欧3道依茨电控单体泵电控发动机.docx

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欧3道依茨电控单体泵电控发动机

道依茨（DEUTZ）电控单体泵电控发动机

基本原理（包括系统,ECU,传感器,机械部分）

1.1、电控单体泵系统简介

道依茨电控单体泵系统是一个新型的全电子控制柴油机燃油喷射系统,它不再采用机械调速器（没有齿杆装置）,而是通过控制电控单体泵上的电磁阀实现喷油量和喷油定时的控制。

该电控系统采用的是第二代时间控制方式,与采用位置控制的第一代电子喷射控制相比,具有响应速度快、控制精度高等优点。

并且电子控制单元ECUEDC16采用扭矩控制策略,可以灵活地控制发动机输出扭矩,更好地满足整车动力的需求。

因此,该系统能够满足国家第三阶段（欧3）及后续的排放法规的要求。

1.2、电控单体泵系统组成

电控单体泵系统组成如下图所示:

电控单体泵系统可大体地划分为两个部分:

燃油系统:

低压油路、喷射模块;

电控系统:

电控单元（ECU）、传感器,以及线束。

1.2.1燃油系统

1.2.1.1低压油路

如下图所示,包括油箱、两级燃油滤清器（其中初燃油滤清器需带手油泵）、输油泵、溢流阀（在发动机缸体上）,以及低压管路。

其作用是以一定的压力输送燃油。

1.2.1.2喷射模块

如下图所示,包括电控单体泵、机械喷油器,以及短的高压油管。

其作用是将一定量的燃油在非常精确的时刻以极高的压力喷射到燃烧室中。

道依茨电控单体泵是直接安装在发动机的缸体上,由发动机凸轮轴驱动,因此,整个系统刚度高、单体泵很容易拆装,便于维修更换。

1.2.2电控系统

如下图所示,包括电控系统的核心部件:

电控单元（ECU）,各种传感器:

曲轴转速传感器、凸轮轴转速传感器、进气温度压力传感器、冷却水温度传感器、燃油温度传感器、机油压力传感器（可选）、油门踏板位置传感器、大气压力传感器（安装在ECU内部）,以及将它们连接起来的线束。

其作用是ECU根据各传感器提供的信息,如油门踏板位置、发动机转速等,计算发动机输出的扭矩、喷油量、供油开始时刻、供油持续期等,进而通过控制电控单体泵的电磁阀的通断电,实现最终喷射。

1.3电控单体泵系统工作原理

电控单体泵系统喷射模块的内部结构如下图所示:

单体泵通常装在发动机缸体上,通过滚轮由发动机

凸轮轴上的凸轮驱动挺柱体,柱塞回位弹簧相对发动机凸轮轴压紧滚轮,挺柱体使泵体中的柱塞上下运动,燃油通过内装在发动机缸体内的输油口注入泵中的柱塞腔。

工作原理:

电控单体泵喷射系统的工作过程分为以下几个阶段:

单体泵电磁阀安装在单体泵的上部,电磁阀断电时,回油道打开,单体泵内的柱塞即使已开始泵油,也不能建立高压,只有当电磁阀通电时,回油油道关闭,油压才迅速升高;高压燃油经过高压油管进入喷油器使其喷油。

电磁阀断电时,回油油道打开,迅速溢流卸压,喷油停止。

电磁阀通电的持续时间决定了循环供油量。

充油过程:

电磁阀不通电,当柱塞下移时,喷射系统内部压力将低于低压油路的喷油压力,此时低压系统燃油将通过柱塞套上的进油口进入高压喷射系统。

充油过程如图所示。

旁通过程:

当柱塞上升时,柱塞腔里的燃油被压缩,但是如果电磁阀仍处于断电状态,那么柱塞腔里的燃油压力将由回油溢流阀的开启压力决定,远低于喷油器的开启压力,这样燃油将通过回油通道流回到油箱。

喷射过程:

柱塞上升过程中,如果电控单元（ECU）在某个特定时刻发出了一个控制喷油脉冲信号,使电磁阀通电,这时回油通道被关闭,柱塞腔形成了一封闭容积,随着柱塞上升,封闭容积里的燃油被压缩,压力迅速上升,并且喷油器的嘴端压力也急剧上升,当压力高于喷油器的开启压力（约300bar）时,喷油器打开,燃油喷到燃烧室中。

最高喷射压力可达1800bar。

卸荷过程:

当控制喷油脉冲信号终止时,电磁阀断电,回油通道重新打开,燃油由此溢流,柱塞腔以及喷嘴压力迅速下降,喷嘴闭合,喷射过程结束。

基本结构与功能

2.1电控单元（ECU）

电控单元是整个电子控制系统的核心部件,它由单片机硬件电路和控制软件组成,负责信息的采集、处理、计算和执行,并将运行结果作为控制指令输出到执行器（单体泵电磁阀）,并对整个电控系统进行故障诊断。

发动机ECU通过传感器采集的信号不断检查发动机的状态,计算符合条件的燃油喷射量等,启动执行器以及将发动机控制到最佳状态,ECU也具有自诊断功能,可用于记录系统故障,便于诊断工具进行故障诊断。

电控单元为德国博世（BOSCH）公司生产的EDC16UC40（3601115-66D）。

2.1.1电控单元的引脚定义

ECU插接器A、K区管脚（PIN）排列如图所示。

针脚定义说明

针号定义备注针号定义备注

发动机端A

A014缸单体泵电磁阀“高”A315缸单体泵电磁阀“低”

A025缸单体泵电磁阀“高”A326缸单体泵电磁阀“低”

A036缸单体泵电磁阀“高”A332缸单体泵电磁阀“低”

A04-未使用A34预热继电器"负"

A05-未使用A35发动机停机开关

A06地未使用A36-未使用

A07曲轴速度传感器,屏蔽A37-未使用

A08轨压传感器"地"未使用A38-未使用

A09G3未使用A39燃油温度传感器"地"

A10凸轮轴传感器"信号正"A40进气压力温度传感器压力"信号"

A11燃油压力传感器"地"未使用A41冷却液温度传感器"地"

A12曲轴速度传感器"信号负"A42-未使用

A13机油压力传感器"正"A43轨压传感器"信号"未使用

A14进气压力传感器"正"A44地未使用

A15起动机LS未使用A45排气制动继电器"负"

A161缸单体泵电磁阀"高"A464缸单体泵电磁阀“低”

A172缸单体泵电磁阀“高”A471缸单体泵电磁阀“低”

A183缸单体泵电磁阀“高”A483缸单体泵电磁阀“低”

A19油量测量单元,电压"高"未使用A49燃油流量测量单元LS未使用

A20凸轮轴位置传感器信号,屏蔽A50凸轮轴位置传感器"信号负"

A21预热传感器开关未使用A51机油压力传感器"地"

A22外部EGR驱动器"地"未使用A52燃油温度传感器"信号"

A23进气压力传感器"地"A53进气压力温度传感器温度"信号"

A24预热继电器"正"A54燃油压力传感器地未使用

A25火焰预热供油阀继电器"高"HS未使用A55地未使用

A26轨压传感器电源"正"未使用A56机油压力传感器输入"信号"

A27曲轴速度传感器"信号正"A57燃油压力传感器"信号"未使用

A28曲轴箱压力传感器"正"未使用A58冷却液温度传感器"信号"

A29排气制动继电器"高"A59火焰预热供油阀继电器"负"LS未使用

A30起动机HS未使用A60发动机内部制动或IEGR未使用

针号定义备注针号定义备注

整车端K

K01电瓶正K48发动机转速输出

K02电瓶负K49-未使用

K03电瓶正K50地未使用

K04电瓶负K51-未使用

K05电瓶正K52手动预热开关未使用

K06电瓶负K53车速传感器"信号地"

K07主继电器2"高"未使用K54排气制动开关信号

K08油门踏板位置传感器2"负"K55诊断灯

K09油门踏板位置传感器1"信号"K56巡航控制器,"设置/加速"

K10用户自定义温度传感器"地"未使用K57-未使用

K11用户自定义温度传感器"信号"未使用K58低怠速开关1未使用

K12油位传感器"地"未使用K59风扇速度传感器信号未使用

K13油位传感器"信号"未使用K60CAN1低

K14速度设定"地"多状态开关未使用K61CAN2低

K15速度设定"信号"多状态开关未使用K62CAN2高

K16地未使用K63油水混合传感器"地"未使用

K17主刹车开关信号K64油水混合传感器"信号"未使用

K18地未使用K65马力提升开关未使用

K19超驰开关未使用K66机油温度传感器"信号"未使用

K20OBD灯未使用K67-未使用

K21-未使用K68-未使用

K22油门踏板位置传感器1"正"未使用K69-未使用

K23风扇速度传感器"正"未使用K70温度报警灯未使用

K24预留模拟信号传感器"正"G2未使用K71机油报警灯未使用

K25通讯接口1K-LineK72主继电器

K26预留PWM输出未使用K73主继电器2"高"未使用

K27扭矩PWM输出未使用K74发电机D未使用

K28T15开关到BAT+K75车速传感器输入信号

K29-未使用K76机油温度传感器"地"未使用

K30油门踏板位置传感器1"负"K77巡航控制器,"ON/OFF"

K31油门踏板位置传感器2"信号"K78巡航控制器,"设置/减速"

K32用户自定义温度传感器"信号"未使用K79空调开关

K33用户自定义温度传感器"地"未使用K80辅助刹车开关信号

K34排气温度传感器"信号"未使用K81低怠速开关2未使用

K35排气温度传感器"地"未使用K82CAN1高

K36预留模拟信号传感器"信号"未使用K83PWM调节阀传感器"信号"未使用

K37预留模拟信号传感器"信号"未使用K84风扇速度传感器"信号"未使用

K38巡航控制器,"恢复"K85PWM调节阀传感器"地"未使用

K39预留PWM输出"地"K86地多状态开关未使用

K40离合开关信号K87控制器模式选择开关未使用

K41地未使用K88-未使用

K42-未使用K89信号多状态开关未使用

K43发动机起动开关未使用K90风扇控制器LS未使用

K44-未使用K91-未使用

K45油位传感器"正"未使用K92预热指示灯

K46油门踏板位置传感器2"正"K93-未使用

K47-未使用K94发动机运行指示灯未使用

2.1.2电控单元功能

整个电控系统的功能都是通过电控单元的软硬件来实现的,其核心控制功能是柴油的喷射控制,同时也具有其它的控制功能,这些控制功能决定了发动机和整车的动力性、经济性和排放。

主要包括以下几种控制功能:

2.1.2.1起动控制

对于一台发动机,为确保起动的可靠性和起动烟度排放要求,喷油定时和起动扭矩必须根据以下方式设定:

喷油定时f（转速,喷油量,冷却液温度）

起动扭矩f（转速,冷却液温度,起动时间）

起动控制功能一直处于激活状态直到发动机转速超过起动结束转速,进入到怠速控制,只有到这个时候,驾驶员才能对发动机进行操作。

起动停止转速由冷却液温度和大气压力决定。

2.1.2.2低怠速控制

当发动机进入到怠速控制阶段,怠速控制器起作用,控制发动机的运转。

怠速控制器是一个纯PID控制器,由该控制器保持怠速转速为一个常数。

怠速转速与冷却液温度相关,例如:

在发动机温度低时的怠速转速比温度高时的转速要高。

此外,如果油门踏板出现故障,怠速转速将提高,以保持一个驾驶者可将车辆开到维修站的最低转速。

2.1.2.3驾驶性控制

扭矩控制

当采用扭矩控制时,来自油门踏板的值被解释为:

根据当时发动机的转速,驾驶者对车轮输出扭矩的期望值。

期望扭矩f（油门踏板位置值,发动机转速）

该控制方式类似于两极式的机械调速器。

速度控制

当速度控制起作用时,来自油门踏板的值被解释为:

驾驶者对转速的期望值,并且运行于某一设定的调速率下。

转速的期望值f（油门踏板的值）

该控制方式类似于全程式的机械调速器。

2.1.2.4扭矩限制

发动机发出的最大扭矩可用以下方式进行限制:

烟度限制

最大扭矩的限制与吸入的空气量有关,空气压力和空气温度这两个参数决定进气量。

由进气量限制最大扭矩,防止发动机冒黑烟。

发动机保护

不管在什么状态下,一旦冷却液温度超出上限,最大扭矩必须作相应的减小,以防止发动机过热。

应急扭矩限制

当电控单元诊断出电控系统有严重故障时,发动机将降低最大扭矩,迫使驾驶员去维修站修正错误。

以下的错误类型可能导致该功能发生:

油门踏板传感器故障

转速信号故障

电磁阀驱动故障

2.1.2.5喷油定时调整

喷油定时的调整是为了满足排放法规和燃油经济性的需要,同时还要兼顾到冷起动和低噪声。

喷油定时的调整与发动机性能和附加修正有关。

喷油定时f（转速,喷油量,冷却温度,进气压力,大气压力）

2.1.2.6燃油温度补偿

随着温度的升高,发动机性能下降。

原因是:

燃油密度下降和粘度的下降,喷油泵的泄漏量增加。

通过测量的燃油温度和相应的调整控制补偿来平衡温度对喷油量的影响。

2.1.2.7各缸均匀性

各缸均匀性功能是用于由于喷油泵的制造公差而引起的燃油喷射量不同而进行的补偿。

2.1.2.8冷起动辅助控制

在低温环境下,为提高发动机的冷起动性能,电控单元会根据当前发动机的温度来决定是否需要进气预热以及预热时间长短,这是通过对进气预热继电器的进行控制实现的。

2.1.2.9发动机保护功能

用于在某些极限条件下对发动机进行保护。

如冷却液温度太高、机油压力太低等工况下,就要降低发动机功率,甚至使发动机停机,已达到保护发动机的目的。

2.1.2.10发动机排气制动

一旦电控单元检测到来自排气制动开关的需求信号,根据当前发动机转速,来决定是否启动排气制动功能。

如果启动了排气制动功能,则同时燃油系统将立刻停止喷油。

如果这时司机踩油门踏板加速,则会自动退出排起制动,即使排气制动开关是关闭的。

2.1.2.11最大车速限制

最大车速控制功能设定最大的行车速度限制,防止驾驶者超速行驶。

最大车速限制值由电控系统预先编程设定。

2.1.2.12巡航功能

车辆按照一个恒定的车速行驶,不需要驾驶者控制油门踏板,这样可以减轻驾驶员的劳动强度,提高驾驶舒适性。

驾驶者可以通过巡航控制开关调整车速。

*巡航操作:

进入巡航:

点动一下SET+开关,则以当前车速作为巡航设定车速进入巡航功能;

加速、减速:

连续按SET+或SET-,则巡航设定车速以一斜率增加或减少;点动SET+或SET-则巡航设定车速以一步长增加或减少。

退出巡航:

踩刹车、离合,或者按动OFF（ON/OFF开关为自复位开关,常态ON）、排气制动开关,都可以退出巡航。

巡航恢复:

退出巡航后,可以按SET+再次进入巡航（以当前车速作为巡航设定车速）,如果按动RESUME开关,则恢复退出巡航前的巡航设定车速。

踩油门加速:

在巡航功能激活状态下,司机踩油门则处于加速状态,并且巡航功能不退出,当司机停止踩油门后,马上恢复巡航状态,车辆减速,减到踩油门之前的巡航设定车速。

2.1.3通讯接口

2.1.3.1ISO接口

ISO通讯接口采用ISO9141（K线）标准串行数据通讯方式,可实现与电控单元之间的数据交换。

它包括有以下功能:

诊断数据的交换（错误信息,清除出错列表）

控制系统的编程（读取和编程有关参数）

实现发动机测试功能

读出测量值和计算值

2.1.3.2CAN接口

CAN采取SAEJ1939标准,是一种高速串行通讯方式,该通讯方式主要用于不同的电控单元之间。

它包括有以下功能:

数据的交换

读出测量参数值和计算值

喷射限制

发动机制动操作

降低性能操作

输入默认值或性能特征量（替代油门踏板等）

2.1.4发动机转速输出接口

发动机转速接口用于向转速表或变速箱控制单元传送转速信号,这样可以不必再装一个转速传感器。

转速信号为数字式,并且信号脉冲个数可预先设置。

2.1.5.诊断

电控单元具有实时自诊断功能,一旦电控单元检测出故障,会将故障信息以及当前的环境信息存储到电控单元中,同时在仪表盘上的故障指示灯闪亮,通知驾驶者需要去维修站进行维修!

在维修站由维修人员使用专门的诊断工具连接到电控单元上,读出故障信息。

2.2电控单体泵

电控单体泵受电控单元的驱动,它按照电控单元输出的控制指令进行工作,从而达到控制燃油喷射的目的。

采用PWM（脉宽调制）驱动形式。

驱动电压和驱动电流如下图所示:

2.3传感器

传感器用于实时检测发动机和车辆的各种物理信息,并将这些信息输入给电控单元。

包括:

曲轴转速传感器

凸轮轴转速传感器

进气温度压力传感器

冷却水温度传感器

燃油温度传感器

机油压力传感器（可选）

大气压力传感器（安装在ECU内部）

油门踏板位置传感器

2.3.1曲轴转速传感器

作用:

检测曲轴角度和发动机转速信号,以确定发动机转速及发动机的各缸位置。

曲轴位置传感器信号如图,它与凸轮位置传感器共同组成正时信号。

特性:

曲轴位置传感器是磁电式传感器,它由一个永磁铁和带铜线圈组的软铁心组成。

6缸机（BF6M2012、BF6M1013）在靶轮的周圆上均布60-6个齿;4缸机（BF4M2012、BF4M1013）在靶轮的周圆上均布60-4个齿。

曲轴位置传感器记录触发齿的齿序。

当发动机运行时,曲轴转速传感器不断的检测到靶轮上齿峰与齿谷间的变化,通过磁电感应,产生一个连续的正弦交流电压信号,其波幅随着发动机（曲轴）转速的增加而增加。

这个电信号传送给ECU。

ECU根据该信号计算出发动机的转速,参考凸轮轴相位传感器信号,知道各缸活塞在汽缸内的行程位置,从而控制喷油时刻、喷油量等。

针脚定义如下:

A27信号正,A12信号负,A07屏蔽

测量范围:

50rpm~4000rpm

安装位置:

曲轴位置传感器安装在发动机前端。

2.3.2凸轮轴转速传感器

作用:

凸轮转速传感器用于检测出凸轮的实际位置,使电控单元能判断出发动机第一缸压缩上止点位置,从而决定喷油时刻。

它与曲轴转速传感器共同组成正时信号。

特性:

凸轮轴位置传感器也是一种磁电式传感器。

一个靶轮固定在凸轮轴上,6缸机靶轮有7个销子（4缸机有5个销子）,圆周均匀分布6个,另一个（同步齿）在1-6缸上止点之间,并随凸轮轴一起转动。

当这些靶轮的缺口,经过凸轮轴相位传感器通过磁电感应,产生一个连续的正弦交流电压信号,其波幅随着发动机（曲轴）转速的增加而增加。

电控单元根据该信号与曲轴转速传感器共同组成正时信号。

凸轮每转一周,曲轴转两周。

针脚定义如下:

A10信号正,A50信号负,A20屏蔽

测量范围:

50rpm~4000rpm

安装位置:

它安装在发动机缸体后端。

2.3.3进气温度压力传感器

作用:

检测涡轮增压器之后的进气管内的空气压力和温度,确定进气量,用于油量修正,防止发动机冒黑烟。

特性:

此传感器把进气温度传感器和进气压力传感器集成在一起,称为TMAP传感器。

其中压力传感器为压电晶体型,

压力传感器实测压力（绝对压力）与输出电压对应关系如下图:

其温度传感器为热敏电阻型,温度与电阻特性如下表所示:

温度t阻值RR偏差温度t阻值RR偏差

℃kΩ%℃kΩ%

-4048.15±5.92500.85±3.75

-3026.85±5.60600.61±3.58

-2015.61±5.31700.12±3.43

-109.43±5.04800.33±3.28

05.89±4.78900.25±3.20

103.79±4.551000.19±3.00

202.51±4.331100.14±3.13

301.72±4.121200.11±3.25

401.20±3.931300.09±3.36

针脚定义如下:

A14正,A40进气压力信号,A23负,A53进气温度信号

安装位置:

在进气岐管上,如图所示:

2.3.4冷却液温度传感器

作用:

检测发动机冷却液温度,用于在发动机温度过高时保护发动机,并且在冷起动和环境温度过低时,优化喷油量和喷油定时。

温度t阻值R温度t阻值R

℃kΩ℃kΩ

-4040.49~50.14500.80~0.87

-3023.58~28.65600.57~0.62

-2014.10~16.83700.42~0.45

-108.64~10.15800.31~0.33

05.47~6.23900.24~0.25

103.54~4.041000.18~0.19

202.35~2.651100.14~0.15

251.94~2.171200.11~0.12

301.62~1.801300.086~0.093

401.12~1.231400.068~0.074A58信号,A41地A52信号,A39地

监控机油油压力,保护发动机,在较低的油压下停车

压力bar环境温度

-30℃~0℃0℃~80℃和110℃~125℃

电压UV

p00.3~0.60.3~0.7

00.4~0.60.3~0.7

21.2~1.41.1~1.5

42.0~2.21.9~2.3

62.8~3.02.7~3.1

83.6~3.83.5~3.9

104.4~4.64.3~4.7

p104.4~4.74.3~4.7A13电源正,A51电源负,A56信号

2.3.7大气压力传感器

作用:

检测外界大气压力,用于高原油量修正。

特性:

压力特性曲线如图所示:

安装位置:

集成在ECU内部。

2.3.8油门踏板位置传感器

作用:

输出油门踏板的开度,油门踏板位置传感器把检测到的油门踏板脚度变化,转化成电压信号输出给ECU。

ECU根据此信号确定基本喷油量和扭矩需求。

特性:

工作电压5±0.1伏特;由两路非接触式霍尔传感器组成,双路模拟信号输出,没有怠速开关。

油门踏板传感器特性曲线和电路图如下

针脚定义:

引脚:

K09信号1,K22信号1正,K30信号1地

K31信号2,K08信号2地,K46信号2正

安装位置:

驾驶室地板式安装。

一般传感器集成在踏板上,踏板接口定义及安装位置图片如下

2.4线束

线束将电控单元（ECU）与各种传感器、电磁阀电控单体泵、电源等电控元件连接起来,同时还具有对导线的保护作用。

DEUTZ电控发动机的线束分为3条:

发动机线束、过渡线束,以及整车线束。

发动机线束由我厂负责,其在发动机上的布置如下图所示:

发动机线束与传感器、电控单体泵的连接如图所示,通过与48芯插接器线连的过渡线束与ECU相连。

装配调试操作过程及注意事项

EOL功能说明（包括EOL的基本操作流程,操作说明（说明原因）,各控制策略软件的功能说明,问题和注意事项）

诊断仪的功能说明

ECU具有实时在线自诊断功能,一旦ECU检测出故障,将产生与故障对应的故障码并存入故障内存中,同时在仪表板上的指示故障指示灯变亮,提醒驾驶员将车开到维修站,由维修人员使用专用的故障诊断仪连接到诊断插座上进行故障诊断。

诊断插座一般在驾驶室内,在驾驶员和副驾驶之间的电气盒内,如图所示:

故障诊断仪可使用一汽启明开