来，否则将损伤ECM，导致 ECM 失效。输入设备输入设备向 ECM 输入各种参数，ECM 通过这些参数来判断发动机当前的运行工况、 司机的操作指令和其它的一些信号。只有基于输入设备输入的正确参数， ECM 才能做出正确的判断， 控制发动机的运行。按照输入设备功能的不同，可简单地将其分为三类，传感器、开关和油门踏板。输入设备由 ECM 提供工作电源，大部分输入设备的工作电压都为 5伏。发动机
4、主要通过安装在发动机和车辆上的各种传感器来实时监测当前的运行参数，不同的机型在传感器类型和数量上会有所不同，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 对柴油电控发动机，这些传感器通常包括：机油压力和温度传感器，进气温度和压力传感器，冷却液温传感器，柴油压力和温度传感器，发动机转速传感器，发动机位置传感器，大气压力传感器等等。温度传感器康明斯发动机上使用的温度传感器为二线式热敏式温度传感器。随着温度的升高， 热敏电阻的阻值
5、降低， 正常情况下阻值在500 欧姆和 40 千欧之间变化。下图所示为温度传感器的工作原理。随着温度的升高， 热敏电阻值降低，从而使信号电压降低。根据温度传感器的工作原理，可以用检查热敏电阻阻值的方法检查温度传感器。通过对比实际测得的电阻值和参数表中的电阻值，即可判断温度传感器是否在正常工作。发动机上使用的温度传感器通常包括冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、机油温度传感器，以及在某些情况下由OEM 提供的温度传感器等。需要指出的是，温度传感器有时会和压力传感器集成到一起形成一个复合传感器，此时温度传感器的工作原理和检查方式均没有变化。 复合传感器的优点在于可以减少系统的零件数量
6、，使发动机线束更简单。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 压力传感器控制系统中典型的压力传感器包括机油压力传感器、进气压力传感器，燃油压力传感器、大气压力传感器，以及某些情况下 OEM 安装的压力传感器。 康明斯发动机上使用的压力传感器有两种不同的工作原理，一种为电容式压力传感器，另外一种为压电晶体式。两种传感器均为三线式， 两根电源线向传感器提供5 伏的工作电压， 一根信号线向 ECM 提供压力信号电压。电容式压
7、力传感器通过内部的一个电容来感应压力的变化，当压力变化时，压力差使电容的两个极板之间的距离发生变化，从而输出一个信号电压。压电晶体式传感器通过内部的一个压电晶体来感应压力的变化，当压力变化时， 作用在压电晶体上的压差使压电晶体输出一个信号电压。根据压力传感器测量压力时参考压力的不同，压力传感器又可以分为相对压力传感器和绝对压力传感器。相对压力传感器测量压力时的参考压力为大气压， 因此其测量大气压时的测量值为零。绝对压名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页
8、 - - - - - - - - - 力传感器测量压力时的参考压力是真空，其测得的压力值为绝对压力。大部分压力传感器无法通过测量电阻的方式来判断好坏，而是需要在压力传感器工作时通过输出的信号电压来判断。因此在检测压力传感器时需要专用的检测导线， 保证传感器正常工作的同时将三条线引出供检测， 不同的压力传感器需要不同的检测导线。下图为三种不同的压力传感器测试抽头。 和其它输入设备一样， 压力传感器的工作电压为 5 伏。速度与位置传感器速度与位置传感器是电控发动机上用于检测发动机运行速度与凸轮轴位置的传感器。有两种不同形式的速度传感器:磁绕组式速度传感器和霍尔效应式速度传感器。磁绕组式（ VR 式
9、）速度传感器内部有一电磁铁心和磁线绕组，电磁铁心产生电磁场， 速度信号轮在旋转时切割磁场，在磁线绕组上产生交流信号， ECM 通过计量交流信号的频率即可计算出信号轮的转速。磁绕组式的速度传感器可以通过测量电阻值来检查其是否工作名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 正常。有些磁绕组式速度传感器内部有两组绕组，这两组绕组的功能是一样的，其中一组用于另外一组失效时的备用。霍尔效应式速度传感器内部有一特殊的半导体，在金属物体
10、接近此半导体时其电阻会发生变化，通过传感器内部的电路输出信号电压。和磁绕组式速度传感器输出的模拟信号相比，霍尔效应式速度传感器输出的是更精确的数字信号， 因此越来越多的机型开始采用霍尔效应式的速度和位置传感器。霍尔效应式的速度和位置传感器无法通过测量电阻来检测。可以名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 通过盘转发动机，测量其输出信号电压的方法来判断其工作的好坏。在盘动发动机时，正常工作的霍尔效应式速度传感器的输出电压
11、在0伏和五伏之间切换（ 0 伏和 5 伏为名义电压，实际电压比0 伏稍高，比 5 伏稍低） 。在速度信号轮上做出一个异型的轮齿或其它的标记，速度传感器即可以测量出曲轴或凸轮轴的位置，所以速度传感器同时也是发动机位置传感器。 通常我们将安装在凸轮轴上的传感器叫位置传感器，安装在曲轴上的传感器叫速度传感器。开关开关是电控系统中另外一类的输入设备。和传感器不同，开关向 ECM输入的是开关量，所以它通常是用于向ECM 输入司机的操作指令，如诊断开关等。根据开关控制电路的数量和结合位置的不同，开关可以分为单刀单掷开关、单刀双掷开关、双刀单掷开关等等。单刀单掷开关单刀双掷开关根据开关的结合方式， 开关又可
12、以分为瞬态开关和常态开关。瞬态开关用于临时结合，如怠速调整开关。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 从开关的结合状态来区分，开关可以分为常开开关和常闭开关。当系统不工作时开关的结合状态即为区分的标准。电路图上显示的开关状态即为系统不工作时的状态，常开开关处在打开的位置， 常闭开关处在关闭的位置。油门踏板在康明斯车用和工程机械用电控发动机上，传统的机械拉杆式油门被一个标准的 6 线式电子油门所取代， 油门踏板和发动机
13、之间不再有任何的机械连接， 既提高了油门的响应速度和精度，也有利于整车的布置。油门内部由一个电位计（可变电阻）和一个单刀双掷开关组成。单刀双掷开关的作用是向ECM 提供怠速与非怠速信号，所以此开关也叫怠速校验开关。 在司机踩与不踩油门时， 此开关分别处在非怠速与怠速两个不同的接通位置，ECM 即可通过此开关的接通位置判断司机是否已经踩下油门。司机踩下油门的深度， 即油门踏板开启角度或油门信号，是通过一个电位计来提供的。 此电位计的工作电压为五伏，油门信号电压在略大于 0 伏和小于 5 伏之间的电压变化。油门踏板和远程油门技术参数油门位置传感器线圈电阻：电源和回路导线之间2000至 3000 欧
14、姆电源和信号导线之间（释放踏板）1500至 3000 欧姆电源和信号导线之间（踩下踏板）200至 1500欧姆名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 注：释放踏板时的电阻减去踩下时的电阻必须为1000欧姆。输出设备 ECM 通过输入设备输入的参数，通过内部程序的计算，向各输出设备输出控制指令。 由于电控柴油机燃油系统的多样性，各种不同的电控燃油系统， 其所具有的执行元件各不相同。以系统最主要的输出设备，实现喷油量和喷油
15、正时控制的执行元件为例，中马力共轨系统通过喷油器来直接实现对喷油量和喷油正时的控制，而有些燃油系统通过单个电磁阀实现对所有6 个缸的控制。电磁阀电控系统中最主要的执行元件为电磁阀。根据电磁阀工作方式的不同，可以分为常开 / 常闭型（ ON/OFF ）和脉宽调制型（ PWM） 。常开/ 常闭型（ON/OFF ）电磁阀接受来自 ECM 的控制信号，其只有两个开启状态， 全开或者全闭。 所以通常控制这种电磁阀的信号为一个常压信号。典型的常开/ 常闭型（ ON/OFF ）电磁阀有燃油切断阀、四级废气旁通门执行器等。脉宽调制型（ PWM）执行器其开度可根据控制信号的不同实现连续的变化，所以这种执行器能实
16、现更灵活的控制。如中马力共轨系统中的燃油计量阀，可以实现对低压燃油流量的精确控制。脉宽调制型（ PWM）执行器是通过脉宽调制信号来实现开度连续控制的。脉冲信号是一个频率不变的信号，通过改变脉冲（高电平）宽度（ 0-100% 之间变化） ，执行器即可实现相对应的开度变化。继电器继电器在电控系统中也被用作输出设备，用于实现小电流对大电流的控制，或者一个电路对多个电路的控制。典型的如下右图所示的格栅加热器控制电路。 由于格栅加热器的工作电流很大，无法直接在ECM 内通过，ECM 通过控制一个继电器来控制格栅加热器的工作。ECM对继电器的控制电流最大可以达到2 安培。指示灯指示灯是 ECM 向操作者输
17、出指示信号的输出设备。这些指示信号包括故障信号、停机警告信号、等待启动信号和保养提醒信号等等。在各种指示灯中， 故障警告灯和停机灯是所有机型都配备的，也是系统最重要的两个指示灯。下图是故障警告灯和停机灯的一个实例。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 电控发动机控制系统能显示和记录一些运行故障，并将这些故障以故障代码的形式来表示，这些故障代码会使故障分析变得容易些。故障代码记录在 ECM 中，利用仪表板上的故障指示灯
18、或INSITE服务软件，可以读取这些故障代码。 需要特别指出的是并非所有的发动机控制系统故障都会以故障代码的形式表示出来。根据故障的严重程度，用两种不同颜色的故障指示灯加以区别。“WARNING ”警告指示灯是黄色的，当这个故障灯亮起时，表明需要尽快排除故障。“STOP”发动机停机指示灯是红色的，当这个故障灯亮起时，表明需要尽快使发动机安全停机， 并及时排除故障。在故障排除以前，不允许启动发动机。要检查是否存在现行的故障代码，应将钥匙开关转到“OFF”断开位置，并将诊断开关转到“ON”位置，再将钥匙开关转到“ON”接通位置。如果未记录现行故障代码， “警告”指示灯和“停机”指示灯同时亮起，而且
19、一直亮。如果记录了现行故障代码， “警告”指示灯和“停机”指示灯均会在瞬间变亮，然后开始闪烁所记录的故障代码。故障代码按下列顺序进行闪烁：黄色“警告”指示灯亮一下，然后有1 至 2 秒钟的暂停。接着红色“停机”指示灯闪烁出故障代码，在每个数字之间会有1 至 2 秒钟的暂停。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 当红色指示灯闪烁完故障代码之后， 黄色警告灯再次闪亮， 然后，红灯再次重复闪烁故障号码。要想察看下一个故障
20、代码，可将“怠速调节开关向“（+） ”位置扳动一下。要想察看上一个故障代码， 只要将“怠速调节开关”向 （-） ”位置扳动一下。如果只记录了一个现行故障代码，则无论扳动到“ （+） ”的位置或（ -） ”的位置，故障灯都将持续地显示同一个故障代码。当不使用诊断系统时，应断开诊断开关。如果诊断开关未断开，ECM 将不会记录某些故障代码。由于不同的主机厂在故障灯和诊断开关的布置上会有所不同，在此操作前请详细阅读主机厂提供的设备操作和保养手册。有些车辆上还装有 “等待起动” （WTS）指示灯。冬季起动时，在钥匙开关接通后的预热期间， “等待起动”指示灯会亮起。为缩短冬季起动时间，在“等待起动”指示灯熄灭前不得起动发动机。“燃油中有水”（WIF）指示灯表明发动机油水分离器中的水需要排出。只要该指示灯闪亮，就要尽快进行排水。有些OEM 将“保养”指示灯和“燃油中有水“ （WIF）指示灯的功能综合在一起。在这种情况下，除了其它保养指示器外，保养指示灯还会显示“燃油中有水” （WIF）警告。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -