技能培训课件-康明斯发动机电控基础介绍.ppt
康明斯发动机电控基础介绍,康明斯发动机电控基础介绍,主要内容： 发动机电子控制介绍 发动机采用电控系统的优势 发动机电控系统的主要控制内容及组成 康明斯电路图 康明斯电控系统线束与插头,发动机电子控制介绍,发动机电控系统概述,和传统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模块（ECM）来控制和协调发动机的工作，ECM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指令，经过计算后发出命令给相应的执行元件，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刻和喷油量，以达到降低排放和提高燃油经济性的目的。,发动机电控系统的应用背景,日益紧迫的能源与环境问题迫使人们对越造越多的汽车进行严格的排放控制和提出更高的节能要求； 每天频繁发生的交通事故，给人们的生命和财产带来极大的威胁，这对汽车行驶的安全性能提出了更高要求。 随着科技的进步和计算机、新材料及新工艺等在发动机上的应用，已使发动机的结构和性能焕然一新。,发动机电控系统的应用特点,电子装置运行精确 容易实现自动控制系统 电子装置能向车辆提供广泛的信息 电子部件比机械部件更容易装到发动机上 采用电子电路能够做到更高的集中程度 电子部件很少受原材料的限制，从长远看，电控发动机的成本将降低,发动机采用电控系统的优势,提高发动机的经济性和降低排放,精确地控制喷油提前角，并始终保持在最佳值 使柴油机动力性、经济性最好、排放最小的喷油提前角称为最佳喷油提前角。 最佳喷油提前角受转速、负荷、冷却水温度、燃油温度、进气温度及压力等多种因素的影响。电控系统能在不同的工况及工作条件下精确地控制喷油提前角，并始终保持在最佳值 对供油量进行精确地控制 电控系统还必须对供油量进行精确的控制，并能在不同工况及工作条件下对供油量进行校正补偿 对柴油机来讲还要对喷油压力进行精确的控制。以上两点是传统的机械供油系统很难做到的,提高发动机工作的可靠性,随时监测影响发动机工作可靠性的参数 一旦某一项或几项参数异常，超出设定值，系统能够控制相应的执行器进行相应的调整，直至有关参数或状态正常为止 对于一些对发动机可靠性影响很大的重要参数，系统提供双重或多重保护，以避免发生重大事故 具备诊断和支撑功能 系统自诊断功能，电控系统中的某点出现故障或检测到的某些重要参数出现异常，系统马上报警显示。 保证当发动机在某些非关键部位或环节出现故障时能在准正常状态下运转，即所谓的失效保护和备用功能,实现对发动机运行工况的实时高精度控制,电控系统是由微机对各种运行参数和控制信息进行监测和处理，而微机对信息的处理速度一般为毫秒级，其响应速度远高于机械控制装置，因此一旦发动机及其系统的运行参数或状态偏离目标值，电控系统就能立即进行调节和控制，从而实现对发动机运行工况的实时高精度控制。,电控系统具有较强的适应性,对于不同用途、不同机型，电子控制系统具有较强的适应性。对于各种不同的发动机，只要通过改变电子控制模块ECM中的软件程序，就能实现改型匹配。,发动机电控系统的主要控制 内容及组成,发动机电控系统的控制内容,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工况和操作者的指令。输出设备为执行元件，它们执行ECM通过计算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喷油时刻控制的元件。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。 除控制喷油时刻和喷油量外，控制内容还包括：,怠速控制,怠速运转时，由于发电机、空调压缩机、动力转向液压油泵等装置工作状态的变化将引起发动机负荷的变化，从而导致转速的变化，控制系统将通过反馈控制系统控制供油量，把怠速控制在所设定的目标转速值上。,各缸喷油量不均匀的修正(怠速颤振控制),在多缸柴油机工作时，即使喷油量控制指令值一定，但由于各缸喷油泵的性能差异将导致各缸的喷油量的差异，从而引起转速的波动，即所谓怠速颤振。柴油机电控系统通过各缸在作功冲程时的曲轴转速变化判断各缸喷油量的差异，及时修正各缸的喷油量，以降低柴油机转速的波动。,排气再循环（EGR）,将发动机排出的废气再引入到进气系统内，能有效降低燃烧温度，从而减少NOx排放量。电控系统控制参与再循环的排气量，即控制EGR率使发动机在燃油经济性和排放之间取得平衡。,选择性催化还原系统（SCR）控制,SCR 系统按照选择性催化还原的原理工作。系统将发动机排气产生的氮氧化物转化成氮气和水。 SCR系统利用一个非常精确的加料器，将液体尿素喷射到催化器上游的排气系统中。尿素加料器喷出的尿素量根据排气温度和检测到的氮氧化物含量等参数由ECM进行控制。,增压控制,通过电控系统可以控制增压压力和进气量、空燃比。 带VGT（可变截面涡轮增压器）的发动机，电控系统通过控制涡轮增压器喷嘴环的开度，使发动机在低于额定功率的情况下改善低速扭矩性能。,起动预控制,冷起动性差是柴油机的固有缺点，在不同的起动条件下，电控系统通过控制起动预热装置的通电时间，以改善发动机的低温起动性能，并使发动机低温怠速运转保持稳定。,故障自诊断功能及故障保护功能,在轻微故障下，电控系统能控制发动机继续工作，即“跛行回家”功能，系统还能够自动进行故障诊断，当电控系统中出现故障或监测到的某些重要参数出现异常时，系统能够自动报警显示，以方便维修。,巡航控制,巡航系统是一种自动恒速系统，在高速公路长时间行驶时，电子自动行驶装置将给驾驶员带来很大的方便，根据汽车行驶助力的变化，自动地增减供油量，使行驶速度始终保持恒定，以提高经济性和安全性。,发动机电控系统的组成,电子控制系统是由信号输入装置、电子控制模块(ECM)和执行输出装置三部分组成。,发动机电控系统组成,ECM： 处理各种输入信息。 根据处理器和内存中的程序 决定输出信号,电源,输出设备： 执行ECM的控制命令,输入设备： 提供表明发动机的工作状态的信号，将操作者的输入信号转换为相应的工况,通信,准确控制喷油量和喷油正时。降低排放，优化性能,油门/开关等(司机命令) 发动机转速(工况) 进气歧管温度压力(工况) 水温/油压(状态/保护) 等等,喷油器电磁阀 报警指示灯 等等,电子控制模块（ECM）,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。这些程序可以通过服务软件擦除重写。 ECM接收传感器或其他装置的输入信息，给传感器提供基准电压(一般为5V)；将输入的信息转变为微控制器所能接受的信号。 ECM对输入的信息进行存储、计算、分析处理；存储该车型的特点参数；存储运算中的数据(随存随取)、存储故障信息。 ECM通过运算分析。根据信息参数求出执行命令数值；将输出的信息与标准值对比，查出故障。,电子控制模块（ECM）,ECM输出执行命令。把弱信号变为强的执行命令；ECM还可输出故障信息。 在控制系统中，ECM不仅用来控制燃油喷射系统，同时还具有怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功用。,电子控制模块（ECM）,由于燃油系统多样性，康明斯有多种型号的ECM用在不同型号发动机上。ECM零件号代表了ECM硬件。对同一平台的发动机，由于应用场合的不同，ECM会有所不同。对车用和工程机械应用，通常ECM的型号和零件号是一样的，但采用不同的标定软件。对同一型号的发动机，在相同的应用场合，ECM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原因造成的。在重新标定ECM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ECM Code号来区分的。ECM Code代表了ECM中的软件。,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、开关和电源。 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。,电源（ECM供电电路）,三路组成： 不间断电源（蓄电池直接向ECM供电，中间没有开关） 经过钥匙开关的开关电源（由钥匙开关控制是否向ECN供电） ECM到电池负极的接地线 三路电源正常时， ECM即可自检工作。 钥匙开关打开时，四个报警灯同时亮起，然后顺序熄灭。 不间断电源对ECM的数据存储起重要作用 ECM断电30秒后才可断开不间断电源，否则会影响数据存储 钥匙开关有四个位置 附件/关闭/运行(点火)/起动(机),电源（ECM供电电路）,传感器,发动机通过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，热敏电阻的阻值降低，正常情况下阻值在500欧姆和40千欧之间变化,压力传感器,主要有机油压力传感器、进气压力传感器，燃油压力传感器、大气压力传感器，及某些情况下OEM安装的压力传感器。 压力传感器有两种不同的工作原理，一种为电容式，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。 根据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。,压力传感器,压力传感器,压力传感器,组合传感器,温度传感器有时会和压力传感器集成到一起形成一个组合传感器，此时温度传感器的工作原理和检查方式均没有变化。组合传感器的优点在于可以减少系统的零件数量，使发动机线束更简单。比如测量进气压力和温度的进气压力/温度组合传感器，测量机油压力和温度的机油压力/温度组合传感器等。,速度与位置传感器,速度与位置传感器检测发动机运行速度与凸轮轴位置。有两种不同形式的速度传感器: 磁绕组式（VR式）和霍尔效应式。,速度与位置传感器,磁绕组式（VR式）速度与位置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。,速度与位置传感器,霍尔效应式速度与位置传感器内部有一特殊的半导体，在金属物体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。,速度与位置传感器,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。,油门踏板,在康明斯电控发动机上，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，这样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，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,油门踏板,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。根据开关控制电路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。 单刀单掷开关 单刀双掷开关,开关,根据开关的结合方式，开关又可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。 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。,输出设备,ECM根据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。,执行器,最主要的输出设备是发动机上各种类型的执行器。最主要的执行器是电磁阀。根据电磁阀工作方式的不同，可以分为通断型（ON/OFF）和脉宽调制型（PWM）。 通断型（ON/OFF）执行器接受来自ECM的控制信号，其只有两个状态，全开或者全闭。所以通常控制这种执行器的信号为一个常压信号。典型的通断型（ON/OFF）执行器有喷油器电磁阀、燃油切断阀、四级废气旁通阀等。 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现更灵活的控制。如中马力共轨系统中的电子燃油控制阀，可以实现对低压燃油流量的精确控制。,ECM的输出信号,根据两种类型的执行器ECM的输出控制信号也分为两种，分别是：通断信号和PWM信号。 通断信号为一个常压信号，通过接通与断开，来控制通断型（ON/OFF）执行器的开启与关闭。 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。脉宽调制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）来改变输出电压有效值的大小，执行器即可根据相应的电压有效值的大小，实现相对应的开度变化。,PWM信号,典型的由PWM信号控制的执行器有：共轨燃油系统中的电子燃油控制阀和变速风扇执行器（根据发动机水温等工况的变化来时时调整风扇的转速）,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。,指示灯,指示灯是ECM向操作者输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。不同的机型指示灯的设置有所不同。 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，具体请参考主机厂的设备使用指导。,故障代码,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表示出来。故障代码记录在ECM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”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。,康明斯电路图,康明斯电路图,电路图是电控系统故障排查中必不可少的资料。能快速正确地阅读电路图是电控系统故障判断的前提之一。 康明斯电路图是介于电路原理图和电路装配图之间的一种电路图。康明斯电路图吸收两种电路图的优点，非常易于阅读。,电路图中的颜色,康明斯原装的电路图为彩色图，图中的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ECM 的供电电路火线和ECM向输入输出设备供电电路的火线；蓝色代表输入设备向ECM输入信号的信号电路，包括各种开关和传感器及油门的输入信号线；黑色代表供电电路的地线，包括电瓶回路的地线和ECM向输入输出设备供电的地线；紫色代表ECM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。,电路图中的符号,钥匙开关,电瓶,保险丝,电子油门,电路图中的符号,ECM上的插头示例 传感器示例,电路图中的符号,开关 指示灯,电路图的结构,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ECM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。,康明斯电路图标题栏,标题栏位于电路图的左下方，提供了包括适用的机型、电路图公告号和适用的ECM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ECM零件号代表此电路图所对应的ECM零件号。由于同一电控机型可能安装有不同零件号码的ECM，比如ISM，因此在使用电路图时要注意。,电路图中的技术规范和故障代码简表,除了电路图本身，康明斯电路图上还有两个重要的辅助内容，技术规范和故障代码简表。技术规范包括通用技术规范和传感器专用技术规范。通用技术规范对大部分机型都是一样的。 专用技术规范给出的是这个机型上安装的传感器和重要的执行器的技术规范，不同的机型上安装的传感器的数量和类型都不一样。 故障代码简表列出了这个机型ECM可能报告的所有故障代码。故障代码简表上只列出了故障的简单原因和可能引起的后果，详细的故障原因分析请参照对应的故障判断和维修手册。,康明斯发动机电控系统线束与插头,Deutsch 插头,Deutsch插头是Deutsch公司生产的插头，广泛地使用在康明斯各个机型的电控发动机上。Deutsch既可用于只有二三个针脚的小插头，也可用于多达30个针脚以上的大插头，因此被广泛地使用。这种插头内的针脚可以单独更换。,Weather Pack 插头,Weather Pack 插头通常用于少针脚的小插头，如各种传感器的连接插头。在康明斯的大多数电控机型上都能见这种形式的插头。大部分电控发动机的油门踏板使用的是这种插头。,Metri-Pack 插头,Metri-Pack插头也是一种较为常用的插头，通常用在少针脚的应用场合，如各种传感器等。这种插头内的针脚已完全固定在壳体上，无法单独更换。,AMP 插头,AMP插头是AMP公司生产的插头，这种插头在计算机设备上使用很广泛。在康明斯公司早期生产的电控机器上被用在ECM的连接插头上。,Bosch 插头,Bosch插头是Bosch公司生产的插头，广泛地使用在Bosch公司生产的燃油系统部件上。,Framatome 插头,在最新的康明斯电控机器上使用了一种新型的插头，Framatome插头。和前述的插头相比，这种插头的最大特点是外壳采用了双重的锁止装置，以防止插头的松动和脱落。,
