康明斯柴油發動機電控電噴系統概述

發動機電控系統概述

和傳統的機械控制的發動機相比，電控發動機通過一個中央電子控制單元(ECU(M))來控制和協調發動機的工作，ECU(M)就像人的大腦一樣，通過各種傳感器和開關實時監測發動機的各種運行參數和操作者的控制命令，通過計算后發出的命令給相應的控制元件，如噴油器等，實現對發動機的優化控制，控制系統通過精確控制噴油時間和噴油量，以達到降低排放和提高燃油經濟性的目的。

如下圖所示，ECU(M)處在整個發動機控制系統的核心位置。各種輸入設備，包括傳感器、開關和油門踏板向ECU(M)提供各種信息，ECU(M)通過這些信息來判斷發動機當前的運行工況和操作者的控制命令。輸出設備為執行元件，最重要的執行元件是實現噴油量控制和噴油時間控制的元件。在不同的燃油系統中實現噴油量和噴油時刻控制的元件各有不同。比如共軌系統中實現噴油量和噴油時刻控制的是噴油器中的電磁閥。

電子控制單元（ECU(M)）

電子控制單元（ECU(M)）是整個控制系統的核心。ECU(M)內部有存儲器，存儲控制系統運行的程序。這些程序在ECU(M)沒有物理損傷的前提下可以通過服務軟件擦除重寫。

ECU(M)是精密的電子元件，對車輛系統進行維修時要注意保護。

~ 在插拔ECU(M)上的連接插頭前，請斷開系統電源，不允許帶電插拔ECU(M)上的連接插頭。

~ 在對ECU(M)插頭內的針腳進行測量時一定要使用合適的轉接導線，不可以用萬用表的表筆直接測量。

~ 在需要對底盤和發動機進行焊接作業時，一定要將ECU(M)從發動機上拆下來，否則將損傷ECU(M),導致ECU(M)失效。

由于電控柴油機燃油系統的多樣性，康明斯有多種不同型號的ECU(M)用在不同型號的發動機上。下圖列出了不同年代在康明斯發動機上使用的ECU(M)。這些ECU(M)具有不同的零件號，在訂購時請注意。

對同一平臺的發動機，由于應用場合不同，ECU(M)會有所不同。對車用和工程機械應用，通常ECU(M)的型號和零件號是一樣的，但應采用不同得標定軟件。對發動機驅動的應用，康明斯設計了新型號的ECU(M)。值得指出的是，在發動機驅動應用中，在一般的技術文獻中不再稱電子控制系統為ECU(M)，而是稱其為控制器。

對同一型號的發動機，在相同的應用場合，ECU(M)內的控制軟件依然有所不同，這是由于發動機的功率，適應的排放法規的不同等等原因造成的，再重新標定的ECU(M)時必須注意選擇合適的標定軟件，這些不同的標定軟件是通過ECU(M) Code號來區分的。

輸入設備

輸入設備向ECU(M)輸入各種參數，ECU(M)通過這些參數來判斷發動機當前的運行工況、司機的操作指令和其他的一些信號，只有基于輸入設備的正確參數，ECU(M)才能做出正確的判斷，控制發動機的運行。

按照輸入設備功能的不同，可簡單將其分為三類，傳感器、開關和油門踏板。

輸入設備由ECU(M)提供工作電源，大部分輸入設備的工作電壓都為5伏。

傳感器

發動機主要通過安裝在發動機和車輛上的各種傳感器來實時監測當前的運行參數，不同的機型在傳感器類型和數量上會有所不同，對柴油電控發動機，這些傳感器通常包括：機油壓力和溫度傳感器，進氣溫度和壓力傳感器，冷卻液溫感器，柴油壓力和溫度傳感器，發動機轉速傳感器，發動機位置傳感器，大氣壓力傳感器等。

對天然氣電控發動機，由于其特有的燃料系統和點火方式，除了上述的一些傳感器以外，通常還安裝有節氣門位置傳感器，氣體流量傳感器，氧傳感器和爆震傳感器。有些機型還裝有空氣濕度傳感器。

溫度傳感器

康明斯發動機上使用的溫度傳感器為二線式熱敏式溫度傳感器。隨著溫度的升高，熱敏電阻的阻值降低，正常情況下阻值在500歐姆和40千歐之間變化，下圖右側所示為一個典型的康明斯溫度傳感器參數，具體參數值請參照隨電路圖提供的傳感器技術參數表。

溫度傳感器參數示例

溫度（℃）           電阻（Ω）

0              5k至7k

25             1700至2500

50             700至1000

75             300至450

100            150至220

下圖所示為溫度傳感器的工作原理。隨著溫度的升高，熱敏電阻值降低，從而使信號電壓降低，根據溫度傳感器的工作原理，可以用檢查熱敏電阻阻值的方法檢查溫度傳感器，通過對比實際測量所得的電阻值和參數表中的電阻值，即可判斷傳感器是否正常工作。

發動機上使用的溫度傳感器通常包括冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、燃油溫度傳感器、機油溫度傳感器，以及在某些情況下由OEM提供的溫度傳感器等。需要指出的是，溫度傳感器有時會跟壓力傳感器集成到一起形成一個復合傳感器，此時溫度傳感器的工作原理和檢查方式均沒有變化。復合傳感器的優點在于可以減少系統零件數量使發動機線束更簡單。

壓力傳感器

控制系統中典型的壓力傳感器包括機油壓力傳感器、進氣壓力傳感器，燃油壓力傳感器、大氣壓力傳感器，以及某些情況下OEM安裝的壓力傳感器。天然氣發動機通常還安裝有多個壓力傳感器。

康明斯發動機上使用的壓力傳感器有兩種不同的工作原理，一種是電容式壓力傳感器，另外一種是壓電晶體式。兩種傳感器均為三線式，兩根電源線向傳感器提供5伏的工作電壓，一根信號線向ECU(M)提供壓力信號電壓。

電容式壓力傳感器通過內部的一個電容來感應壓力的變化，當壓力變化時，壓力差使電容的兩個極板之間的距離發生變化，從而輸出一個信號電壓。壓電晶體式傳感器通過內部的一個壓電晶體來感應壓力變化，當壓力變化時，作用在壓電晶體上的壓差使壓電晶體輸出一個信號電壓。

根據壓力傳感器測量壓力時參考壓力的不同，壓力傳感器又可以分為相對壓力傳感器和絕對壓力傳感器。相對壓力傳感器測量壓力時的參考壓力為大氣壓力，因此其測量大氣壓時的測量值為零。絕對壓力傳感器測量壓力時的參考壓力是真空，其測得的壓力值為絕對壓力。

大部分壓力傳感器無法通過測量電阻的方式來判斷好壞，而是需要在壓力傳感器工作時通過輸出的信號電壓來判斷。因此在檢測壓力傳感器時需要專用的檢測導線，保證傳感器正常工作的同時將三條線引出供檢測，不同的壓力傳感器需要不同的檢測導線。下圖為不同的壓力傳感器測試插頭。

下表為一個機油壓力傳感器在不同的機油壓力輸出信號電壓值。具體在測量壓力傳感器時請參考電路圖上壓力傳感器參數表。

、          

如圖所述，為了減少零件數目和使發動機線束更簡單，有些系統將溫度傳感器和壓力傳感器集成到一個傳感器中，比如測量進氣壓力和溫度的進氣壓力/溫度復合傳感器，測量機油壓力和溫度的機油壓力/溫度復合傳感器等。

和其他輸入設備一樣壓力傳感器的工作電壓是5伏。

速度與位置傳感器

速度與位置傳感器是電控發動機上用于檢測發動機運行速度和凸輪軸位置的傳感器。有兩種不同的形式的速度傳感器：磁繞組式（VR式）和霍爾效應式。

磁繞組式（VR式）速度傳感器內部有一電磁鐵心和磁場繞組，電磁鐵心產生電磁場，速度信號輪在旋轉時切割磁場，在磁場繞組上產生交流信號，ECU(M)通過計量交流信號的頻率即可計算出信號輪的轉速。

磁場繞組式的速度傳感器可以通過測量電阻值來檢查其工作是否正常，具體請參考隨電路圖提供的傳感器數據表。有些磁場繞組式速度傳感器內部有兩組繞組，這兩組繞組的功能是一樣的，其中一組用于另外一組失效時的備用。

霍爾效應式速度傳感器內部有一特殊半導體，在金屬物體接近此半導體時電阻會發生變化，通過傳感器內部的電路輸出信號電壓。和磁場繞組式速度傳感器輸出的模擬信號相比，霍爾式速度傳感器輸出的是更精確的數字信號，因此越來越多的機型開始采用霍爾效應式的速度傳感器和位置傳感器。

霍爾效應式的速度和位置傳感器無法通過檢測電阻來檢測?？梢酝ㄟ^盤轉發動機，測量其輸出信號電壓的方法來判斷其工作的好壞。在盤動發動機時，正常工作的霍爾效應式速度傳感器的輸出電壓在0伏和5伏之間切換（0伏和5伏為名義電壓，實際電壓比0伏稍高比5伏稍低）。

在速度信號輪上做出一個異形的輪齒或其他的標記，速度傳感器即可以測量出曲軸或凸輪軸的位置，所以速度傳感器也可以是發動機位置傳感器。通常我們將安裝在凸輪軸上的傳感器叫位置傳感器，安裝在曲軸上的傳感器叫速度傳感器。

燃氣質量流量傳感器（GMFS）

此傳感器用于康明斯天然氣發動機上測量天然氣的質量流量。

電路描述：

電子控制模塊（ECU(M)）通過GMFS來測量從燃料供應管輸送到發動機的燃氣量。GMFS通過蓄電池供電。燃氣質量流量傳感器是一個熱絲風速計，它通過計量將電熱絲維持在恒定溫度所需要的電功率確定燃氣的流量。當有更多的燃氣流經流量傳感器的電熱絲時，電熱絲就需要更大的電功率來維持其保持在恒定的溫度。

部件位置：

B5.9G：GMFS安裝在燃氣控制殼體的背面。

C8.3G：GMFS安裝在發動機左側燃料控制閥的旁邊。

L10G：GMFS安裝在發動機的左側壓力調節器的下游。

修理提示：

將期望的燃氣質量流量信號與感應到的燃氣質量流量信號相比，可以檢測傳感器或燃氣流量通道的故障。檢查12V供電電壓信號是否正常。檢查燃料箱中是否有足夠的燃料和/或GMFS是否被污染。

加熱式氧傳感器（HOS）

康明斯天然氣發動機中使用此傳感器來測量發動機尾氣中的氧含量。

電路描述：

氧傳感器用來檢測發動機廢氣中氧含量，并發信號給ECU(M)。電子控制模塊（ECU(M)）通過HOS來計算發動機運行時的實際空燃比，并根據運算結果來調整燃料的供給，從而獲得最佳的排放水平

部件描述：

HOS位于渦輪增壓器廢氣出口。

修理提示：

·電氣連接器中的任何潤滑脂都會導致傳感器的故障。

·在傳感器安裝螺紋上只使用康明斯認可的防粘結膏和潤滑劑。

·檢查傳感器電源供應。

·現在新型的氧傳感器將傳感器的兩個插接件整合為一個。

節氣門閥片位置傳感器

康明斯天然氣發動機中使用此傳感器檢測節氣門的開度。

電路描述：

電子控制模塊（ECU(M)）通過節氣門閥片位置傳感器（TPPS）測量節氣門閥片開度的百分比。

部件位置：

節氣門閥片位置傳感器TPPS位于節氣門的頂部

修理提示：

沒有節氣門閥片位置傳感器TPPS時發動機也能工作，一旦出現了TPPS故障代碼。ECU(M)利用測量的混合器進口壓力和歧管絕對壓力來估算節氣門閥片的開度。

`

爆震傳感器

康明斯天然氣發動機中使用此傳感器來檢測氣缸內的爆震。

爆震是指燃燒室中的殘余燃氣被壓燃的現象。殘余燃氣燃燒后，燃燒室局部的燃燒速率非常的快，從而在燃燒室中產生壓力震蕩，壓力振蕩會導致響亮的爆震聲.壓力振蕩還使熱傳遞變快，并造成較高的表面溫度，從而使發動機損壞。

早期我們通過調整基本點火正時表控制爆震。為了防止由于正時調整而造成的發動機部件損壞，ECU(M)中編程有最大極限值，如果正時調整不成功，還可以通過兩種減小節氣門開度的方式來消除爆震。輕微的減小節氣門開度會對節氣門有所限制，但爆震消除后駕駛員可以

重新恢復節氣門最大開度；而大幅減小節氣門開度會進一步限制節氣門。如果大幅減小節氣門開度達到一定的次數，節氣門開度就限制在最大嚴重開度極限內直到發動機停機。

修理提示：

·當有故障代碼顯示檢測到發動機發生爆震時，應先檢查爆震傳感器是否松動。

開關

開關是電控系統中的另外一類的輸入設備。和傳感器有所不同，開關向ECU(M)輸入的是開關量，所以它通常是向ECU(M)輸入司機的操作指令，如診斷開關等。

根據開關控制的數量和結合位置的不同，開關可分為單刀單擲開關，單刀雙擲開關、雙刀單擲開關等等。

單刀單擲開關                                 單刀雙擲開關

           

根據開關的結合方式不同，開關可分為瞬態開關和常態開關，瞬態開關用于臨時結合，如怠速調整開關。

從開關的狀態來區分，開關可分為常開開關和常閉開關，當系統不工作時開關的結合狀態即為區分的標準。電路圖上顯示的開關狀態即為系統不工作時的狀態，常開開關處在打開的位置，常閉開關處在關閉的位置。

油門踏板

在康明斯車用和工程機械用電控發動機上，傳統的機械拉桿式油門被一個標準的6線式電子油門所取代，油門踏板和發動機之間不再有任何的機械連接，既提高了油門的響應速度和精度，也有利于整車的布置。

如圖所示,油門內部由一個電位計（可變電阻）和一個單刀雙擲開關組成。單刀雙擲開關的作用是向ECU(M)提供怠速與非怠速的信號，所以此開關也叫怠速校驗開關。在司機踩與不踩油門時，此開關分別處在非怠速與怠速兩個不同的接通位置，ECU(M)即可通過此開關的接通位置判斷司機是否已踩下油門。

司機踩下油門的深度，即油門踏板開啟角度或油門信號，是通過一個電位計來提供的。此電位計的工作電壓為5伏，油門信號電壓在略大于0伏和小于5伏之間的電壓變化。

油門踏板和遠程油門技術參數

油門位置傳感線圈電阻

電源和回路導線之間為：·2000至3000歐姆

電源和信號導線之間（釋放踏板）：·1500至3, , 000歐姆

電源和信號導線之間（踩下踏板）：·200至1500歐姆

注：釋放踏板時的電阻減去踩下時的電阻必須為1000歐姆。

下圖為ISBe發動機油門踏板的電路接線圖。

輸出設備

ECU(M)通過輸入設備輸入的參數，通過內部程序的計算，向各輸出設備輸出控制指令，由于電控柴油系統的多樣性，各種不同的電控燃油系統，其所具有的執行元件各不相同，以系統最主要的輸出設備，實現噴油量和噴油正時控制的執行元件為例。中馬力共軌系統通過噴油器來直接實現對噴油量和噴油正時的控制，而有些燃油系統通過單個電磁閥實現所有六個缸的控制。

電磁閥

電控系統中最主要的執行元件為電磁閥，根據電磁閥的工作方式不同，可以分為常開/常閉型（ON/OFF）和脈寬調制型（PWM）。

常開/常閉型（ON/OFF）電磁閥接受來自ECU(M)的信號，其中有兩個開啟狀態，全開或者全閉。所以控制這種電磁閥的信號是一個常壓信號，典型的常開/常閉型（ON/OFF）電磁閥有燃油切斷閥、四級廢氣旁通門執行器等。

脈寬調制型（PWM）執行器其開度可根據信號的不同實現連續的變化，所以這種執行器能實現更靈活的控制，如中馬力共軌系統中的燃油計量閥，可以實現對低壓燃油流量的精確控制。

脈寬調制型（PWM）執行器是通過脈寬調節信號來實現連續開度控制的，脈沖信號是一個頻率不變的信號，通過改變脈沖（高電平）寬度（0-100%之間的變化），執行器即可實現向對應的開度變化。

繼電器

繼電器在電控系統中也被用作輸出設備，用于實現小電流對大電流的控制，或者一個電路對多個電路的控制。典型的如右圖所示的格柵加熱控制器，由于格柵加熱器的工作電流很大無法直接在ECU(M)上通過，ECU(M)通過控制一個繼電器來控制格柵加熱器的工作。ECU(M)對繼電器的控制電流最大可達到2安培。

指示燈

指示燈是ECU(M)向操作者輸出信號的輸出設備。這些指示信號包括故障信號、停機警告燈、等待啟動信號和保養提醒信號等等，不同的機型指示燈的設置有所不同，下圖所示為ISBe發動機指示燈的電路圖

ISBe指示燈布置

在各種指示燈中，故障警告燈和停機燈是所有機型都配備的，也是系統最重要的兩個指示燈。由于指示燈是OEM（主機廠）負責安裝的，因此各主機廠采用的指示燈圖案有所不同，具體請參照主機廠設備使用指導。下圖是故障指示燈和停機燈的一個實例。

電控發動機系統能顯示和記錄一些故障并將這些故障以故障碼的形式來表示，這些故障碼會使故障分析變得容易一些。故障代碼記錄在ECU(M)中，利用儀表板上的故障指示燈或INSITE服務軟件?？梢宰x取這些故障碼,需要特別指出的是并非所有發動機控制系統故障都會以故障碼的形式表示出來。

根據故障的嚴重程度，用兩種不同顏色的故障指示燈加以區別。

WARNING警告指示燈是黃色的，當這個故障燈亮起時，表明需盡快排除故障。

STOP發動機停機指示燈是紅色的，當這個故障燈亮起時，表明需盡快使發動機安全停機，并及時排除故障，在排除故障以前不允許啟動發動機。

要檢查是否存在現行的故障代碼，應將鑰匙開關轉到“OFF”斷開位置，并將診斷開關轉到“ON”位置上，在將鑰匙開關轉到“ON”接通位置。

如果未記錄現行故障代碼，警告指示燈停機指示燈同時亮起，而且一直亮。

如果記錄了現行故障代碼，警告指示燈和停機指示燈均會在瞬間變亮，然后開始閃爍所記錄的故障代碼。

故障代碼按下列順序閃爍：

黃色“警告燈”亮一下，然后有1至2秒的暫停。

當紅色指示燈閃爍完故障代碼后，黃色警告燈再次閃亮，然后紅燈再次重復閃爍故障號碼。

要想查看下一個故障代碼，可將怠速開關向“（+）”位置扳動一下，要想查看上一個故障代碼，只要將“怠速調節開關”向（-）位置扳動一下，如果只記錄了一個現行故障代碼，則無論扳到（+）的位置或（-）的位置，故障等都將持續的顯示同一個故障代碼。

當不使用診斷系統時，應斷開診斷開關。如果診斷開關為斷開，ECU(M)將不會記錄某些故障代碼。

由于不同的主機廠在故障燈和診斷開關的布置上會有所不同，在操作前請詳細閱讀主機廠提供的設備操作和保養手冊。

有些車輛還裝有等待啟動（WTS）指示燈。冬季啟動時在鑰匙開關接通后的預熱期間，等待啟動之時燈會亮起，為縮短冬季啟動時間，在等待啟動指示燈熄滅前不得啟動發動機。

“燃油中有水（WIF）”指示燈表明發動機油水分離器中的水需要排出，只要該指示燈閃亮，就要盡快進行排水。有些OEM將保養指示燈和燃油中有水（WIF）指示燈的功能綜合在一起，在這種情況下，除其他保養指示器外，保養指示燈還會顯示“燃油中有水” （WIF）警告。

康明斯電路圖的使用

       電路圖是電控系統故障排查中必不可少的資料。能快速正確地閱讀康明斯電路圖是電控系統故障診斷的前提之一。

       康明斯電路圖是介于電路原理圖和電路裝配圖的一種電路圖。裝配圖能詳細反映電路的走向和零件及插頭形狀，如下左圖所示；原理圖則只是反映電路的工作原理，非常簡化?？得魉闺娐穲D吸收兩種電路圖的優點，非常易于閱讀。

裝配圖                              原理圖

康明斯電路圖示例

電路圖中的顏色：康明斯原裝的電路圖為彩色圖，圖中線路總共有五種顏色，分別是紅色、藍色、黑色、紫色、和綠色。紅色代表系統供電電路的火線，包括電瓶向ECU(M)的供電電路火線和ECU(M)向輸入輸出設備供電電路的火線；藍色代表輸入設備向ECU(M)輸入信號的信號電路，包括各種開關和傳感器及油門的輸出信號線；黑色代表供電電路的地線，包括電瓶回路的地線和ECU(M)向輸入輸出設備供電的地線；紫色代表ECU(M)向輸出設備提供控制信號的控制信號線；綠色為數據通信線路。

電路中的符號

電路圖中的結構

康明斯提供的發動機安裝到主機廠設備上，需要主機廠完成一系列的接線，其中包括ECU(M)的供電電路、發動機的啟動電路、油門電路、指示燈和控制開關電路等等。在康明斯電路圖中通過一根虛線將整個電路圖一分為二，圖中標明左邊電路為OEM（主機廠）負責，右邊電路為康明斯負責，即左邊電路由主機廠負責安裝，右邊電路為發動機的出廠狀態。

    需要指出的是，在實際的設備中，主機廠的電路連接不會完全和康明斯原裝電路圖中的接法一樣。這是因為康明斯電路圖中推薦的接法包含了發動機所有的特性，而主機廠在安裝時有些控制功能可能不啟用，或者在康明斯允許的前提下對電路作一定的改動。

標題欄

標題欄位于電路圖的左下方，提供了包括適用的機型、電路圖公告號和使用的ECU(M)零件號等信息。電路圖的公告號就是電路圖的零件號，可以通過康明斯的零件系統訂購電路圖。適用的ECU(M)零件號代表此電路圖所對應的ECU(M)零件號。由于同一電控機型可能安裝有不同零件號碼的ECU(M)，比如ISM，因此在使用電路圖時要注意。

ECU(M)供電電路

如前所述ECU(M)本身是需要外部供電的，如果ECU(M)的供電電路有問題，可能導致整個系統不能工作。對康明斯車用和工程機械用電控發動機，ECU(M)的供電電路包括無開關電源和開關電源兩部分，如下圖所示。

無開關電源通過電瓶直接向ECU(M)供電，除了保險絲以外，不允許再接其他的元件。在CM850/870/875之前的ECU(M)，無開關電源通常由三組（火線和地線）以上的線路構成，這是因為ECU(M)的工作電流較大，通過一組導線不能提供足夠的工作電流。對CM850/870/875，ECU(M)的無開關電源通過一個專用的插頭導入。

開關電源是通過鑰匙開關后接入ECU(M)的一根火線，接入ECU(M)前通常還有一個保險絲。在鑰匙開關處在OFF關位置時，此火線處在斷開的位置。ECU(M)通過此處的電壓信號判斷開始或者結束工作，通常這里的信號也是發動機的熄火信號。

需要指出的是，對康明斯G—drive機組驅動用發動機，ECU(M)的供電電路中沒有開關電源，而只有無開關電源。