康明斯柴油发动机电控电喷系统概述

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(ECU(M))来控制和协调发动机的工作，ECU(M)就像人的大脑一样，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命令，通过计算后发出的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。

如下图所示，ECU(M)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ECU(M)提供各种信息，ECU(M)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命令。输出设备为执行元件，最重要的执行元件是实现喷油量控制和喷油时间控制的元件。在不同的燃油系统中实现喷油量和喷油时刻控制的元件各有不同。比如共轨系统中实现喷油量和喷油时刻控制的是喷油器中的电磁阀。

电子控制单元（ECU(M)）

电子控制单元（ECU(M)）是整个控制系统的核心。ECU(M)内部有存储器，存储控制系统运行的程序。这些程序在ECU(M)没有物理损伤的前提下可以通过服务软件擦除重写。

ECU(M)是精密的电子元件，对车辆系统进行维修时要注意保护。

~ 在插拔ECU(M)上的连接插头前，请断开系统电源，不允许带电插拔ECU(M)上的连接插头。

~ 在对ECU(M)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ECU(M)从发动机上拆下来，否则将损伤ECU(M),导致ECU(M)失效。

由于电控柴油机燃油系统的多样性，康明斯有多种不同型号的ECU(M)用在不同型号的发动机上。下图列出了不同年代在康明斯发动机上使用的ECU(M)。这些ECU(M)具有不同的零件号，在订购时请注意。

对同一平台的发动机，由于应用场合不同，ECU(M)会有所不同。对车用和工程机械应用，通常ECU(M)的型号和零件号是一样的，但应采用不同得标定软件。对发动机驱动的应用，康明斯设计了新型号的ECU(M)。值得指出的是，在发动机驱动应用中，在一般的技术文献中不再称电子控制系统为ECU(M)，而是称其为控制器。

对同一型号的发动机，在相同的应用场合，ECU(M)内的控制软件依然有所不同，这是由于发动机的功率，适应的排放法规的不同等等原因造成的，再重新标定的ECU(M)时必须注意选择合适的标定软件，这些不同的标定软件是通过ECU(M) Code号来区分的。

输入设备

输入设备向ECU(M)输入各种参数，ECU(M)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他的一些信号，只有基于输入设备的正确参数，ECU(M)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，可简单将其分为三类，传感器、开关和油门踏板。

输入设备由ECU(M)提供工作电源，大部分输入设备的工作电压都为5伏。

传感器

发动机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，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。

对天然气电控发动机，由于其特有的燃料系统和点火方式，除了上述的一些传感器以外，通常还安装有节气门位置传感器，气体流量传感器，氧传感器和爆震传感器。有些机型还装有空气湿度传感器。

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，热敏电阻的阻值降低，正常情况下阻值在500欧姆和40千欧之间变化，下图右侧所示为一个典型的康明斯温度传感器参数，具体参数值请参照随电路图提供的传感器技术参数表。

温度传感器参数示例

温度（℃）           电阻（Ω）

0              5k至7k

25             1700至2500

50             700至1000

75             300至450

100            150至220

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，通过对比实际测量所得的电阻值和参数表中的电阻值，即可判断传感器是否正常工作。

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，温度传感器有时会跟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零件数量使发动机线束更简单。

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。天然气发动机通常还安装有多个压力传感器。

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，一种是电容式压力传感器，另外一种是压电晶体式。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ECU(M)提供压力信号电压。

电容式压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力，因此其测量大气压时的测量值为零。绝对压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。下图为不同的压力传感器测试插头。

下表为一个机油压力传感器在不同的机油压力输出信号电压值。具体在测量压力传感器时请参考电路图上压力传感器参数表。

、          

如图所述，为了减少零件数目和使发动机线束更简单，有些系统将温度传感器和压力传感器集成到一个传感器中，比如测量进气压力和温度的进气压力/温度复合传感器，测量机油压力和温度的机油压力/温度复合传感器等。

和其他输入设备一样压力传感器的工作电压是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和凸轮轴位置的传感器。有两种不同的形式的速度传感器：磁绕组式（VR式）和霍尔效应式。

磁绕组式（VR式）速度传感器内部有一电磁铁心和磁场绕组，电磁铁心产生电磁场，速度信号轮在旋转时切割磁场，在磁场绕组上产生交流信号，ECU(M)通过计量交流信号的频率即可计算出信号轮的转速。

磁场绕组式的速度传感器可以通过测量电阻值来检查其工作是否正常，具体请参考随电路图提供的传感器数据表。有些磁场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半导体，在金属物体接近此半导体时电阻会发生变化，通过传感器内部的电路输出信号电压。和磁场绕组式速度传感器输出的模拟信号相比，霍尔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传感器和位置传感器。

霍尔效应式的速度和位置传感器无法通过检测电阻来检测。可以通过盘转发动机，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在0伏和5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形的轮齿或其他的标记，速度传感器即可以测量出曲轴或凸轮轴的位置，所以速度传感器也可以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。

燃气质量流量传感器（GMFS）

此传感器用于康明斯天然气发动机上测量天然气的质量流量。

电路描述：

电子控制模块（ECU(M)）通过GMFS来测量从燃料供应管输送到发动机的燃气量。GMFS通过蓄电池供电。燃气质量流量传感器是一个热丝风速计，它通过计量将电热丝维持在恒定温度所需要的电功率确定燃气的流量。当有更多的燃气流经流量传感器的电热丝时，电热丝就需要更大的电功率来维持其保持在恒定的温度。

部件位置：

B5.9G：GMFS安装在燃气控制壳体的背面。

C8.3G：GMFS安装在发动机左侧燃料控制阀的旁边。

L10G：GMFS安装在发动机的左侧压力调节器的下游。

修理提示：

将期望的燃气质量流量信号与感应到的燃气质量流量信号相比，可以检测传感器或燃气流量通道的故障。检查12V供电电压信号是否正常。检查燃料箱中是否有足够的燃料和/或GMFS是否被污染。

加热式氧传感器（HOS）

康明斯天然气发动机中使用此传感器来测量发动机尾气中的氧含量。

电路描述：

氧传感器用来检测发动机废气中氧含量，并发信号给ECU(M)。电子控制模块（ECU(M)）通过HOS来计算发动机运行时的实际空燃比，并根据运算结果来调整燃料的供给，从而获得最佳的排放水平

部件描述：

HOS位于涡轮增压器废气出口。

修理提示：

·电气连接器中的任何润滑脂都会导致传感器的故障。

·在传感器安装螺纹上只使用康明斯认可的防粘结膏和润滑剂。

·检查传感器电源供应。

·现在新型的氧传感器将传感器的两个插接件整合为一个。

节气门阀片位置传感器

康明斯天然气发动机中使用此传感器检测节气门的开度。

电路描述：

电子控制模块（ECU(M)）通过节气门阀片位置传感器（TPPS）测量节气门阀片开度的百分比。

部件位置：

节气门阀片位置传感器TPPS位于节气门的顶部

修理提示：

没有节气门阀片位置传感器TPPS时发动机也能工作，一旦出现了TPPS故障代码。ECU(M)利用测量的混合器进口压力和歧管绝对压力来估算节气门阀片的开度。

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爆震传感器

康明斯天然气发动机中使用此传感器来检测气缸内的爆震。

爆震是指燃烧室中的残余燃气被压燃的现象。残余燃气燃烧后，燃烧室局部的燃烧速率非常的快，从而在燃烧室中产生压力震荡，压力振荡会导致响亮的爆震声.压力振荡还使热传递变快，并造成较高的表面温度，从而使发动机损坏。

早期我们通过调整基本点火正时表控制爆震。为了防止由于正时调整而造成的发动机部件损坏，ECU(M)中编程有最大极限值，如果正时调整不成功，还可以通过两种减小节气门开度的方式来消除爆震。轻微的减小节气门开度会对节气门有所限制，但爆震消除后驾驶员可以

重新恢复节气门最大开度；而大幅减小节气门开度会进一步限制节气门。如果大幅减小节气门开度达到一定的次数，节气门开度就限制在最大严重开度极限内直到发动机停机。

修理提示：

·当有故障代码显示检测到发动机发生爆震时，应先检查爆震传感器是否松动。

开关

开关是电控系统中的另外一类的输入设备。和传感器有所不同，开关向ECU(M)输入的是开关量，所以它通常是向ECU(M)输入司机的操作指令，如诊断开关等。

根据开关控制的数量和结合位置的不同，开关可分为单刀单掷开关，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不同，开关可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。

从开关的状态来区分，开关可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。

如图所示,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ECU(M)提供怠速与非怠速的信号，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，ECU(M)即可通过此开关的接通位置判断司机是否已踩下油门。

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5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

油门位置传感线圈电阻

电源和回路导线之间为：·2000至3000欧姆

电源和信号导线之间（释放踏板）：·1500至3, , 000欧姆

电源和信号导线之间（踩下踏板）：·200至1500欧姆

注：释放踏板时的电阻减去踩下时的电阻必须为1000欧姆。

下图为ISBe发动机油门踏板的电路接线图。

输出设备

ECU(M)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所有六个缸的控制。

电磁阀

电控系统中最主要的执行元件为电磁阀，根据电磁阀的工作方式不同，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ECU(M)的信号，其中有两个开启状态，全开或者全闭。所以控制这种电磁阀的信号是一个常压信号，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信号的不同实现连续的变化，所以这种执行器能实现更灵活的控制，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节信号来实现连续开度控制的，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%之间的变化），执行器即可实现向对应的开度变化。

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。典型的如右图所示的格栅加热控制器，由于格栅加热器的工作电流很大无法直接在ECU(M)上通过，ECU(M)通过控制一个继电器来控制格栅加热器的工作。ECU(M)对继电器的控制电流最大可达到2安培。

指示灯

指示灯是ECU(M)向操作者输出信号的输出设备。这些指示信号包括故障信号、停机警告灯、等待启动信号和保养提醒信号等等，不同的机型指示灯的设置有所不同，下图所示为ISBe发动机指示灯的电路图

ISBe指示灯布置

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。由于指示灯是OEM（主机厂）负责安装的，因此各主机厂采用的指示灯图案有所不同，具体请参照主机厂设备使用指导。下图是故障指示灯和停机灯的一个实例。

电控发动机系统能显示和记录一些故障并将这些故障以故障码的形式来表示，这些故障码会使故障分析变得容易一些。故障代码记录在ECU(M)中，利用仪表板上的故障指示灯或INSITE服务软件。可以读取这些故障码,需要特别指出的是并非所有发动机控制系统故障都会以故障码的形式表示出来。

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，表明需尽快使发动机安全停机，并及时排除故障，在排除故障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”位置上，在将钥匙开关转到“ON”接通位置。

如果未记录现行故障代码，警告指示灯停机指示灯同时亮起，而且一直亮。

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闪烁：

黄色“警告灯”亮一下，然后有1至2秒的暂停。

当红色指示灯闪烁完故障代码后，黄色警告灯再次闪亮，然后红灯再次重复闪烁故障号码。

要想查看下一个故障代码，可将怠速开关向“（+）”位置扳动一下，要想查看上一个故障代码，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，则无论扳到（+）的位置或（-）的位置，故障等都将持续的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。如果诊断开关为断开，ECU(M)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。

有些车辆还装有等待启动（WTS）指示灯。冬季启动时在钥匙开关接通后的预热期间，等待启动之时灯会亮起，为缩短冬季启动时间，在等待启动指示灯熄灭前不得启动发动机。

“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，除其他保养指示器外，保养指示灯还会显示“燃油中有水” （WIF）警告。

康明斯电路图的使用

       电路图是电控系统故障排查中必不可少的资料。能快速正确地阅读康明斯电路图是电控系统故障诊断的前提之一。

       康明斯电路图是介于电路原理图和电路装配图的一种电路图。装配图能详细反映电路的走向和零件及插头形状，如下左图所示；原理图则只是反映电路的工作原理，非常简化。康明斯电路图吸收两种电路图的优点，非常易于阅读。

装配图                              原理图

康明斯电路图示例

电路图中的颜色：康明斯原装的电路图为彩色图，图中线路总共有五种颜色，分别是红色、蓝色、黑色、紫色、和绿色。红色代表系统供电电路的火线，包括电瓶向ECU(M)的供电电路火线和ECU(M)向输入输出设备供电电路的火线；蓝色代表输入设备向ECU(M)输入信号的信号电路，包括各种开关和传感器及油门的输出信号线；黑色代表供电电路的地线，包括电瓶回路的地线和ECU(M)向输入输出设备供电的地线；紫色代表ECU(M)向输出设备提供控制信号的控制信号线；绿色为数据通信线路。

电路中的符号

电路图中的结构

康明斯提供的发动机安装到主机厂设备上，需要主机厂完成一系列的接线，其中包括ECU(M)的供电电路、发动机的启动电路、油门电路、指示灯和控制开关电路等等。在康明斯电路图中通过一根虚线将整个电路图一分为二，图中标明左边电路为OEM（主机厂）负责，右边电路为康明斯负责，即左边电路由主机厂负责安装，右边电路为发动机的出厂状态。

    需要指出的是，在实际的设备中，主机厂的电路连接不会完全和康明斯原装电路图中的接法一样。这是因为康明斯电路图中推荐的接法包含了发动机所有的特性，而主机厂在安装时有些控制功能可能不启用，或者在康明斯允许的前提下对电路作一定的改动。

标题栏

标题栏位于电路图的左下方，提供了包括适用的机型、电路图公告号和使用的ECU(M)零件号等信息。电路图的公告号就是电路图的零件号，可以通过康明斯的零件系统订购电路图。适用的ECU(M)零件号代表此电路图所对应的ECU(M)零件号。由于同一电控机型可能安装有不同零件号码的ECU(M)，比如ISM，因此在使用电路图时要注意。

ECU(M)供电电路

如前所述ECU(M)本身是需要外部供电的，如果ECU(M)的供电电路有问题，可能导致整个系统不能工作。对康明斯车用和工程机械用电控发动机，ECU(M)的供电电路包括无开关电源和开关电源两部分，如下图所示。

无开关电源通过电瓶直接向ECU(M)供电，除了保险丝以外，不允许再接其他的元件。在CM850/870/875之前的ECU(M)，无开关电源通常由三组（火线和地线）以上的线路构成，这是因为ECU(M)的工作电流较大，通过一组导线不能提供足够的工作电流。对CM850/870/875，ECU(M)的无开关电源通过一个专用的插头导入。

开关电源是通过钥匙开关后接入ECU(M)的一根火线，接入ECU(M)前通常还有一个保险丝。在钥匙开关处在OFF关位置时，此火线处在断开的位置。ECU(M)通过此处的电压信号判断开始或者结束工作，通常这里的信号也是发动机的熄火信号。

需要指出的是，对康明斯G—drive机组驱动用发动机，ECU(M)的供电电路中没有开关电源，而只有无开关电源。