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电控柴油机线束设计

发表时间:2018-03-22  来源: 动力云平台
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℃。