1、發動機控制模塊控制原理的分析和應用張靜波目前，隨著科學技術的發展， 現代機械設備更多地采用了電控技術、 信息傳感技術、 故障自動監控技術和工況自動選擇技術等。 很多國際著名設備公司對此技術應用十分普 遍。筆者在莫桑比克 169 公路項目工作期間，多次接觸這種類型的產品，覺得該種產品 不但功能強大，對于機械設備的操縱、安全運行起到了良好的控制、保護作用，而且結 構緊湊、小巧，安裝、拆卸方便。現以VOLVO公司 G720B型平地機及 PERKINS公司perkins2800 型柴油發電機組為例，對該技術在機械設備中的應用進行分析。在不同的 公司，對此的稱呼稍有區別，有的叫“ ECU”(Engine

2、 Control Unit 發動機控制單元 ) ，有的叫 ECM(Engine Control Module) 。下文統稱“ ECU”在莫桑比克169公路項目部，我們選用PERKINS公司生產的perkins2806C-E16型柴油發電機組。該機組主輸出功率為500kVA,cos $ 0.8，電壓等級400V,頻率50Hz。在該機組上安裝有 ECU控制模塊。該模塊相當于發動機的“大腦”，就其工作原理而言，主要包含兩方面內容：一是對設備的運行狀態進行監測；二是在設備發生異常情況后通 過對相應傳感器輸出數據分析、診斷，輸出執行信號，并作出對應反饋，確保發動機在 安全狀態下運行。在發動機各部位安裝有

3、傳感器。傳感器把所感應到運行及環境狀態轉 換為電信號，通過數據線傳輸到 ECU,由ECU加以判斷、分析，從而決定執行何種執行機 構。一般情況下，設備在出廠時，ECU內的軟件已由生產商輸入，由廠家密碼保護，用戶不能更改，只有在特殊情況下，才可以通過服務器進行檢測、調試和修正。ECU與服務器之間的信息傳輸由事先安裝在線束上的輸出插頭與數據傳輸線連接實現。多數設備信息傳輸接口采用 USB方式，簡單通用。部分接口采用其他方式。ECU實際上是一套控制設備部件、讀取并反饋操作參數的微電腦系統。由于篇幅限 制，本文在此對于 ECU系統的工作原理不再贅述，重點就常用設備ECU系統檢測、診斷和反饋控制進行簡述。

4、部分大型設備上，每個部分均安裝有ECU例如莫桑比克169公路項目曾經使用過的 VOLVO公司 G720B 型平地機，安裝有 E-ECU(E ngi ne Co ntrol Un it)、l-ECU(l nstrume nt Electronic Control Unit) 和 T-ECU(Transmission Electronic Control Unit)等。發動機上ECU( E-ECU包含的軟件是為了發動機功能的控制。I-ECU為一個顯示元件，其工作任務與E-ECU相似。它的控制功能遍布整個平地機。它持續地與E-ECU通過兩根不同型號的數據總線進行信息聯系。高速線作為控制母線，它工作在

5、256K字節/秒，是控制系統的功審稿：水劍虹能實現所首要的，根據操作環境的改變快速進行調節。低速線工作在9.6K字節/秒，與高速線相比有很大的降低，它是作為信息和診斷信號傳輸的主母線。I-ECU安裝在顯示盤內，它接受來自遍布設備的傳感器送來的信息，并且顯示這些信息。對于每個要輸送 到I-ECU的信息，首先通過數據線傳送到 E-ECU,由安裝在E-ECU上的軟件確定哪些信息 需要讀出，哪些信息需要忽略不計。同樣地，通過數據線系統輸送到I- ECU的信息也由軟件進行篩選。傳動系統也安裝有ECU（稱為T-ECU）,其上包含的軟件主要用于傳動系統的控制，對其各部分運行參數進行監測。T-ECU接收由傳感

6、器和變速箱傳來的信號，發送指令到獨立的傳動顯示部分和傳動線圈，去執行所需要的操作。它是密封的，包含 一個由9個操縱桿位置組成的印刷電路板。該印刷電路板輸送向前、向后、升速變換或 降速變換信號到 T-ECU,該T- ECU將根據所要求的傳動比發送 24V電壓到變速箱上的恰 當的線圈，只有6個線圈中的2或3線圈會執行一個檔位。該 ECU也控制倒車警報。變 速箱總成由一個繼電器控制，來實現空檔安全啟動功能。駐車警告燈和蜂鳴器通過 T-ECU 實現。該T-ECU檢測傳動系統的故障，故障一旦發生，故障代碼將會立即顯示出來，給 操作手一個警報信號。I-ECU和E-ECU互通信息通過一個數據總線系統。I-E

7、CU接收輸入來自T-ECU的變動的馬力信號（VHP、剎車信號、和空檔信號等。另外，對于散熱器 風扇速度的調節，安裝有一個附加模塊。該模塊接收來自傳感器的信號：吸入的空氣溫 度、發動機冷卻液溫度、液壓油溫度。如果一個傳感器感應數據超出了標稱范圍，它將 通報給控制模塊一個電子信號，那么，風扇會執行模塊的要求。根據設備所處的海拔高度不同，ECU在已確定的程序上自動調整設備輸出功率。綜上所述，微電腦技術對設備的控制主要體現在對關鍵參數的實時監控。在關鍵部 位設置傳感器，對發動機燃油、冷卻、潤滑、充電系統及傳動系統、轉向系統等的溫度、 壓力、流量諸參數進行實時監控，借助電腦監控分析，進行異常報警；利用微

8、電腦對整 機上的開關、繼電器、電磁閥進行檢測、診斷并分析出故障代碼，維修人員利用監控器 可讀取故障代碼，便于快速排除故障。1不同的報警信號根據故障對設備的影響程度不同，ECU一般提供三種保護級別：該狀態是通知操作手設備接近某一臨界狀態。當設備接近臨界狀態，該事件會被記 錄在ECU的記憶里，一個故障代碼通過診斷數據線傳送，硬件輸出得電，給出燈光等信 號。一旦在警告模式，故障代碼和報警輸出將隨著故障的存在而存在，直到故障清除。 該警告臨界點設置在工廠默認狀態，也可以通過服務器在預先設定的范圍內改變。1.2 動作報警該狀態表示設備接近某一臨界狀態，將會在控制狀態下關機或減少負載，繼續運行會引起立即關

9、機。當發動機進入到動作報警狀態，該事件會被記錄在ECU的記憶內，一故障代碼通過診斷數據線傳送，動作報警硬件輸出得電。一旦在動作報警模式，故障代 碼和報警輸出將隨著故障的存在而存在。該故障將保留在ECU的記憶內。1.3 故障關機當一臺設備的運行參數達到關機條件例如機油壓力、冷卻液溫度或超速等，ECU將記錄該故障，且關閉發動機。如果發動機進入關機條件，該事件將會記錄在ECU的記憶內。一個故障代碼會通過診斷數據線傳送，故障關機輸出硬件得電，報警燈亮，警報器 響。該條件關機將直到 ECU復位才能解鎖。如果設備處于警告狀態，且向故障關機惡化，ECM各紀錄該故障，且關機。ECU提供單個的輸出去運行警告燈或

10、繼電器去指示如下的故障：( 1 )( 2 )( 3 )( 4 )( 5 )( 6 )( 7 ) 如果診斷缺陷 冷卻液溫度高 機油壓力低 超速 警告 動作報警故障關機ECU察覺到冷卻液溫度報警， 則冷卻液溫度輸出得電，報警輸出得電，同樣地，如ECU機油壓力低報警，則機油壓力輸出得電，報警輸出得電。如果動作報警被激活， 如果ECU察覺到冷卻液溫度報警，則冷卻液溫度輸出得電， 動作報警輸出得電，同樣地，如ECU機油壓力低報警，則機油壓力輸出得電，動作報警輸出得電，發動機超速亦是如此。2 具體故障事例分析與處理2.1 微電腦斷線故障一臺VOLVC平地機正在工作當中，操作手突然感覺到該機自動停機，同時發

11、現操縱 盤上的中間紅色指示燈亮，BUZZERS鳴器響，顯示屏顯示：STOP! Computer FailureSTOPVEHICLE （停機！電腦故障 停機）。他再次想啟動車，發現啟動馬達運轉正常，但 是車啟動不起來，同時蜂鳴器響，紅色警示燈亮，顯示屏顯示：Computer FailureSTOP VEHICLE.維修人員在接到現場施工人員報告后，立即趕到現場。啟動設備后發現故障現象如前所述。 首先檢查了各個保險， 發現均正常。 根據操作手冊指引， 對信號線路進行檢查，未發現短路現象，同時，接地線良好。于是我們考慮是否為線路斷路所引起的故障，在這種情況下，我們將 E-ECU拆了出來。通過測量檢

12、查發現，E-ECU紅色插頭上的EB11、EB12線無電，但經測量發現保險FU8下限端子有電，而電源通過 FU8保險正是給E-ECU供電源的，因此我們判定從保險 FU8到E-ECU這一段線可能是出現了斷路。為再次確認，我們用萬用表進行檢查，發現電阻為無窮大，確認是出現了斷路現象。經對斷線處理后 啟動設備進行檢查發現故障消除，設備運行正常。2.2 微電腦燒毀筆者經歷在莫桑比克公路項目一臺VOLVC平地機正在工作時， 操作手突然感覺到發動機油門加不起來，隨后就熄火了，之后反復啟動也未能發動起來。維修人員趕到現場 后，在現場啟動車時沒有發現故障代碼和報警跡象。但據操作手敘述：當時I-ECU 有了顯示：

13、 high engine coolant temperature發動機冷卻液高溫，顯示器中央的琥珀色報警燈閃亮， 但沒有蜂鳴器響。經檢查， I-ECU 電腦中顯示的水溫為 87 度，與操作手所述 不相符；打開了油管油中沒有空氣，不可能是油路中進入空氣。從啟動的跡象觀察，不 是油路進氣等故障，故障的原因可能還是電路中的，但是不能發動起來。檢查所有的保 險正常，電瓶電壓顯示正常。在啟動時，用試燈測出16缸的電磁閥均沒有電的供給，這顯然是不正常的，說明沒有電源供給E-ECU,繼而E-ECU也就沒有電源供給各缸的噴油嘴電磁閥。測量電源插頭E-01.9中的EM9線有電信號，該線是到 E-ECU去，說明是

14、給電腦有電；把E-ECU拆下來后檢查發現 EB插頭中的EB-11和EB-12號線均有電信號， 這是從FU8保險來的信號，是給 E-ECU供電的，沒有問題。 EB-05號線是從預熱繼電器 來的，測試時當駕駛室的預熱開關接通時，EB-05號線帶電；開關斷開時，電信號消失，說明正常。綜合以上檢測情況，說明E- ECU電源部分沒有問題。然后我們重點把 E-ECU到1-6缸的電磁閥的電線重新測量一遍，確認各個線路均是通暢的，沒有短路和短路的現象。結合E-ECU軟件的特點，有沒有可能是由于某個傳感信號沒有能正確的提供給E-ECU,從而造成E- ECU也不能給1-6缸的電磁閥供給電源，比如是水溫，油位傳感，

15、曲軸轉速傳感器或凸輪軸的轉角傳感器等。但經檢查發現，各 傳感器工作正常。最后推測：可能是E-ECU損壞。從其它平地機上取下狀態良好的E-ECU換到該車上，啟動正常，這說明確實E-ECU損壞。后把該E-ECU拆開檢查，發現一個電子元件和數據連線被燒損。從跡象上看：應該是由于制造中產生了虛焊，接觸不良，造 成電路電阻過大，長期通過電流在此處發熱繼而造成燒損。2.3 壓力傳感器故障一臺VOLVOS地機運轉過程中油門加不起來，I-ECU報警顯示LOW TRANSMISSIONOIL PRESSURE變速箱傳動油壓力低），同時I-ECU中央警報燈閃亮和 BUZEF蜂鳴器響。 既然是變速箱油壓力低，一般原

16、因是由于傳動油量不足或濾芯臟污堵塞引起。但更換一 個新的濾芯后故障依舊。待添加一些傳動油后，啟動設備檢查發現油門可以加起來了， 但是該 I-ECU 顯示故障依然如前。 在此運轉狀態下， 拔掉壓力傳感器 （位置在變速箱上 前部）后，蜂鳴器不響，故障消除。但是當停機后需要重新啟動，當鑰匙開關由OFF位置轉到ON時，I-ECU出現變速壓力故障燈閃亮及中央的警報燈閃亮，蜂鳴器又響起（這是由于ECU在自檢過程中不能接受到變速箱壓力傳感器的信號而報警） ；在這種情況下，啟動車后，各種故障現象消 失，一切正常。就在此前提下，把接頭插接上后立即出現故障現象如前一樣，但是當再 把傳感器撤下，運轉一切正常。結合修

17、理手冊中的敘述： 該傳感器正常狀態為常閉； 當變速壓力大于 13.7BAR 斷開， 當壓力低于11.7BAR時接通。于是，由此可以判定是傳感器出現了故障，理由如下：（1） 假設傳感器沒有問題。沒有發動車時，鑰匙開關由OFF轉到ON時，ECU對各部分進行自檢。由于發動機沒有發動，變速壓力為O壓力傳感器接通，T-ECU收取該信號后，認為傳感器和線路正常， 就不會報警；當發動機啟動后， 變速壓力上升到 13.7BAR 以上，該開關斷開，T-ECU認為變速壓力正常，也就不會報警，一切正常。當變速系統壓力一旦出現問題，開關接通，信號就會傳到T-ECU,那末T-ECU認為變速壓力出現問題，就會報警。（2）

18、如果傳感器出現問題，一直處于斷開位置而不會回位，那末就會在鑰匙開關由OFF位轉到ON時，在自檢過程中I-ECU接受不到該信號，就會出現故障報警信號。 當發動機啟動后，隨著變速壓力的上升，該傳感器本就不應該是接通的，那么T-ECU認為變速壓力正常，不再報警。（3） 假設傳感器出現問題，一直是接通狀態的話，那末當鑰匙開關由OFF轉到ON時，ECU在自檢過程中由于接受到該傳感器信號是閉合的，屬于正常狀態，就不會報警。當啟動設備后，由于變速壓力上升到13.7BAR以上，壓力傳感器應該是斷開狀態，使T-ECU感覺該部件運行正常，但由于傳感器出現故障，處于一直接通狀態，T-ECU就感覺變速箱壓力不正常，因而報警給操作手。事實上就是這樣。經過對上述三種傳感器假設狀態分析來判斷，該傳感器應該是一直處于接通狀態。 后把該傳感器拆下檢查發現的確如此，原因是由其內部彈簧生銹發卡所致。把該傳感器 處理后裝到設備上，試車一切正常。2.4 冷卻液溫度過高我項目所使用的 PERKINS柴油發電機組在運轉 12個小時后突然停機，經過一段 時間歇息后啟動檢查，運行正常。但過一會時間后，又自動停機，同時進行報警。對各 部件檢查，發現均處于良好狀態。通過對現場環境的觀察，我們發現散熱器距離墻壁太 近。因散熱