一汽錫柴國Ⅳ客車電氣維護

周行卜

（一汽客車(無錫) 有限公司技術中心， 江蘇 無錫 214177）

1 一汽錫柴國Ⅳ汽車發動機概述

1.1 錫柴國Ⅳ發動機的特點

1） 經過了嚴格的三高標定和用戶道路試驗， 能適應各種道路與氣候條件。

2） 外形繼承了相對應的國Ⅲ發動機的特點， 安裝互換性好。

3） 全部采用四氣門技術， 與生俱來的振動小、噪聲低。

4） 四氣門技術使得進氣量足， 燃燒充分， 經濟性與國Ⅲ相當。

5） 在原國Ⅲ發動機的基礎上進一步強化， 可靠性更高， B10壽命對應國Ⅲ發動機延長10%以上。

6） 由于繼承了國Ⅲ發動機的外形特點， 機械部分的通用性好。

7） 原發動機社會保有量大， 使用維修方便， 配件的可得性好。

8） 根據用戶當地的油品情況， 可對發動機進行特殊的標定設置， 提高發動機的區域適應性。

1.2 實現國Ⅳ的技術措施

1） 實現國Ⅳ的技術措施之一——SCR

實現國Ⅳ的SCR只需開環控制， 其結構原理如圖1所示。 技術方面特點： ①按歐Ⅲ標準的發動機設計；②需要高壓燃油噴射系統； ③需要尿素計量系統。 實用方面特點： ①需要添加尿素基礎設施； ②不需要很高的燃油品質； ③相對歐Ⅲ， 燃油消耗有所改進； ④SCR耐久性通常較好； ⑤SCR集成在消聲器中。

2） 實現國Ⅳ的技術措施之二——EGR

實現國Ⅳ冷卻的EGR結構原理如圖2所示。 技術方面的特點： ①新發動機設計——EGR系統； ②由于EGR， 需要增加冷卻系統容量； ③需要高壓燃油噴射系統[180MPa （1800bar）]；④需要額外的進氣量計量系統； ⑤需要適應高原性的開發。 實用方面的特點： ①需要含硫量低的燃油 （硫會腐蝕EGR冷卻系統并使DPF催化器再生的活性降低）； ②燃油消耗量增加； ③要考慮發動機和DPF系統的可靠性； ④DPF集成在消聲器中， 階段性的清除積塵。

國Ⅳ技術路線比較如表1所示。

EGR與SCR兩種技術的優缺點如表2所示。

表1 國Ⅳ技術路線比較

表2 EGR與SCR兩種技術的優缺點

1.3 國產錫柴國Ⅳ產品平臺

國產錫柴國Ⅳ產品平臺如圖3所示。

1） CA4DLD－13/15/17E4 （圖4）

CA4DLD平臺國Ⅳ柴油機作為4DF3系列柴油機的換代產品， 主要用于輕中型客車、 公交車、 輕中型載貨汽車， 柴油機功率覆蓋范圍96～125 kW （130～170馬力）。 總體布置與Cummins ISD相近， 噴油泵與空壓泵、 ECU布置在進氣側。 其型譜如表3所示。

2） CA6DLD－18/20/22/24E4 （圖5）

CA6DLD國Ⅳ柴油機作為6DF3系列柴油機的換代產品， 主要用于輕中型客車、 公交車、 中重型載貨汽車， 柴油機功率覆蓋范圍132～176kW （180～240馬力）。 為適應不同應用需求， 特別推出EGR系列和SCR系列供用戶選擇。 其型譜見表4。

表3 CA4DLD-13/15/17E4柴油機型譜

表4 CA6DLD-18/20/22/24E4柴油機型譜

3） CA6DL1－E4 （圖6）

CA6DL平臺國Ⅳ柴油機集中于大型客車、公交車、 中重型載貨汽車的應用， 柴油機功率覆蓋范圍19 2 ～235 kW（260～320馬力）。 為適應不同應用需求， 特別推出EGR系列和SCR系列供用戶選擇。 其EGR系列型譜見表5， SCR系列型譜見表6。

4） CA6DL2－E4 （見圖6）

CA6DL2－E4 柴油機分EGR 平臺 （CA6DL2EE4） 和SCR平臺 （CA6DL2S－E4）， 為了保證柴油機在整車配套上的繼承性， 兩個平臺的柴油機功率總體上延續了國Ⅲ定義。 CA6DL2E－E4系列EGR柴油機的型譜見表7。 CA6DL2S－E4系列SCR柴油機的型譜見表8。

5） CA6DF4－E4 （圖7）

CA6DF4柴油機作為6DF3柴油機的低成本升級產品， 主要用于9～11m客車和輕、 中重型載貨汽車的動力配套需求。 只采用SCR技術路線， 其型譜見表9。

6） CA6DM2－E4 （圖8）

表5 CA6DL1E-E4系列EGR柴油機型譜

表6 CA6DL1S-E4系列SCR柴油機型譜

表7 CA6DL2E-E4系列EGR柴油機型譜

表8 CA6DL2S-E4系列SCR柴油機型譜

表9 CA6DF4系列SCR柴油機型譜

CA6DM2平臺國Ⅳ柴油機集中于大型高級客車、公交車、 重型載貨汽車的應用， 柴油機功率覆蓋范圍272～309kW （370～420馬力）。 為適應不同應用需求， 特別推出EGR系列和SCR系列供用戶選擇， 其EGR系列的型譜見表10， SCR系列型譜見表11。

7） CA6DN1－E4 （見圖8）

CA6DN1平臺國Ⅳ柴油機集中于大型高級客車、公交車、 重型載貨汽車的應用， 柴油機功率覆蓋范圍287～368kW （390～500馬力）。 為適應不同應用需求， 特別推出SCR系列供用戶選擇， 其型譜見表12。

表10 CA6DM2E-E4系列EGR柴油機型譜

表11 CA6DM2S-E4系列SCR柴油機型譜

表12 CA6DN1S-E4系列SCR柴油機型譜

2 錫柴國Ⅳ整車電路原理

2010年中國 （長春） 國際汽車工程學會， 以“責任與挑戰” 和 “汽車與可再生能源” 為主題， 再一次充分證明： 沒有多贏的合作機制， 突破核心技術很困難。 而CA6121URD80公交客車的研制成功，正是從技術經濟方面進行實踐的成果。 其ECU電控、SCR后處理器電路原理圖如圖9所示。

2.1 整車線束相關的接口

以下示意圖都是從入線端觀測， 觀測方法如圖10所示。

1） 整車線束與ECU連接的插接件及端子如圖11所示。 插接件件號為： Molex 34566-0803；端子號： 33467-0006； 防水塞：15356825。 各端子定義見表13。

表13 整車線束與ECU連接的各端子的定義

2） 整車線束與行駛用油門踏板連接的插接件及端子定義如圖12所示。

整車線束上油門踏板上插接件應該與踏板端的端子排列一致。 油門踏板插接件件號為： AMP 174262-2； 端子件號： 171662-1； 防水塞件號：J00150011； 鎖片件號： 174263-7。

3） 整車線束與診斷儀連接的插接件及端子定義如圖13所示。

診斷接口插接件為標準OBDⅡ16針A類接口， 插接件為TYCO旗下AMP產品， 件號： AMP 179631；端子： 776001。

4） 整車線束與SCR線束連接的插接件如圖14所示， 其端子定義見表14。

表14 整車線束與SCR線束連接的端子定義

插接件件號： DJY7161-2.3-11； 防水塞： J0015 0018； 盲堵： J00150020； 端子： 1500-0105。

5） 發動機制動的接口插接件及端子定義如圖15所示。

接口插接件為TYCO旗下AMP件， 件號： 282088-1； 防水塞： J0015 0017； 端子： 282110-1。

6） 水位開關接口插接件及端子定義如圖16所示。 接口插接件為TYCO 旗下AMP 件， 件號：282191-1； 防水塞： J0015 0017； 端子： 964286-2。

7） 怠速微調接口插接件及端子定義如圖17所示。 接口插接件件號為： 8SQZ570-000。

8） PTO油門接口插接件及端子定義如圖18所示。 PTO油門插接件件號為： AMP 174262-2； 端子件號： 171662-1； 防水塞件號： J00150011； 鎖片件號： 174263-7； 插接件件號為： 8SQZ570-000。

2.2 電氣要求

1） 指示燈 為額定功率大于1W的LED燈。 LED燈在外加正向電壓時發光， 正向電流越大， 發光愈強。 LED燈使用溫度一般在－40～85℃之間， 指示燈電氣要求： 額定電壓24 V， 最大驅動電流0.6 A。 發光二極管的簡明示意圖如圖19所示。

2） 繼電器 主要指起動繼電器、 預熱繼電器、排氣制動繼電器這3種， 使用溫度：－40～85 ℃。 起動繼電器控制端電氣要求： 額定電壓24 V， 最大驅動電流0.7 A； 預熱繼電器控制端電氣要求： 額定電壓24 V， 最大驅動電流2 A； 排氣制動繼電器控制端電氣要求 ： 額定電壓24 V， 最大驅動電流0.7 A。

3） 對輸入車速信號要求 車速信號應根據ECU的要求進行接入V14腳 （信號）， 另一端接ECU的搭鐵， 信號為占空比50%的方波信號， V－High＞3.3 V,V－Low＜2.6 V， 頻率大于3.3 Hz。

3 國Ⅳ柴油機電控系統

3.1 CA6DL1－E4， CA6DL1－E4R， CA6DL2－E4R系列柴油機電控系統

CA6DL1－E4、 CA6DL1－E4R、 CA6DL2－E4R 系列柴油機采用DENSO電控系統， 由ECU、 轉速傳感器、 輔助轉速傳感器、 油門踏板傳感器、 共軌壓力傳感器、 水溫傳感器、 燃油溫度傳感器、 進氣壓力傳感器、 進氣溫度傳感器、 SCV閥、 機油壓力傳感器等組成。 圖20為CA6DL1－E4系列柴油機電控系統簡圖, 圖21為CA6DL1－E4R、 CA6DL2－E4R系列柴油機電控系統簡圖。

圖22為柴油機ECU及各個傳感器外形圖， 為方便整車電氣布置和電氣線束設計， ECU直接安裝在機體上。 轉速傳感器是磁電式傳感器， 用于檢測飛輪上均布的60－4個齒， 電信號傳給ECU， ECU根據該信號計算出柴油機的轉速。 輔助轉速(G) 傳感器為磁阻型， 安裝在凸輪軸端， 用于判斷柴油機各缸壓縮上止點。 進氣溫度傳感器安裝在缸蓋進氣管上，用以測量進氣溫度， 將溫度的模擬電壓信號傳送給ECU。 軌壓傳感器安裝在高壓共軌上， 檢測柴油機供油系統燃油共軌中燃油壓力， 該傳感器與高壓共軌在出廠時進行泄露檢測， 用戶不可拆卸。 進氣壓力傳感器裝在缸蓋上， 用連接管與進氣管連接， 用以測量進氣管中進氣的絕對壓力。

水溫傳感器安裝在柴油機節溫器罩殼上。 燃油溫度傳感器安裝在柴油機供油系統的回油管中， 檢測柴油機供油系統的回油溫度。 機油壓力傳感器安裝在機油冷卻器后的主油道中， 檢測柴油機的機油壓力。 ECU根據機油壓力高低采取控制措施保護柴油機， 并通過儀表指示燈報警。 環境溫度傳感器是檢測柴油機周圍環境大氣的溫度， 作為SCR后處理系統進行NOx排放控制的基本參數。 節氣門是EGR柴油機的重要部件， 它是一個內部帶閉環控制的智能執行碟閥， 用來調節節氣門開度。 在不通電和故障狀態， 節氣門處于全開狀態。 EGR閥裝在EGR冷卻器下游， 通過CAN線與ECU連接。 該EGR閥同時采用雙提升閥的結構， 可以滿足大廢氣流量與大廢氣壓差的運行情況。 MAF傳感器為熱線式， 必須裝在空氣濾清器和增壓器之前的管路中。 DPS傳感器用于檢測顆粒后處理器 （POC） 兩端的壓差。

CA6DL1－E4， CA6DL1－E4R， CA6DL2－E4R 系列柴油機的ECU在柴油機上的安裝位置如圖23所示。ECU為柴油機電子控制單元， 安裝在柴油機機體上，應防止持續壓力噴水， ECU采用塵密設計， 并且應避開整車蓄電池， 以防止干擾。

ECU的工作環境要求： 環境溫度－30～105 ℃； 不能使用持續壓力噴水； 防水等級IP6K9K。 技術條件： 額定電壓24 V （DC）； 使用電壓16～32 V （DC）；工作電壓9～32 V （DC）； 使用溫度－30～+120 ℃； 儲存溫度－40～+125 ℃。

3.2 CA6DL1B－E4， CA6DL2－E4系列柴油機電控系統

CA6DL1B－E4， CA6DL2－E4 系列柴油機采用BOSCH的EDC17CV44電控系統， 由ECU、 轉速傳感器、 輔助轉速傳感器、 油門踏板傳感器、 共軌壓力傳感器、 水溫傳感器、 進氣壓力傳感器、 進氣溫度傳感器、 油量計量單元、 機油壓力傳感器等組成。 其中ECU為集成式ECU， 集成了DeNOX2.2的控制功能。

CA6DL2－E4系列柴油機燃油系統簡圖如圖24所示。 CA6DL1－E4， CA6DL2－E4系列柴油機SCR后處理系統簡圖如圖25所示， 它們的控制單元為集成式單元。 從燃油系統來看， 燃油噴射量和軌壓控制策略與國Ⅲ系統基本一致。 SCR后處理控制為新增加的控制功能， 電氣部分功能集成在ECU整車端， 其主要功能有尿素泵控制 （尿素泵接口）、 噴射閥控制（尿素噴嘴）、 檢測尿素液位溫度 （尿素液位溫度傳感器）、 尿素管加熱 （尿素管加熱閥）、 檢測NOX含量（NOX傳感器）、 檢測排氣溫度 （排溫傳感器）、 檢測環境溫度 （環境溫度傳感器） 等。

CA6DL1B－E4， CA6DL2－E4系列柴油機的ECU在柴油機上的安裝位置如圖26所示。

ECU的工作環境要求： 環境溫度－40～85 ℃； 不能使用持續壓力噴水； 防水等級IP6K9K。 技術條件： 額定電壓24 V （DC）； 使用電壓16～32 V （DC）；工作電壓16～32 V （DC）； 使用溫度－40～+85 ℃； 儲存溫度－40～+85 ℃。

3.3 電氣線路

柴油機電氣線束是柴油機電控系統的信息和功率驅動傳遞的紐帶， 按功能分為柴油機線束、 噴油器線束和整車線束。 噴油器線束安裝在缸蓋內， 連接柴油機線束和各缸的噴油器； 柴油機線束布置在柴油機上， 連接各傳感器、 執行器以及噴油器線束和整車線束； 整車線束與ECU連接。

整車線束連接柴油機線束和整車上各傳感器、繼電器和開關等電氣部件。 圖27 是CA6DL1-E4、CA6DL1-E4R、 CA6DL2-E4R柴油機電氣線束連接原理圖， 其中整車線束部分僅給出了整車線束與ECU的連接要求。

圖28是CA6DL1-E4后處理系統電器線束連接原理圖， 其中整車線束部分僅給出了整車線束與DCU的連接要求。

圖29是CA6DL1B-E4和CA6DL2-E4柴油機電氣線束連接原理圖， 其中整車線束部分僅給出了整車線束與ECU的連接要求。

3.4 電控保護功能

1） 起動保護 以柴油機的冷卻水溫表示環境狀態和機器本身的狀態， 以柴油機的轉速信號表征起動控制的進程： 在判缸成功并且柴油機轉速超過設定的最低轉速后， ECU根據轉速和冷卻水溫按照起動油量脈譜輸出噴油量。 若在標定時間內轉速未能超過起動成功標志轉速， 則ECU強行切斷噴油， 以保護柴油機。

2） 一般故障保護 當在各種傳感器輸入信號（如油門踏板信號、 冷卻水溫信號） 故障或異常的情況下， 采用跛行回家控制策略替代正常的駕駛員油門指令， 使柴油機降功率繼續運行， 從而可以將車輛開到維修站修理。 這是保證車輛不至半路拋錨的一種失效保護措施。

3） 過熱保護 當冷卻液溫度水溫、 機油溫度、進氣溫度過高時， ECU會進入過熱保護功能， 限制柴油機功率。

4） 機油壓力保護 當柴油機檢測到機油壓力過高或過低時， ECU會進入保護功能， 限制柴油機轉速或功率， 并發出報警信號， 提示用戶需要到就近服務站進行維修。

5） OBD故障保護 從柴油機的運行狀況隨時監控汽車是否尾氣超標。 一旦超標， 會馬上發出報警，當系統出現故障時， 故障 (MIL) 燈或柴油機檢查(Check Engine) 報警燈亮。 同時電子控制單元ECU將故障信息存入存儲器， 根據不同的故障， ECU會限制扭矩， 或者在出現大故障時強制停機， 以保護柴油機及其電控系統。

6） 硬件電路保護 ECU的電源端是通過一個20A的雙金屬片式熔斷絲接入的， 如果柴油機電控系統出現異常， 導致電流突然增大， 熔斷絲會切斷給ECU的供電， 以保護整個電控系統。 同時ECU整個電路通過設計保護電路限制輸入信號的過高， 避免對ECU造成損害。

3.5 CAN網絡

從國Ⅳ開始， 我公司的所有電控柴油機將CAN作為標準配置， CAN通信協議遵照標準SAE-J1939定義， 通信速率為250 kb/s， 柴油機ECU可以直接和變速器(T/M)、 ABS/ASR、 智能儀表 （CAN Meter） 和記錄儀等相連； 為了簡化整車電氣系統設計并適應整車網絡化管理需要， ECU將柴油機狀態信息， 如機油壓力、 柴油機轉速、 水溫、 油門位置等作為標準信息通過CAN網絡提供給CAN節點， 可方便地在汽車智能儀表上顯示。

3.5.1 柴油機與整車CAN網絡的連接

圖30是CA6DL1-E4、 CA6DL1-E4R、 CA6DL2-E4R系列柴油機采用DENSO燃油系統的CAN網絡連接示意圖。 該系列柴油機采用分布式網絡管理方式，有利于柴油機技術的升級。

CA6DL1-E4系列柴油機采用電控SCR技術， 燃油系統ECU作為柴油機和SCR后處理系統的DCU， 通過CAN網絡交換柴油機狀態控制信息， 并將后處理狀態信息和OBD 管理信息通過CAN 網絡發布。CA6DL1-E4R、 CA6DL2-E4R系列柴油機采用電控高壓EGR冷卻技術， 電控EGR閥通過CAN網絡與ECU連接， 接收ECU的控制并反饋ECU實時EGR閥狀態和診斷信息。

在CAN總線中， 每個節點的地址都是惟一的， 避免多個節點使用同一個標識符，根據J1939協議定義了常用的節點的地址，見表15。

圖31是CA6DL1BE4、 CA6DL2-E4 系列柴油機采用BOSCH燃油系統的CAN網絡連接示意圖，該系列柴油機通過采用新一代ECU， 燃油系統的噴射管理控制和SCR后處理器系統的噴射控制統一在一個ECU內部完成， 簡化了外圍電氣線路的連結，提高了系統的可靠性和抗干擾能力。

表15 CAN通信ID地址分配

3.5.2 車用CAN儀表診斷

車用CAN儀表如圖32所示。 如有故障， 則故障自動出現， 在顯示屏中顯示； 如故障過多， 可按上下頁進行顯示。 顯示屏放大如圖33所示。

（待續， 本文分2期連載）