Ice_XIAO 发表于 2018-8-13 12:22:11

电控柴油机线束设计

发表时间:2018-03-22来源: 互联网
关键字: 线束设计 设计要点 选取原则
本文提出了导线、连接器、接线端子、波纹管等关键部件的选取原则,给出了典型的设计参数,并介绍了线束制作工艺及优化布置等在线束设计中的具体应用。
1 前言    电子控制技术可以改善常规机械喷油泵的延迟特性,大大增加控制的实时性,同时还可以提高控制精度,使柴油机的性能和排放得到提高和优化。一般来说,柴油机电控系统包括电控单元ECU、传感器、执行器和线束等,其中线束质量对整个控制系统的性能有着重要的作用。本文结合产品开发,对线束设计的原则和要点进行阐述。    2 电控系统线束的作用    柴油机电控系统线束是电源和各种信号的载体,是控制单元ECU与车辆及发动机进行信息交换和控制的桥梁。线束的主要功能如下。    a.将传感器、开关等采集到的车辆和发动机运行状态信号,如温度、压力、转速等电信号传递到ECU。    b.将ECU根据输入信息进行判断、分析、计算和处理转换成的控制指令输送到执行器。    c.将蓄电池电能提供给发动机控制系统。    电控柴油机线束一般包括主线束和分支线束。一条柴油机主线束有多条分支线束,线束的基本组成有:连接器、端子、导线、胶带、保护套管、紧固件、多通接头、继电器及熔断器等。    3 线束关键部件的选取    3.1 导线选取    柴油机线束中的各种导线应耐腐蚀、耐高温、不易燃烧、柔软、强度高、电阻小、保证承载最大允许载荷。导线的截面主要根据用电设备的工作电流进行选择。一般来说,导线的最大允许电流(A)=截面(mm2)x10+5。如某电控柴油机喷油器电磁阀的驱动导线传导电阻大于1.3Ω(20℃)将会导致驱动波形不正常,小于0.25Ω可保证压降和接触电阻在安全工作范围,因此可选用合适的导线规格。ECU电源线要求采用能承受足够大电流的导线以避免产生太大的压降(如发动机在-40℃时起动),推荐采用导线电阻为50Ω(正负每根25mΩ)、标称截面积2.5-4mm2的导线。但是对功率很小的电器,仅从工作电流的大小来选择导线,将导致其截面太小,机械强度差,易于折断,因此线束中所用的导线截面最好不小于0.5mm2。    导线的颜色分为单色和双色,其用途也有规定,一般是发动机厂自定的标准。我国行业标准只是规定主色,例如规定单黑色专用于搭铁线,单红色用于电源线,不可混淆。    为了方便检修,应根据惯例采用不同颜色的导线,如电源线采用红色导线,地线采用黑色导线,其他信号线采用双色线。在线束设计和制作中一般要求导线颜色具有唯一性,这样有利于辨别和维护。    3.2 连接器选取    连接器是线束中最为关键的部件,也是线束中成本最高的零部件。连接器一般由接插件、接线端子、防水塞等组成。    柴油机用接插件要有良好的耐油、耐腐蚀、耐高温和防水性能,在选用接插件材料时必须满足以上要求。典型的材料有复合材料PA66 30%GF或PBT30%GF,即聚己二酸己二胺(尼龙66)+30%的阻燃玻璃纤维或聚对苯二甲酸丁二脂+30%的阻燃玻璃纤维。在聚合物基体中加入纤维可获得高强度、高模量的复合材料,具有优良的热稳定性、尺寸稳定性和低的热膨胀系数等,可在-40~150。C的环境下工作。    接插件必须具备易拔插和防松功能。插合的一对连接器接插件通常也为伸出的接触件提供精确的定位、对中和保护,同时还具有防水、锁紧固定的功能。    接插件必须具有良好的绝缘性能。接插件的作用是使接触件保持正确的位置固定、排列,并使端子与端子之间、端子与接插件之间相互绝缘。特别是随着高密度、小型化接插件的广泛采用,有些插针间距接近lmm甚至达0.5mm。(如ECU接插件),这对接插件材料、注塑模具精确度和成型工艺等提出了更高的要求。如接插件表面或内部存在金属多余物、尘埃、焊剂以及长霉、绝缘材料老化等缺陷,都会出现短路、漏电、击穿、绝缘电阻降低等不良现象。    接线端子将来自连接器的电压或电流信号传递到与其相对应的元器件上。接线端子需具备优良的结构、稳定可靠的接触保持力和良好的导电性能。接线端子结构设计不合理、材料选用不当、机械加工尺寸超差、表面粗糙,热处理、胶接及表面处理等工艺不合理、储存使用环境恶劣和操作使用不当等原因,都会使连接器接触不良。    为了减小接触电阻和提高可靠性,接线端子表面均有涂层,而且相互接触的端子(阴、阳)采用相同的材料和镀层。涂层应质量好、使用寿命长、接触可靠、安全。否则由于腐蚀造成接触电阻增大,会增加线路的功率消耗,增大控制器电路的负荷,使信号产生变形、失真,严重时会导致错误信号,使控制系统无法正常工作。    线束连接器选用不当或使用时间超长,会出现接触不良、脱落、腐蚀等问题,尤其易发生在振动的地方。使用接插件连接应注意:能采用少量多芯插头时,绝不采用大量单芯插头;为防止连接松动,尽量采用自锁式结构,不用金属丝系结;必须定期维护、检查,发现异常及时更换;选用质量好的产品,如安普(AMP)或TYCO、安费洛(AMPHENOL)、德国HARTING、德国宾德(BINDER)、德国赫斯曼(HIRSCHMANN)等产品。目前国内也在开发相关产品。    3.3 线束外部材料的选取    线束外部材料包括胶带、保护套管、紧固件、线束分支部件等。他们的主要作用是保护线束,确保线束的正常工作。    柴油机线束用的胶带必须采用防油、耐温产品,禁止使用一般的电工绝缘胶带。    保护套管主要有热缩管和波纹管。其中热缩管主要用于导线连接、焊点保护、电线端部及电子器件防护和绝缘,热缩管要选用柔软、阻燃、收缩快、性能稳定和耐磨的产品。使用环境温度:一55~150℃,完全收缩温度不超过1l5℃。波纹管应耐温、耐磨、耐腐蚀和具有一定的强度,在承受高温、振动及撞击后,可保证线束正常工作而不损坏。如果工作环境温度超过120。C,必须采用聚四氟乙烯(FE)、氟化乙丙烯(FEP)材料(工作环境温度一65。C~200。C)制作的线束。聚四氟乙烯波纹管最大特点是具有较大的绕曲性和弯曲性,其最小弯曲半径随管材直径增大而增长,但它不具有伸缩性。波纹管用于减小发动机振动导致的线束磨损时,一般选用Schlemmer和Sofanou的产品。    线束分支处一般采用三通接头(90°或30°等),这样可以使线束分支顺畅,不易磨损或拉断。    线束的其他外部材料如紧固件、卡环、绊钉等要选用具有足够强度和热稳定性的材料。4 柴油机线束设计要点    4.1 电磁兼容(EMC)和电磁干扰(EMI)设计    a.发动机转速传感器线束和凸轮位置传感器线束要采用双绞线、屏蔽线,布局要合理,采用的双绞线一般为33个螺旋/m;    b.对于发动机上的线束,最好将传感器和执行器、电源(高压、高频、PWM)的导线分开,以避免干扰;    c.重要的传感器采用单独的回路和电源:    d.ECU预留的接线端子不要接线,以避免天线效应;    e.布置线束应尽可能远离发电机、起动机等部件和其他干扰源;    f.应使线束的环境温度在允许范围内,否则可能引起信号传输畸变;    g.ECU的地线接头应保持干净,与机体保持良好接触,以将EMC降到最低。    4.2 高温保护设计    a.选用符合耐温等级的导线、波纹管和连接器等部件;    b.尽可能使线束远离EGR、排气管和涡轮增压器等,必要时采用特殊的耐高温导线。    4.3 导线连接线束连接应采用压接方式,以保证导线与接线端子的牢固连接。    4.4 线束的布置和固定    a.线束的布置应结合发动机的结构进行合理的优化,如根据不同对象进行分类,合理分支;    b.应用卡簧或绊钉固定线束,以免松动磨坏;    c.不可将线束拉得过紧,尤其在拐弯处更要注意,在绕过锐角或穿过金属孔时,应采用橡皮或套管保护。    4.5 电器的连接    连接电器时,应根据插接件的规格以及导线或接头处套管的颜色区分,分别接于电器上,若不易辨别导线的头尾时,可采用试灯区分,最好不用刮火法。    4.6 线束的长度    应根据连接部件之间的距离尽量缩短线束的长度,以保证压降符合设计要求。    4.7 线束的安装    所有的线束均应装有防水塞;如果接插件端子悬空,则需要安装盲堵。    4.8 简明线路图的设计    用简明的图形符号按电路原理将每个系统由上到下合理地连接起来,再将每个系统排列起来形成线路图,这种高度简化、图面清晰、电路简单明了的图纸通俗易懂,电路连接控制关系清楚,对迅速分析并排除电气设备的故障十分有利。    4.9 其他部件的设计    a.ECU继电器主要用于当钥匙开关处于“OFF”时将ECU与蓄电池断开,所有ECU的电源与负载的连接都要用继电器,所有采用PWM控制的线路都要接在继电器的下游以避免二极管惯性产生的反馈电流。如果控制器ECU内部没有电源反接保护连接电路,则需要采用带有内部反向保护的特殊的继电器;    b.线束中各种回路均应采用标准的汽车用片式熔断器,如5A、l5A、30A等。    5 结束语    在设计制作电控柴油机的线束时,要根据系统零部件的规格和柴油机的工作环境等选择质量优良、满足使用要求的线束组件,合理布局,从而提高线束的可靠性、安全性和使用寿命,保证电控柴油机正常工作。

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