寶馬車系診斷設備及電控發(fā)動機的重點組成部件

周曉飛，陳曉霞

（1.石家莊創(chuàng)業(yè)汽車技術研究中心，河北 石家莊 050031；2.張家口北方機電工業(yè)學校，河北 張家口 075000）

1 寶馬專用故障診斷設備

寶馬專用故障診斷設備如圖1、2所示。圖1是維修診斷設備網(wǎng)絡，圖2是維修診斷系統(tǒng)設備。

1.1 綜合通信光學模塊

綜合通信光學模塊是車輛的訪問接口，由ICOM A、ICOM B和ICOM C組成。ICOM A連接診斷插座；ICOM B連接MOST存取接口；ICOM C連接圓形診斷插座。ICOM C示意圖如圖3所示。

ICOM B和ICOM C主要與ICOM A一起使用。通過ICOM A可以連接到維修車間網(wǎng)絡或直接接到綜合服務信息服務器上。ICOM C是將ICOM A與老款車型 （E30以后）圓形診斷插座連接的適配器。在圓形診斷插座連接器中裝有一個微處理器，它負責把從車輛讀取出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ICOM A的數(shù)據(jù)格式。車輛上ICOM A與ICOM B的連接情況如圖4所示，ICOM A和ICOM C的連接情況如圖5所示。

1.2 綜合服務信息顯示屏

該顯示屏是一個帶有功能擴展底座的移動式操作設備，用于顯示信息以及新維修車間系統(tǒng)內(nèi)診斷、測量和修理工作的操作。因此，綜合服務信息顯示屏是維修車間主要的操作工具。

在不連接維修車間網(wǎng)絡的情況下，可以在有限時間內(nèi)對綜合服務信息顯示屏進行操作，這種運行方式稱為離線模式。為了便于實現(xiàn)將來的應用功能，綜合服務信息顯示屏配備了其它接口和組件，例如藍牙、USB、攝像機以及音頻輸入和輸出端口。

1.3 綜合測量接口盒

綜合測量接口盒的測量設備和測量接口如圖6所示。綜合測量接口盒在車輛中的使用情況如圖7所示。

在診斷過程中進行測量時，通過綜合測量接口盒獲得的測量結(jié)果會自動納入到診斷工作中，進而影響后面的診斷步驟。綜合測量接口盒除應用于診斷過程外，還作為獨立便攜式數(shù)字萬用表使用。測量值顯示在顯示屏上。電壓、電流、壓力和電阻均可測量。只有通過診斷，即通過綜合服務技術應用流程，才能測量溫度和頻率。通過綜合服務技術應用控制綜合測量接口盒時，顯示屏上不會顯示任何測量值，測量結(jié)果在綜合服務技術應用的 “測量設備”菜單項下顯示。

注冊和配置 （例如顯示屏的語言設置）通過維修車間系統(tǒng)管理進行，所需要的軟件更新也通過維修車間系統(tǒng)管理來控制，而且會根據(jù)需要自動更新。

2 發(fā)動機管理系統(tǒng)

2.1 發(fā)動機控制單元

寶馬N55發(fā)動機使用Bosch公司的MEVD17.2發(fā)動機管理系統(tǒng)，以該管理系統(tǒng)為例來介紹發(fā)動機控制單元。MEVD17.2集成在進氣裝置內(nèi)，由進氣進行冷卻。它可利用flexray總線工作且直接為傳感器和執(zhí)行機構供電。DME（Distance Motronic Engine，發(fā)動機控制單元）殼體上側(cè)也是進氣裝置的部件。進氣管范圍內(nèi)的殼體上有一個凸起輪廓，從而確保進氣裝置內(nèi)空氣以最佳方式通過。處于插接狀態(tài)時，導線束與DME之間的插接連接件可防水。MEVD17.2發(fā)動機管理系統(tǒng)如圖8所示。

2.2 燃油供給系統(tǒng)

2.2.1 控制原理

燃油供給系統(tǒng)的控制原理圖如圖9所示。燃油壓力傳感器根據(jù)燃油泵與高壓泵之間的系統(tǒng)壓力，將一個電壓信號輸出給發(fā)動機控制單元DME，燃油壓力傳感器測量高壓泵前的系統(tǒng)壓力 （燃油壓力），控制單元DME不斷比較規(guī)定壓力與實際壓力。規(guī)定壓力與實際壓力出現(xiàn)偏差時，發(fā)動機控制單元提高或降低電動燃油泵的電壓，該電壓以總線信息形式通過PT-CAN發(fā)送給電動燃油泵EKP控制單元。

EKP控制單元將該信息轉(zhuǎn)換為用于電動燃油泵的輸出電壓，借此調(diào)節(jié)發(fā)動機 （或高壓泵）所需的供給壓力。信號失靈時 （燃油壓力傳感器），在總線端15接通的情況下預先控制電動燃油泵運行；CAN總線失靈時，EKP控制單元以車載網(wǎng)絡電壓驅(qū)動電動燃油泵。高壓泵將燃油壓力提高到5 MPa或20MPa。燃油通過高壓管路到達共軌處，并暫時存儲在共軌內(nèi)，且分布在噴射器上。

輸送量調(diào)節(jié)，共軌壓力傳感器測量共軌內(nèi)的當前燃油壓力。高壓泵內(nèi)的燃油量控制閥開啟時，所輸送的剩余燃油再次進入高壓泵內(nèi)的供給通道。高壓泵失靈時，車輛行駛可能受到限制。

燃油量控制閥控制共軌內(nèi)的燃油壓力。發(fā)動機管理系統(tǒng)利用脈沖寬度調(diào)制信號控制燃油量控制閥，節(jié)流口開度取決于脈沖寬度，從而針對發(fā)動機當前運行狀態(tài)調(diào)節(jié)所需燃油量。此外，還能降低共軌內(nèi)的壓力。

2.2.2 燃油供給系統(tǒng)重要部件

燃油供給系統(tǒng)重要部件如圖10所示。

燃油通過抽吸濾網(wǎng)進入燃油泵，隨后通過燃油濾清器進入供給管路。燃油泵安裝在燃油槽內(nèi)。在燃油箱的供給管路內(nèi)集成了一個溢流閥。在此，汽油發(fā)動機首次不再使用壓力調(diào)節(jié)器，而是通過壓力來調(diào)節(jié)電動燃油泵。系統(tǒng)借助低壓燃油傳感器信號調(diào)節(jié)電動燃油泵的轉(zhuǎn)速，以使高壓泵前所需要的預壓壓力達到期望值。

另一條管路在燃油泵后旁通至左側(cè)燃油箱內(nèi)，并通過單向閥1和引流泵1將左側(cè)燃油箱內(nèi)的燃油輸送至燃油槽。單向閥1可以確保發(fā)動機處于靜止狀態(tài)時，燃油不會從燃油箱右側(cè)流回至左側(cè)。

關閉發(fā)動機時，供給管路內(nèi)沒有壓力，但也不會排空燃油，因為系統(tǒng)處于密封狀態(tài)時，空氣無法進入。發(fā)動機管路或地板管路損壞時，溢流安全閥可以防止燃油箱泄漏。

另一條管路旁通至左側(cè)燃油箱并通向另一個引流泵2，該引流泵從燃油分離閥處抽吸燃油并輸送至燃油槽內(nèi)。從泵處引出另一條管路，通過另一個位于燃油加注管底部最近的引流泵將燃油箱內(nèi)的燃油輸送至燃油槽內(nèi)。

燃油箱蓋內(nèi)集成了一個用于燃油箱過壓保護的安全閥。在燃油加注頭端部安裝了一個帶有安全閥的單向閥，該單向閥可防止燃油回流至燃油加注頭內(nèi)，并通過一個彈簧對單向閥進行密封。單向閥中的安全閥可以確保在燃油箱內(nèi)產(chǎn)生壓力時，高壓可釋放到燃油加注管中或通過燃油箱蓋內(nèi)的安全閥排出。

通過維修蓋可以接觸到燃油箱內(nèi)的部件；通過2個桿狀傳感器進行燃油油位識別；燃油槽可確保燃油泵始終提供充足燃油以供使用。燃油槽與燃油箱固定連接且不能更換。

2.3 增壓壓力調(diào)節(jié)裝置

發(fā)動機管理系統(tǒng)通過廢氣渦輪增壓器上的廢氣旁通閥調(diào)節(jié)增壓壓力，在此使用電控氣動壓力轉(zhuǎn)換器以無級方式為廢氣旁通閥提供真空，轉(zhuǎn)換器根據(jù)發(fā)動機管理系統(tǒng)信號和規(guī)定壓力信號執(zhí)行。

循環(huán)空氣減壓閥通過法蘭固定在廢氣蝸輪增壓器上。發(fā)動機管理系統(tǒng)可以直接控制這個循環(huán)空氣減壓閥，因此可以使進氣側(cè)與壓力側(cè)之間短路連接。通過循環(huán)空氣減壓閥可以消除節(jié)氣門快速關閉時可能出現(xiàn)的增壓壓力峰值。因此，循環(huán)空氣減壓閥對發(fā)動機噪聲影響很大，且有助于保護廢氣蝸輪增壓器部件。節(jié)氣門關閉時，會產(chǎn)生從節(jié)氣門至廢氣蝸輪增壓器的壓力波，這個壓力波作用在廢氣蝸輪增壓器的蝸輪葉片上，從而作用在葉片軸承上。通過循環(huán)空氣減壓閥可以顯著降低這個壓力波，從而可降低廢氣蝸輪增壓器負荷。

2.4 發(fā)動機冷卻系統(tǒng)

使用帶有電動冷卻液泵的冷卻系統(tǒng)時，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點。熱量管理系統(tǒng)確定當前冷卻需求并相應調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)，在某些情況下甚至可以完全關閉冷卻液泵。例如，在暖機階段讓冷卻液迅速加熱時，發(fā)動機很熱且處于關閉狀態(tài)時，冷卻液泵繼續(xù)工作。因此可能需要冷卻功率 （與轉(zhuǎn)速無關）。除了通過特性曲線節(jié)溫器外，熱量管理系統(tǒng)還可通過不同特性曲線控制冷卻液泵。因此，發(fā)動機控制單元可以根據(jù)行駛情況調(diào)整發(fā)動機溫度，如表1所示。

表1 發(fā)動機控制單元各運行模式的溫度范圍

發(fā)動機控制單元根據(jù)行駛情況識別到節(jié)省能量的運行范圍 “經(jīng)濟”時，發(fā)動機管理系統(tǒng)就會調(diào)節(jié)到較高溫度 （108℃）。在這個溫度范圍內(nèi)，發(fā)動機以相對較低的燃油需求量運行。溫度較高時，發(fā)動機內(nèi)部摩擦減小。溫度升高還有助于降低負荷較低情況下的耗油量。處于 “高功率且通過特性曲線節(jié)溫器調(diào)節(jié)”運行模式時，駕駛員希望利用最佳發(fā)動機功率利用率，為此需將氣缸蓋內(nèi)的溫度降至90℃。溫度降低可以提高容積效率，從而提高發(fā)動機扭矩。發(fā)動機控制單元可根據(jù)相應行駛狀況調(diào)節(jié)到特定運行范圍，從而能夠通過冷卻系統(tǒng)影響耗油量和功率。

2.5 曲軸位置傳感器

新型集成式曲軸傳感器的功能與帶發(fā)動機節(jié)能啟停功能 （MSA）時使用的曲軸傳感器相同。在此需要發(fā)動機的回轉(zhuǎn)識別功能來執(zhí)行MSA功能。N55發(fā)動機曲軸傳感器安裝位置如圖11所示，帶多磁極脈沖信號輪的曲軸傳感器如圖12所示。

2.6 真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng) （圖13）的功能進行了微小調(diào)整。N55發(fā)動機像以前一樣使用真空泵，由真空泵產(chǎn)生用于制動助力器的真空和用于操控廢氣旁通閥的真空。 F01／F02的循環(huán)空氣減壓閥現(xiàn)在也通過一個電動轉(zhuǎn)換閥EUV獲得真空。

與E9x的一個主要區(qū)別在于，現(xiàn)在將真空蓄能器集成在發(fā)動機蓋板內(nèi)。E71就采用這種設計。真空蓄能器可以為廢氣旁通閥的操控持續(xù)提供真空。有3個真空管路與發(fā)動機蓋板相連。其中一個管路用于提供真空泵產(chǎn)生的真空，另外2個管路用于操控2個廢氣旁通閥。

注意:取下發(fā)動機蓋板前，必須松開這些真空管路。

3 發(fā)動機電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3.1 電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)特點

電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖如圖14所示，其系統(tǒng)特點如表2所示。

表2 電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)特點

電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)在氣缸蓋總成中，如圖15所示。氣缸蓋用來封閉氣缸頂部，并與活塞頂和氣缸壁一起形成燃燒室。另外，氣缸蓋內(nèi)的水套和油道也是冷卻系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)的組成部分。

3.2 電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構及工作過程

電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構如圖16所示。可變氣門升程是根據(jù)發(fā)動機的運行情況，調(diào)整進氣 （排氣）的量和氣門開合時間、角度，使進入的空氣量達到最佳，提高燃燒效率。優(yōu)點是省油，提高功率輸出。

1）伺服電機布置在凸輪軸上方。伺服電機用于調(diào)節(jié)偏心軸。伺服電機的蝸桿嵌入安裝在偏心軸上的蝸輪內(nèi)，進行調(diào)節(jié)后無需特別鎖止偏心軸，因為蝸桿傳動機構具有足夠的自鎖能力。

2）偏心軸扭轉(zhuǎn)可使固定架上的中間推桿朝進氣凸輪軸方向移動。但由于中間推桿也靠在進氣凸輪軸上，因此滾子式氣門壓桿相對中間推桿的位置會發(fā)生變化。中間推桿的斜臺朝排氣凸輪軸方向移動。

3）凸輪軸旋轉(zhuǎn)和凸輪向中間推桿移動使中間推桿上的斜臺發(fā)揮作用，斜臺推動滾子式氣門壓桿，從而使進氣門繼續(xù)向下移動，進氣門因此繼續(xù)開啟。

4）中間推桿改變凸輪軸與滾子式氣門壓桿之間的傳動比。在滿負荷位置時，氣門行程和持續(xù)開啟時間達到最大值。在怠速位置時，氣門行程和持續(xù)開啟時間達到最小值。

電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)行程調(diào)節(jié)如圖17所示。帶有電子氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)動機氣缸蓋如圖18所示。

扭轉(zhuǎn)彈簧靠在偏心軸扭轉(zhuǎn)彈簧支架上，并通過該支架向偏心軸施加杠桿力。該扭轉(zhuǎn)彈簧又稱為扭矩補償彈簧，可在調(diào)節(jié)偏心軸時平衡偏心軸的不同扭矩。

3.3 電子氣門行程控制單元

電子氣門行程控制單元的任務是控制伺服電機，以便根據(jù)發(fā)動機控制單元的指令調(diào)節(jié)偏心軸。

為了獲得理想的動態(tài)性能，需要很高的電流強度。因此，發(fā)動機管理系統(tǒng)要對負責執(zhí)行車燈功能的控制單元進行適配，以免車內(nèi)和車外照明裝置亮度不穩(wěn)定。

帶有整流器的直流伺服電機負責調(diào)節(jié)偏心軸，通過改變電機轉(zhuǎn)動方向和節(jié)拍控制時間，可對偏心軸進行相應調(diào)節(jié)。進行最大調(diào)節(jié)時，伺服電機的電流可達到40A。

4 診斷設備產(chǎn)品信息說明

寶馬維修車間診斷設備滿足最高的安全和品質(zhì)要求，設備均在德國研發(fā)和生產(chǎn)，配套價格大概在40萬元人民幣。該設備系統(tǒng)是BMW集團新維修車間系統(tǒng)的新硬件組件和新軟件 “綜合服務技術應用”（簡稱ISTA），于2008年春季在全球投入使用。該診斷設備系統(tǒng)是寶馬綜合服務流程初始方案 （簡稱ISPI）的一個組成部分。

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