一汽锡柴国Ⅳ客车电气维护

周行卜

（一汽客车(无锡) 有限公司技术中心， 江苏 无锡 214177）

1 一汽锡柴国Ⅳ汽车发动机概述

1.1 锡柴国Ⅳ发动机的特点

1） 经过了严格的三高标定和用户道路试验， 能适应各种道路与气候条件。

2） 外形继承了相对应的国Ⅲ发动机的特点， 安装互换性好。

3） 全部采用四气门技术， 与生俱来的振动小、噪声低。

4） 四气门技术使得进气量足， 燃烧充分， 经济性与国Ⅲ相当。

5） 在原国Ⅲ发动机的基础上进一步强化， 可靠性更高， B10寿命对应国Ⅲ发动机延长10%以上。

6） 由于继承了国Ⅲ发动机的外形特点， 机械部分的通用性好。

7） 原发动机社会保有量大， 使用维修方便， 配件的可得性好。

8） 根据用户当地的油品情况， 可对发动机进行特殊的标定设置， 提高发动机的区域适应性。

1.2 实现国Ⅳ的技术措施

1） 实现国Ⅳ的技术措施之一——SCR

实现国Ⅳ的SCR只需开环控制， 其结构原理如图1所示。 技术方面特点： ①按欧Ⅲ标准的发动机设计；②需要高压燃油喷射系统； ③需要尿素计量系统。 实用方面特点： ①需要添加尿素基础设施； ②不需要很高的燃油品质； ③相对欧Ⅲ， 燃油消耗有所改进； ④SCR耐久性通常较好； ⑤SCR集成在消声器中。

2） 实现国Ⅳ的技术措施之二——EGR

实现国Ⅳ冷却的EGR结构原理如图2所示。 技术方面的特点： ①新发动机设计——EGR系统； ②由于EGR， 需要增加冷却系统容量； ③需要高压燃油喷射系统[180MPa （1800bar）]；④需要额外的进气量计量系统； ⑤需要适应高原性的开发。 实用方面的特点： ①需要含硫量低的燃油 （硫会腐蚀EGR冷却系统并使DPF催化器再生的活性降低）； ②燃油消耗量增加； ③要考虑发动机和DPF系统的可靠性； ④DPF集成在消声器中， 阶段性的清除积尘。

国Ⅳ技术路线比较如表1所示。

EGR与SCR两种技术的优缺点如表2所示。

表1 国Ⅳ技术路线比较

表2 EGR与SCR两种技术的优缺点

1.3 国产锡柴国Ⅳ产品平台

国产锡柴国Ⅳ产品平台如图3所示。

1） CA4DLD－13/15/17E4 （图4）

CA4DLD平台国Ⅳ柴油机作为4DF3系列柴油机的换代产品， 主要用于轻中型客车、 公交车、 轻中型载货汽车， 柴油机功率覆盖范围96～125 kW （130～170马力）。 总体布置与Cummins ISD相近， 喷油泵与空压泵、 ECU布置在进气侧。 其型谱如表3所示。

2） CA6DLD－18/20/22/24E4 （图5）

CA6DLD国Ⅳ柴油机作为6DF3系列柴油机的换代产品， 主要用于轻中型客车、 公交车、 中重型载货汽车， 柴油机功率覆盖范围132～176kW （180～240马力）。 为适应不同应用需求， 特别推出EGR系列和SCR系列供用户选择。 其型谱见表4。

表3 CA4DLD-13/15/17E4柴油机型谱

表4 CA6DLD-18/20/22/24E4柴油机型谱

3） CA6DL1－E4 （图6）

CA6DL平台国Ⅳ柴油机集中于大型客车、公交车、 中重型载货汽车的应用， 柴油机功率覆盖范围19 2 ～235 kW（260～320马力）。 为适应不同应用需求， 特别推出EGR系列和SCR系列供用户选择。 其EGR系列型谱见表5， SCR系列型谱见表6。

4） CA6DL2－E4 （见图6）

CA6DL2－E4 柴油机分EGR 平台 （CA6DL2EE4） 和SCR平台 （CA6DL2S－E4）， 为了保证柴油机在整车配套上的继承性， 两个平台的柴油机功率总体上延续了国Ⅲ定义。 CA6DL2E－E4系列EGR柴油机的型谱见表7。 CA6DL2S－E4系列SCR柴油机的型谱见表8。

5） CA6DF4－E4 （图7）

CA6DF4柴油机作为6DF3柴油机的低成本升级产品， 主要用于9～11m客车和轻、 中重型载货汽车的动力配套需求。 只采用SCR技术路线， 其型谱见表9。

6） CA6DM2－E4 （图8）

表5 CA6DL1E-E4系列EGR柴油机型谱

表6 CA6DL1S-E4系列SCR柴油机型谱

表7 CA6DL2E-E4系列EGR柴油机型谱

表8 CA6DL2S-E4系列SCR柴油机型谱

表9 CA6DF4系列SCR柴油机型谱

CA6DM2平台国Ⅳ柴油机集中于大型高级客车、公交车、 重型载货汽车的应用， 柴油机功率覆盖范围272～309kW （370～420马力）。 为适应不同应用需求， 特别推出EGR系列和SCR系列供用户选择， 其EGR系列的型谱见表10， SCR系列型谱见表11。

7） CA6DN1－E4 （见图8）

CA6DN1平台国Ⅳ柴油机集中于大型高级客车、公交车、 重型载货汽车的应用， 柴油机功率覆盖范围287～368kW （390～500马力）。 为适应不同应用需求， 特别推出SCR系列供用户选择， 其型谱见表12。

表10 CA6DM2E-E4系列EGR柴油机型谱

表11 CA6DM2S-E4系列SCR柴油机型谱

表12 CA6DN1S-E4系列SCR柴油机型谱

2 锡柴国Ⅳ整车电路原理

2010年中国 （长春） 国际汽车工程学会， 以“责任与挑战” 和 “汽车与可再生能源” 为主题， 再一次充分证明： 没有多赢的合作机制， 突破核心技术很困难。 而CA6121URD80公交客车的研制成功，正是从技术经济方面进行实践的成果。 其ECU电控、SCR后处理器电路原理图如图9所示。

2.1 整车线束相关的接口

以下示意图都是从入线端观测， 观测方法如图10所示。

1） 整车线束与ECU连接的插接件及端子如图11所示。 插接件件号为： Molex 34566-0803；端子号： 33467-0006； 防水塞：15356825。 各端子定义见表13。

表13 整车线束与ECU连接的各端子的定义

2） 整车线束与行驶用油门踏板连接的插接件及端子定义如图12所示。

整车线束上油门踏板上插接件应该与踏板端的端子排列一致。 油门踏板插接件件号为： AMP 174262-2； 端子件号： 171662-1； 防水塞件号：J00150011； 锁片件号： 174263-7。

3） 整车线束与诊断仪连接的插接件及端子定义如图13所示。

诊断接口插接件为标准OBDⅡ16针A类接口， 插接件为TYCO旗下AMP产品， 件号： AMP 179631；端子： 776001。

4） 整车线束与SCR线束连接的插接件如图14所示， 其端子定义见表14。

表14 整车线束与SCR线束连接的端子定义

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

5） 发动机制动的接口插接件及端子定义如图15所示。

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

6） 水位开关接口插接件及端子定义如图16所示。 接口插接件为TYCO 旗下AMP 件， 件号：282191-1； 防水塞： J0015 0017； 端子： 964286-2。

7） 怠速微调接口插接件及端子定义如图17所示。 接口插接件件号为： 8SQZ570-000。

8） PTO油门接口插接件及端子定义如图18所示。 PTO油门插接件件号为： AMP 174262-2； 端子件号： 171662-1； 防水塞件号： J00150011； 锁片件号： 174263-7； 插接件件号为： 8SQZ570-000。

2.2 电气要求

1） 指示灯 为额定功率大于1W的LED灯。 LED灯在外加正向电压时发光， 正向电流越大， 发光愈强。 LED灯使用温度一般在－40～85℃之间， 指示灯电气要求： 额定电压24 V， 最大驱动电流0.6 A。 发光二极管的简明示意图如图19所示。

2） 继电器 主要指起动继电器、 预热继电器、排气制动继电器这3种， 使用温度：－40～85 ℃。 起动继电器控制端电气要求： 额定电压24 V， 最大驱动电流0.7 A； 预热继电器控制端电气要求： 额定电压24 V， 最大驱动电流2 A； 排气制动继电器控制端电气要求 ： 额定电压24 V， 最大驱动电流0.7 A。

3） 对输入车速信号要求 车速信号应根据ECU的要求进行接入V14脚 （信号）， 另一端接ECU的搭铁， 信号为占空比50%的方波信号， V－High＞3.3 V,V－Low＜2.6 V， 频率大于3.3 Hz。

3 国Ⅳ柴油机电控系统

3.1 CA6DL1－E4， CA6DL1－E4R， CA6DL2－E4R系列柴油机电控系统

CA6DL1－E4、 CA6DL1－E4R、 CA6DL2－E4R 系列柴油机采用DENSO电控系统， 由ECU、 转速传感器、 辅助转速传感器、 油门踏板传感器、 共轨压力传感器、 水温传感器、 燃油温度传感器、 进气压力传感器、 进气温度传感器、 SCV阀、 机油压力传感器等组成。 图20为CA6DL1－E4系列柴油机电控系统简图, 图21为CA6DL1－E4R、 CA6DL2－E4R系列柴油机电控系统简图。

图22为柴油机ECU及各个传感器外形图， 为方便整车电气布置和电气线束设计， ECU直接安装在机体上。 转速传感器是磁电式传感器， 用于检测飞轮上均布的60－4个齿， 电信号传给ECU， ECU根据该信号计算出柴油机的转速。 辅助转速(G) 传感器为磁阻型， 安装在凸轮轴端， 用于判断柴油机各缸压缩上止点。 进气温度传感器安装在缸盖进气管上，用以测量进气温度， 将温度的模拟电压信号传送给ECU。 轨压传感器安装在高压共轨上， 检测柴油机供油系统燃油共轨中燃油压力， 该传感器与高压共轨在出厂时进行泄露检测， 用户不可拆卸。 进气压力传感器装在缸盖上， 用连接管与进气管连接， 用以测量进气管中进气的绝对压力。

水温传感器安装在柴油机节温器罩壳上。 燃油温度传感器安装在柴油机供油系统的回油管中， 检测柴油机供油系统的回油温度。 机油压力传感器安装在机油冷却器后的主油道中， 检测柴油机的机油压力。 ECU根据机油压力高低采取控制措施保护柴油机， 并通过仪表指示灯报警。 环境温度传感器是检测柴油机周围环境大气的温度， 作为SCR后处理系统进行NOx排放控制的基本参数。 节气门是EGR柴油机的重要部件， 它是一个内部带闭环控制的智能执行碟阀， 用来调节节气门开度。 在不通电和故障状态， 节气门处于全开状态。 EGR阀装在EGR冷却器下游， 通过CAN线与ECU连接。 该EGR阀同时采用双提升阀的结构， 可以满足大废气流量与大废气压差的运行情况。 MAF传感器为热线式， 必须装在空气滤清器和增压器之前的管路中。 DPS传感器用于检测颗粒后处理器 （POC） 两端的压差。

CA6DL1－E4， CA6DL1－E4R， CA6DL2－E4R 系列柴油机的ECU在柴油机上的安装位置如图23所示。ECU为柴油机电子控制单元， 安装在柴油机机体上，应防止持续压力喷水， ECU采用尘密设计， 并且应避开整车蓄电池， 以防止干扰。

ECU的工作环境要求： 环境温度－30～105 ℃； 不能使用持续压力喷水； 防水等级IP6K9K。 技术条件： 额定电压24 V （DC）； 使用电压16～32 V （DC）；工作电压9～32 V （DC）； 使用温度－30～+120 ℃； 储存温度－40～+125 ℃。

3.2 CA6DL1B－E4， CA6DL2－E4系列柴油机电控系统

CA6DL1B－E4， CA6DL2－E4 系列柴油机采用BOSCH的EDC17CV44电控系统， 由ECU、 转速传感器、 辅助转速传感器、 油门踏板传感器、 共轨压力传感器、 水温传感器、 进气压力传感器、 进气温度传感器、 油量计量单元、 机油压力传感器等组成。 其中ECU为集成式ECU， 集成了DeNOX2.2的控制功能。

CA6DL2－E4系列柴油机燃油系统简图如图24所示。 CA6DL1－E4， CA6DL2－E4系列柴油机SCR后处理系统简图如图25所示， 它们的控制单元为集成式单元。 从燃油系统来看， 燃油喷射量和轨压控制策略与国Ⅲ系统基本一致。 SCR后处理控制为新增加的控制功能， 电气部分功能集成在ECU整车端， 其主要功能有尿素泵控制 （尿素泵接口）、 喷射阀控制（尿素喷嘴）、 检测尿素液位温度 （尿素液位温度传感器）、 尿素管加热 （尿素管加热阀）、 检测NOX含量（NOX传感器）、 检测排气温度 （排温传感器）、 检测环境温度 （环境温度传感器） 等。

CA6DL1B－E4， CA6DL2－E4系列柴油机的ECU在柴油机上的安装位置如图26所示。

ECU的工作环境要求： 环境温度－40～85 ℃； 不能使用持续压力喷水； 防水等级IP6K9K。 技术条件： 额定电压24 V （DC）； 使用电压16～32 V （DC）；工作电压16～32 V （DC）； 使用温度－40～+85 ℃； 储存温度－40～+85 ℃。

3.3 电气线路

柴油机电气线束是柴油机电控系统的信息和功率驱动传递的纽带， 按功能分为柴油机线束、 喷油器线束和整车线束。 喷油器线束安装在缸盖内， 连接柴油机线束和各缸的喷油器； 柴油机线束布置在柴油机上， 连接各传感器、 执行器以及喷油器线束和整车线束； 整车线束与ECU连接。

整车线束连接柴油机线束和整车上各传感器、继电器和开关等电气部件。 图27 是CA6DL1-E4、CA6DL1-E4R、 CA6DL2-E4R柴油机电气线束连接原理图， 其中整车线束部分仅给出了整车线束与ECU的连接要求。

图28是CA6DL1-E4后处理系统电器线束连接原理图， 其中整车线束部分仅给出了整车线束与DCU的连接要求。

图29是CA6DL1B-E4和CA6DL2-E4柴油机电气线束连接原理图， 其中整车线束部分仅给出了整车线束与ECU的连接要求。

3.4 电控保护功能

1） 起动保护 以柴油机的冷却水温表示环境状态和机器本身的状态， 以柴油机的转速信号表征起动控制的进程： 在判缸成功并且柴油机转速超过设定的最低转速后， ECU根据转速和冷却水温按照起动油量脉谱输出喷油量。 若在标定时间内转速未能超过起动成功标志转速， 则ECU强行切断喷油， 以保护柴油机。

2） 一般故障保护 当在各种传感器输入信号（如油门踏板信号、 冷却水温信号） 故障或异常的情况下， 采用跛行回家控制策略替代正常的驾驶员油门指令， 使柴油机降功率继续运行， 从而可以将车辆开到维修站修理。 这是保证车辆不至半路抛锚的一种失效保护措施。

3） 过热保护 当冷却液温度水温、 机油温度、进气温度过高时， ECU会进入过热保护功能， 限制柴油机功率。

4） 机油压力保护 当柴油机检测到机油压力过高或过低时， ECU会进入保护功能， 限制柴油机转速或功率， 并发出报警信号， 提示用户需要到就近服务站进行维修。

5） OBD故障保护 从柴油机的运行状况随时监控汽车是否尾气超标。 一旦超标， 会马上发出报警，当系统出现故障时， 故障 (MIL) 灯或柴油机检查(Check Engine) 报警灯亮。 同时电子控制单元ECU将故障信息存入存储器， 根据不同的故障， ECU会限制扭矩， 或者在出现大故障时强制停机， 以保护柴油机及其电控系统。

6） 硬件电路保护 ECU的电源端是通过一个20A的双金属片式熔断丝接入的， 如果柴油机电控系统出现异常， 导致电流突然增大， 熔断丝会切断给ECU的供电， 以保护整个电控系统。 同时ECU整个电路通过设计保护电路限制输入信号的过高， 避免对ECU造成损害。

3.5 CAN网络

从国Ⅳ开始， 我公司的所有电控柴油机将CAN作为标准配置， CAN通信协议遵照标准SAE-J1939定义， 通信速率为250 kb/s， 柴油机ECU可以直接和变速器(T/M)、 ABS/ASR、 智能仪表 （CAN Meter） 和记录仪等相连； 为了简化整车电气系统设计并适应整车网络化管理需要， ECU将柴油机状态信息， 如机油压力、 柴油机转速、 水温、 油门位置等作为标准信息通过CAN网络提供给CAN节点， 可方便地在汽车智能仪表上显示。

3.5.1 柴油机与整车CAN网络的连接

图30是CA6DL1-E4、 CA6DL1-E4R、 CA6DL2-E4R系列柴油机采用DENSO燃油系统的CAN网络连接示意图。 该系列柴油机采用分布式网络管理方式，有利于柴油机技术的升级。

CA6DL1-E4系列柴油机采用电控SCR技术， 燃油系统ECU作为柴油机和SCR后处理系统的DCU， 通过CAN网络交换柴油机状态控制信息， 并将后处理状态信息和OBD 管理信息通过CAN 网络发布。CA6DL1-E4R、 CA6DL2-E4R系列柴油机采用电控高压EGR冷却技术， 电控EGR阀通过CAN网络与ECU连接， 接收ECU的控制并反馈ECU实时EGR阀状态和诊断信息。

在CAN总线中， 每个节点的地址都是惟一的， 避免多个节点使用同一个标识符，根据J1939协议定义了常用的节点的地址，见表15。

图31是CA6DL1BE4、 CA6DL2-E4 系列柴油机采用BOSCH燃油系统的CAN网络连接示意图，该系列柴油机通过采用新一代ECU， 燃油系统的喷射管理控制和SCR后处理器系统的喷射控制统一在一个ECU内部完成， 简化了外围电气线路的连结，提高了系统的可靠性和抗干扰能力。

表15 CAN通信ID地址分配

3.5.2 车用CAN仪表诊断

车用CAN仪表如图32所示。 如有故障， 则故障自动出现， 在显示屏中显示； 如故障过多， 可按上下页进行显示。 显示屏放大如图33所示。

（待续， 本文分2期连载）