详解宝马车系N20发动机燃油喷射系统

    一、燃油供给系统
    1．概述
    在系统燃油泵电子调节中，将根据需要控制电动燃油泵。DME控制单元或DDE控制单元将计算出发动机在相应时刻所需的燃油量。所需的总量（燃油）被作为信息，经CAN总线发送至燃油泵控制系统（EKPS）。燃油泵控制系统（EKPS）将调节电动燃油泵的功率，令电动燃油泵准确输送所需的燃油量。在常规系统中，电动燃油泵是以可提供的最大车载网络电压，恒定地以最高转速运行。在每一种运行状态下，均提供所可能需要的最大燃油量。燃油泵电子调节系统优化了燃油供应装置，并降低了耗油量。汽油发动机和柴油发动机分别有各自的燃油泵电子调节系统。


    2．系统功能
    燃油泵电子调节系统包括下列功能：燃油按需输送；燃油低压系统诊断；当在CAN-Bus通信出现问题时紧急运行（完全控制电动燃油泵）；电动燃油泵和高压泵（柴油发动机）的冷却和润滑。
    3．控制单元型号
    利用燃油泵控制系统（EKPS），可以运行不同的燃油泵。为此，有以下2种控制单元型号：直流电型号（DC）、交流电型号（EC）。
    在直流电型号中，燃油泵是通过带有永久磁铁的直流电机进行驱动的。在交流电型号中，燃油泵是通过带有永久磁铁的无碳刷三相电机进行驱动的。通过相应的设码，可以运行配备相应控制单元型号的不同燃油泵。这两种控制单元型号在外观上的区别在于其插头颜色：直流电型号的插头为波尔多红色，交流电型号的插头为白色。燃油泵控制系统（EKPS）始终连接在总线端K1. 30g_z（BN2000）或总线端K1. 30B（BN2010）
上，在未激活状态下只需要很小的休眠电流。
    4．调节方式
    为确保燃油供应装置，发动机控制通过CAN总线将一条含有需求要求的信息发往燃油泵控制系统EKPS。根据不同的燃油泵调节方式，该信息或者将描述额定输送量（转速调节），或者描述脉冲宽度调制规定（压力调节）。在转速调节中，发动机控制通过CAN总线发送一条带有燃油量需求要求的信息（单位：L/h）。该数值将在EKPS内根据一条特性线换算为额定转速并进行调节至该值。压力调节是采用电压调节。通过至高压泵的供给管路内的实际压力与额定压力的比较，发动机控制将经过CAN总线发送一个请求信号至EKPS。EKPS将这个请求信号换算成标准电压。该标准电压将在考虑了实际加在总线端K1. 30上的电压的情况下，转换为脉冲负载参数（脉冲宽度调制）并调节至该值。

    二、电动燃油泵控制（EKPS）
    1．概述
    对于燃油泵控制，有2种控制单元型号。控制单元的型号取决于燃油泵的结构类型。电动燃油泵可以作为带永久磁铁的直流电机控制，也可以作为带永久磁铁的无刷三相电机控制。在三相电机上，EKPS控制单元需要多个驱动程序，在直流电机上只需要一个驱动程序。通过更改设码，例如特性线、调节或诊断方式，可以驱动具有一种控制单元型号的不同电动燃油泵。
    2．功能描述
    EKPS控制单元通过PT-CAN霍尔PT-CAN2连接（取决于车型系列）。发动机控制单元会根据驾驶员期望和发动机的运行状态，计算各时间点所需要的燃油量。需要的总燃油量作为信息通过总线被发送至电动燃油泵控制（EKPS）的控制单元。控制单元将该信息转换成一个按脉冲宽度调制的输出电压。为此将在控制单元中存储燃油需要量的特性曲线。根据特定的发动机和型号对特性曲线进行设码。具有以下2种调节方式。
   （1）转速调节（负荷）
    控制单元利用一个按脉冲宽度调制的输出电压（PWM信号）调节电动燃油泵的转速，以此实现按需供应。将对电动燃油泵的转速进行如下分析：燃油泵上自调整的电流显示为特定的纹波。纹波对应的是换向器的段数（相当于电机电枢绕组的数量）。每转的电流脉冲与段数相同。由此计算出燃油泵的当前转速。
   （2）压力调节
    发动机控制装置通过燃油低压传感器分析发动机进油管路中的压力。通过压力的标准与实际值比较，发动机控制向电动燃油泵控制控制单元发送一个请求信号，此信号对应于电动燃油泵的一个规定电压。电动燃油泵控制控制单元根据现有车载网络电压更改脉冲宽度调制，从而调节用于燃油泵的输出电压。于是用于建立燃油压力的燃油泵功率，正好与燃油低压系统的需要一样大。
    EKPS如图1所示。

    3.结构及内部连接
    电动燃油泵控制控制单元有2个插头连接，一个用于连接到主电线束上（大插头），另一个用于连接电动燃油泵（小插头）。为了避免安装错误型号的控制单元，对较小插头进行不同的设码。插头和控制单元上的插座的设码也能通过不同的颜色识别。较大插头每次的设码都相同。控制单元是PT-CAN或PT-CAN2上与总线相连的控制单元。EKPS控制单元通过后部分电器利用总线端Kl. 30B供电。控制单元由便捷进入及启动系统（CAS）或前部车身电子模块（FEM）通过唤醒导线（总线端Kl. 15唤醒导线）唤醒。为进行过热保护，将温度传感器（数量取决于控制单元型号）置于功率半导体附近区域内，如图2所示。
    4．标准值
    电动燃油泵控制（EKPS）控制单元的标准值见表1。

    5．诊断提示—部件失灵
    与电动燃油泵（EKPS）控制单元的通信失灵时，进行标准检测（整体测试模块）。存在某个控制单元内部故障时，预计将出现以下情况：电动燃油泵（EKPS）控制单元中出现故障代码存储记录。
    与发动机控制单元的通信缺失或有错误时，电动燃油泵控制单元切换到紧急运行。电动燃油泵受控以全部功率运转。

    三、燃油低压传感器
    1．概述
    燃油低压传感器用螺栓连接在两个高压泵之间的燃油供油管中，利用燃油低压传感器测量供给管路中的燃油压力。燃油由电动燃油泵按需输送。燃油低压传感器用总电动燃油泵控制系统（EKPS）。由发动机控制系统分析模拟输出信号。
    2．功能描述
    采用应变仪进行压力测量。施加压力时，传感器中装有应变仪的金属膜会发生变形。应变仪的电阻变化将通过一个测量电桥，以电子方式进行记录并分析。然后，测量的电压作为实际值输入电动燃油泵控制系统。
    3．结构及内部连接
    燃油低压传感器通过一个3芯插头连接进行连接，该传感器由发动机控制系统提供5V的电压，如图3所示。

    4．特性线及标准值
    燃油压力的信息将通过一条信号线传输给发动机控制装置。燃油压力的有效信号根据压力变化而波动。测量范围为0.5～4. 5 V，对应于0. 1 MPa（1 bar）至1. 1MPa（11 bar）的燃油压力，如图4所示。

    燃油低压传感器的标准值见表2。

    5．诊断提示—部件失灵
    燃油低压传感器失灵时、，预计将出现下列情况：在发动机控制单元记录故障代码；以替代值紧急运行。
一旦点火开关打开，则开始诊断燃油低压传感器，然后每100ms诊断连续运行一次。

    四、高压喷射系统概述
    N20发动机采用了N55发动机引入的高压喷射装置HDE，它与高精度喷射系统HPI的不同之处在于使用了多孔喷嘴式电磁阀喷射器。现在采用Bosch高压喷射阀HDEV5. 2、N20发动机有一个创新之处是由共轨至喷射器的高压管路在共轨侧不再采用螺栓连接方式而是采用了焊接方式。另一个与BMW传统系统不同的特点是取消了燃油低压传感器。现在使用已在N43、N63和N74发动机上为大家所熟知的Bosch高压泵。它是一个单活塞泵由排气凸轮轴通过一个三段凸轮进行驱动，已在4缸、8缸和12缸发动机上广泛使用。
    图5概览展示了N20发动机的燃油混合气制备装置，它与BMW其他直喷系统基本相同。

    五、量控阀和高压泵
    1．概述
    燃油通过供油口在燃油泵所产生的预压力作用下输送到高压泵。然后燃油被通过量控阀导入泵部件的燃油腔内。同时活塞使燃油处于压力下并将其输送到高压接口。高压泵用螺栓拧紧在真空泵的后端上。高压泵的驱动轴与真空泵的驱动轴相连。
    2．功能描述
    只要发动机运转，就会通过三段式凸轮使活塞持久往复运动。只要新燃油通过量控阀输送到高压泵内，就会始终处于压力下。量控阀由发动机控制系统控制，它决定输送的燃油量。压力调节通过量控阀进行，方法是泵部件沿燃油进油方向打开或关闭量控阀。燃油在吸气冲程时通过打开的量控阀吸入，在压缩冲程时重新输送回进油管路，直到量控阀关闭。关闭时刻首先开始真正的输送行程并确定燃油量，这些燃油然后通过止回阀抽送到高压管路中。量控阀控制油轨中的燃油压力。此外通过限压阀还能够降低油轨中的压力。此时燃油被从高压系统输送回泵部件内，如图6所示。

    量控阀的标准值见表3。

    3．诊断提示—部件失灵
    量控阀失灵时会出现下列情况：在发动机控制单元记录故障代码；以替代值紧急运行。
    如果在量控阀关闭状态下机械失灵，则发动机不再能运行。

    六、油轨压力传感器
    1．概述
    油轨压力传感器旋入燃油分配器（油轨）的末端中，此传感器向发动机控制提供高压泵后的燃油压力。油轨压力传感器用于油轨压力控制，油轨压力传感器的信号是发动机控制系统用来控制量控阀的一个重要输入信号。量控阀是高压泵的一个部件。
    2．功能描述
    采用应变仪进行压力测量。施加压力时，传感器中装有应变仪的金属膜会发生变形。应变仪的电阻变化将通过一个测量电桥以电子方式进行记录并分析。然后，测得的电压作为实际值输入油轨压力控制中，如图7所示。

    3．结构及内部连接
油轨压力传感器通过一个3芯插头连接进行连接，该传感器由发动机控制系统提供5V的电压，如图8所示。

    4．特性线及标准值
    油轨压力的信息通过一条信号线传输到发动机控制。油轨压力的有效信号根据汪力变化而波动。测量范围0.5-4.5V、对应于0kPa（ 0bar）至25MPa（ 250bar）的油轨压力，如图9。

    油轨压力传感器的标准值见表4。

    5．诊断提示—部件失灵
    油轨压力传感器失灵时，预计将出现以下情况：在发动机控制单元记录故障代码；以替代值紧急运行。
    一旦点火开关打开，油轨压力传感器的诊断就开始。然后每100ms诊断连续运行一次。

    七、喷射装置
    1．概述
    喷射装置通过高压将燃油喷入燃烧室，喷射装置向内打开喷射针阀的顶尖，环状间隙决定直接喷射系统的射流形状，并保证其均匀地呈锥形扩一散，喷射装置是一个向内部打开的多孔阀门，其喷射角度和喷射形式具有多样性。与HPI发动机向外敞开的压电喷射器不同，Bosch电磁阀喷射器HDEV5. 2是一个向内敞开的多孔阀，而且HDEV5. 2的喷射角度和喷射形状可变性较高，适用于最高200bar的系统压力。该喷射器已在N55发动机上应用，其工作原理与N14和N73发动机所用喷射器相同。电磁式喷射装置如图10所示。电磁线圈通电时会产生磁场。磁场使喷嘴针克服弹簧力从阀座上抬起并打开喷射器排油孔。共轨内的高压通过排油孔将燃油高速压入汽缸内。通过切断供电结束喷射此时在弹簧力作用下将喷嘴针压入阀座内。

    2．功能描述
    向内部打开的喷射装置可以进行高压喷射。因为只有这样才能保证，即使受燃烧室内压力和温度的影响，也可以保持喷射的燃油锥体稳定。在进气行程过程中通过高压（根据操作点的不同在50～150bar）将燃油喷射进燃烧室中。在暖机阶段还会继续喷入少量燃油，以便更快达到废气触媒转换器的工作温度（废气触媒转换器加热装置）。按照运行情况所必要的燃油量通过喷油嘴喷射到燃烧室中。这个量可以通过3个调节参数影响到：油轨压力、喷射装置打开时间、喷射装置开启行程。
    打开时间和打开行程通过发动机控制规定。打开时间通过喷射信号（喷油时间信号）控制。开启行程通过喷射装置控制装置中的能量进行控制。
    3．结构及内部连接
    与以前所用喷射器不同，N55和N20发动机的电磁阀喷射器根据汽缸盖结构采用了较长且相对敏感的喷射器杆。喷射器杆外部采用塑料制成，内部使用一根金属管作为燃油管路。电磁阀喷射器杆只能承受一定的拉力和扭矩。拆卸和安装喷射器时必须按照维修说明中的特殊工作步骤进行，否则可能造成喷射器损坏。
    喷射装置的控制通过一个65V的末级进行，喷射装置通过一个2芯插头与发动机控制单元连接，如图11所示。

    4．控制和标准值
    喷射装置由发动机控制单元进行控制。
     控制分为4个阶段：打开阶段、启动阶段、保持阶段、关闭阶段，如图12所示。

    喷射装置的标准值见表5。

    5．诊断提示—部件失灵
    喷射装置失灵时的反应如下：在发动机控制单元记录故障代码；汽缸断火；组合仪表中排放警示灯亮起。
进行更换时注意对喷油嘴油量匹配的服务功能。
 

来源:网络