发动机控制模块控制原理的分析和应用.doc

发动机控制模块控制原理的分析和应用发动机控制模块控制原理的分析和应用 张静波张静波 目前 随着科学技术的发展 现代机械设备更多地采用了电控技术 信息传感技 术 故障自动监控技术和工况自动选择技术等 很多国际著名设备公司对此技术应用 十分普遍 笔者在莫桑比克 169 公路项目工作期间 多次接触这种类型的产品 觉得 该种产品不但功能强大 对于机械设备的操纵 安全运行起到了良好的控制 保护作 用 而且结构紧凑 小巧 安装 拆卸方便 现以 VOLVO 公司 G720B 型平地机及 PERKINS 公司 perkins2800 型柴油发电机组为例 对该技术在机械设备中的应用进行分 析 在不同的公司 对此的称呼稍有区别 有的叫 ECU Engine Control Unit 发 动机控制单元 有的叫 ECM Engine Control Module 下文统称 ECU 在莫桑比克 169 公路项目部 我们选用 PERKINS 公司生产的 perkins2806C E16 型 柴油发电机组 该机组主输出功率为 500kVA cos 0 8 电压等级 400V 频率 50Hz 在该机组上安装有 ECU 控制模块 该模块相当于发动机的 大脑 就其工作原理而言 主要包含两方面内容 一是对设备的运行状态进行监测 二是在设备发生异常情况后 通过对相应传感器输出数据分析 诊断 输出执行信号 并作出对应反馈 确保发动 机在安全状态下运行 在发动机各部位安装有传感器 传感器把所感应到运行及环境 状态转换为电信号 通过数据线传输到 ECU 由 ECU 加以判断 分析 从而决定执行何 种执行机构 一般情况下 设备在出厂时 ECU 内的软件已由生产商输入 由厂家密码保护 用 户不能更改 只有在特殊情况下 才可以通过服务器进行检测 调试和修正 ECU 与服 务器之间的信息传输由事先安装在线束上的输出插头与数据传输线连接实现 多数设 备信息传输接口采用 USB 方式 简单通用 部分接口采用其他方式 ECU 实际上是一套控制设备部件 读取并反馈操作参数的微电脑系统 由于篇幅限 制 本文在此对于 ECU 系统的工作原理不再赘述 重点就常用设备 ECU 系统检测 诊 断和反馈控制进行简述 部分大型设备上 每个部分均安装有 ECU 例如莫桑比克 169 公路项目曾经使用过 的 VOLVO 公司 G720B 型平地机 安装有 E ECU Engine Control Unit I ECU Instrument Electronic Control Unit 和 T ECU Transmission Electronic Control Unit 等 发动机上 ECU E ECU 包含的软件是为了发动机功能的控制 I ECU 为一个显示元件 其工作任务与 E ECU 相似 它的控制功能遍布整个平地机 它持 续地与 E ECU 通过两根不同型号的数据总线进行信息联系 高速线作为控制母线 它 工作在 256K 字节 秒 是控制系统的功 能实现所首要的 根据操作环境的改变快速进行调节 低速线工作在 9 6K 字节 秒 与高速线相比有很大的降低 它是作为信息和诊断信号传输的主母线 I ECU 安装在显 示盘内 它接受来自遍布设备的传感器送来的信息 并且显示这些信息 对于每个要 输送到 I ECU 的信息 首先通过数据线传送到 E ECU 由安装在 E ECU 上的软件确定哪 些信息需要读出 哪些信息需要忽略不计 同样地 通过数据线系统输送到 I ECU 的 信息也由软件进行筛选 传动系统也安装有 ECU 称为 T ECU 其上包含的软件主要 用于传动系统的控制 对其各部分运行参数进行监测 T ECU 接收由传感器和变速箱传 来的信号 发送指令到独立的传动显示部分和传动线圈 去执行所需要的操作 它是 密封的 包含一个由 9 个操纵杆位置组成的印刷电路板 该印刷电路板输送向前 向 后 升速变换或降速变换信号到 T ECU 该 T ECU 将根据所要求的传动比发送 24V 电 压到变速箱上的恰当的线圈 只有 6 个线圈中的 2 或 3 线圈会执行一个档位 该 ECU 也控制倒车警报 变速箱总成由一个继电器控制 来实现空档安全启动功能 驻车警 告灯和蜂鸣器通过 T ECU 实现 该 T ECU 检测传动系统的故障 故障一旦发生 故障 代码将会立即显示出来 给操作手一个警报信号 I ECU 和 E ECU 互通信息通过一个数 据总线系统 I ECU 接收输入来自 T ECU 的变动的马力信号 VHP 刹车信号 和空档 信号等 另外 对于散热器风扇速度的调节 安装有一个附加模块 该模块接收来自 传感器的信号 吸入的空气温度 发动机冷却液温度 液压油温度 如果一个传感器 感应数据超出了标称范围 它将通报给控制模块一个电子信号 那么 风扇会执行模 块的要求 根据设备所处的海拔高度不同 ECU 在已确定的程序上自动调整设备输出功率 综上所述 微电脑技术对设备的控制主要体现在对关键参数的实时监控 在关键 部位设置传感器 对发动机燃油 冷却 润滑 充电系统及传动系统 转向系统等的 温度 压力 流量诸参数进行实时监控 借助电脑监控分析 进行异常报警 利用微 电脑对整机上的开关 继电器 电磁阀进行检测 诊断并分析出故障代码 维修人员 利用监控器可读取故障代码 便于快速排除故障 1 1 不同的报警信号不同的报警信号 根据故障对设备的影响程度不同 ECU 一般提供三种保护级别 1 1 警告 该状态是通知操作手设备接近某一临界状态 当设备接近临界状态 该事件会被 记录在 ECU 的记忆里 一个故障代码通过诊断数据线传送 硬件输出得电 给出灯光 等信号 一旦在警告模式 故障代码和报警输出将随着故障的存在而存在 直到故障 审稿 水剑虹 清除 该警告临界点设置在工厂默认状态 也可以通过服务器在预先设定的范围内改 变 1 2 动作报警 该状态表示设备接近某一临界状态 将会在控制状态下关机或减少负载 继续运 行会引起立即关机 当发动机进入到动作报警状态 该事件会被记录在 ECU 的记忆内 一故障代码通过诊断数据线传送 动作报警硬件输出得电 一旦在动作报警模式 故 障代码和报警输出将随着故障的存在而存在 该故障将保留在 ECU 的记忆内 1 3 故障关机 当一台设备的运行参数达到关机条件例如机油压力 冷却液温度或超速等 ECU 将 记录该故障 且关闭发动机 如果发动机进入关机条件 该事件将会记录在 ECU 的记 忆内 一个故障代码会通过诊断数据线传送 故障关机输出硬件得电 报警灯亮 警 报器响 该条件关机将直到 ECU 复位才能解锁 如果设备处于警告状态 且向故障关 机恶化 ECM 将纪录该故障 且关机 ECU 提供单个的输出去运行警告灯或继电器去指示如下的故障 1 诊断缺陷 2 冷却液温度高 3 机油压力低 4 超速 5 警告 6 动作报警 7 故障关机 如果 ECU 察觉到冷却液温度报警 则冷却液温度输出得电 报警输出得电 同样 地 如 ECU 机油压力低报警 则机油压力输出得电 报警输出得电 如果动作报警被 激活 如果 ECU 察觉到冷却液温度报警 则冷却液温度输出得电 动作报警输出得电 同样地 如 ECU 机油压力低报警 则机油压力输出得电 动作报警输出得电 发动机超 速亦是如此 2 2 具体故障事例分析与处理具体故障事例分析与处理 2 1 微电脑断线故障 一台 VOLVO 平地机正在工作当中 操作手突然感觉到该机自动停机 同时发现操 纵盘上的中间红色指示灯亮 BUZZER 蜂鸣器响 显示屏显示 STOP Computer Failure STOP VEHICLE 停机 电脑故障 停机 他再次想启动车 发现启动马达运 转正常 但是车启动不起来 同时蜂鸣器响 红色警示灯亮 显示屏显示 Computer Failure STOP VEHICLE 维修人员在接到现场施工人员报告后 立即赶到现场 启动设备后发现故障现象 如前所述 首先检查了各个保险 发现均正常 根据操作手册指引 对信号线路进行 检查 未发现短路现象 同时 接地线良好 于是我们考虑是否为线路断路所引起的 故障 在这种情况下 我们将 E ECU 拆了出来 通过测量检查发现 E ECU 红色插头上 的 EB11 EB12 线无电 但经测量发现保险 FU8 下限端子有电 而电源通过 FU8 保险正 是给 E ECU 供电源的 因此我们判定从保险 FU8 到 E ECU 这一段线可能是出现了断路 为再次确认 我们用万用表进行检查 发现电阻为无穷大 确认是出现了断路现象 经对断线处理后启动设备进行检查发现故障消除 设备运行正常 2 2 微电脑烧毁 笔者经历在莫桑比克公路项目一台 VOLVO 平地机正在工作时 操作手突然感觉到 发动机油门加不起来 随后就熄火了 之后反复启动也未能发动起来 维修人员赶到 现场后 在现场启动车时没有发现故障代码和报警迹象 但据操作手叙述 当时 I ECU 有了显示 high engine coolant temperature 发动机冷却液高温 显示器中央的琥珀 色报警灯闪亮 但没有蜂鸣器响 经检查 I ECU 电脑中显示的水温为 87 度 与操作 手所述不相符 打开了油管油中没有空气 不可能是油路中进入空气 从启动的迹象 观察 不是油路进气等故障 故障的原因可能还是电路中的 但是不能发动起来 检 查所有的保险正常 电瓶电压显示正常 在启动时 用试灯测出 1 6 缸的电磁阀均没 有电的供给 这显然是不正常的 说明没有电源供给 E ECU 继而 E ECU 也就没有电源 供给各缸的喷油嘴电磁阀 测量电源插头 E 01 9 中的 EM9 线有电信号 该线是到 E ECU 去 说明是给电脑有电 把 E ECU 拆下来后检查发现 EB 插头中的 EB 11 和 EB 12 号线均有电信号 这是从 FU8 保险来的信号 是给 E ECU 供电的 没有问题 EB 05 号 线是从预热继电器来的 测试时当驾驶室的预热开关接通时 EB 05 号线带电 开关断 开时 电信号消失 说明正常 综合以上检测情况 说明 E ECU 电源部分没有问题 然后我们重点把 E ECU 到 1 6 缸的电磁阀的电线重新测量一遍 确认各个线路均 是通畅的 没有短路和短路的现象 结合 E ECU 软件的特点 有没有可能是由于某个 传感信号没有能正确的提供给 E ECU 从而造成 E ECU 也不能给 1 6 缸的电磁阀供给 电源 比如是水温 油位传感 曲轴转速传感器或凸轮轴的转角传感器等 但经检查 发现 各传感器工作正常 最后推测 可能是 E ECU 损坏 从其它平地机上取下状态 良好的 E ECU 换到该车上 启动正常 这说明确实 E ECU 损坏 后把该 E ECU 拆开检 查 发现一个电子元件和数据连线被烧损 从迹象上看 应该是由于制造中产生了虚 焊 接触不良 造成电路电阻过大 长期通过电流在此处发热继而造成烧损 2 3 压力传感器故障 一台 VOLVO 平地机运转过程中油门加不起来 I ECU 报警显示 LOW TRANSMISSION OIL PRESSURE 变速箱传动油压力低 同时 I ECU 中央警报灯闪亮和 BUZER 蜂鸣器响 既然是变速箱油压力低 一般原因是由于传动油量不足或滤芯脏污堵塞引起 但更换 一个新的滤芯后故障依旧 待添加一些传动油后 启动设备检查发现油门可以加起来 了 但是该 I ECU 显示故障依然如前 在此运转状态下 拔掉压力传感器 位置在变 速箱上前部 后 蜂鸣器不响 故障消除 但是当停机后需要重新启动 当钥匙开关由 OFF 位置转到 ON 时 I ECU 出现变速 压力故障灯闪亮及中央的警报灯闪亮 蜂鸣器又响起 这是由于 ECU 在自检过程中不 能接受到变速箱压力传感器的信号而报警 在这种情况下 启动车后 各种故障现象 消失 一切正常 就在此前提下 把接头插接上后立即出现故障现象如前一样 但是 当再把传感器撤下 运转一切正常 结合修理手册中的叙述 该传感器正常状态为常闭 当变速压力大于 13 7BAR 断 开 当压力低于 11 7BAR 时接通 于是 由此可以判定是传感器出现了故障 理由如 下 1 假设传感器没有问题 没有发动车时 钥匙开关由 OFF 转到 ON 时 ECU 对各 部分进行自检 由于发动机没有发动 变速压力为 O 压力传感器接通 T ECU 收取该 信号后 认为传感器和线路正常 就不会报警 当发动机启动后 变速压力上升到 13 7BAR 以上 该开关断开 T ECU 认为变速压力正常 也就不会报警 一切正常 当 变速系统压力一旦出现问题 开关接通 信号就会传到 T ECU 那末 T ECU 认为变速压 力出现问题 就会报警 2 如果传感器出现问题 一直处于断开位置而不会回位 那末就会在钥匙开关 由 OFF 位转到 ON 时 在自检过程中 I ECU 接受不到该信号 就会出现故障报警信号 当发动机启动后 随着变速压力的上升 该传感器本就不应该是接通的 那么 T ECU 认为变速压力正常 不再报警 3 假设传感器出现问题 一直是接通状态的话 那末当钥匙开关由 OFF 转到 ON 时 ECU 在自检过程中由于接受到该传感器信号是闭合的 属于正常状态 就不会报警 当启动设备后 由于变速压力上升到 13 7