性能特點(diǎn)和作用說明

電控柴油發(fā)電機(jī)的ECU功能

 

摘要：ECU是柴油發(fā)電機(jī)的綜合控制裝置，其功能是根據(jù)自身存儲的程序?qū)Πl(fā)動機(jī)各傳感器輸入的各種信息進(jìn)行運(yùn)算、處理、判斷、然后輸出指令，控制有關(guān)執(zhí)行器動作，達(dá)到快速、準(zhǔn)確、自動控制柴油發(fā)電機(jī)組工作的目的。ECU來控制柴油從油泵（打油用）到共軌管（儲存平衡柴油壓力）到噴油器（使柴油霧化，與燃燒室里的空氣混合，行程可燃燒的燃油氣）按照一定壓力、時(shí)間、射速噴射到燃燒室中，達(dá)到精確噴油的效果，燃耗更低，燃油利用率更高，排放更環(huán)保等等，他取代了傳統(tǒng)的的噴油泵供油方式。 

 

一、ECU的功用

 

      許多維修人員將柴油發(fā)電機(jī)電控系統(tǒng)中的ECU稱為“黑匣子”，它是柴油發(fā)電機(jī)電控系統(tǒng)中最重要的核心部件，用從傳感器、目標(biāo)設(shè)定值傳感器以及通過CAN總線傳輸過來的信息（數(shù)據(jù)）作為輸入，經(jīng)過計(jì)算處理、分析判斷、決定對策，然后輸出控制指令，指揮調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)功能。同時(shí)，它還給傳感器提供穩(wěn)壓電源或參考電壓，其全部功能是通過各種硬件和軟件的組合來完成的。借助于大規(guī)模集成電路已經(jīng)可以將復(fù)雜多樣的幾百個(gè)元器件全部集成在1～2塊多層電路板上，并封裝在一個(gè)十分緊湊的鋁制外殼中屏蔽起來。

 

ECU整體視圖

柴油發(fā)電機(jī)ECU電路示意圖

 

 

 

二、ECU的工作條件

 

對ECU的要求很高，因?yàn)樗墓ぷ鳁l件非常惡劣。

1、極端的工作溫度，在正常情況下為-40～125℃。

2、劇烈的溫度波動。

3、受油、燃料等材料的影響。

4、潮濕環(huán)境。

5、機(jī)械作用，如發(fā)動機(jī)抖動。

ECU在起動電壓不足（冷起動）或充電電壓過大（車載電子系統(tǒng)電涌）時(shí)都要能正常工作。另外，電子系統(tǒng)還要滿足EMC（電磁兼容性）的要求。電子抗干擾標(biāo)準(zhǔn)和對高頻信號干擾限制尤為嚴(yán)格。

 

柴油機(jī)電控控制單元ECU外觀示意圖

 

 

三、ECU的數(shù)據(jù)運(yùn)行處理

 

（1）輸入信息處理部分

      輸入電路將各種傳感器傳輸來的信號經(jīng)過濾波（過濾掉干擾信號）、整形和放大處理，模擬量還要經(jīng)過模-數(shù)（A-D）轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變成ECU能接收且量程合適的數(shù)字信號。

（2）微處理器系統(tǒng)

      根據(jù)輸入的信息和內(nèi)存的調(diào)節(jié)策略以及數(shù)據(jù)、圖表等進(jìn)行分析和運(yùn)算而產(chǎn)生控制指令。微處理器系統(tǒng)包括微處理器（CPU）、各種存儲器、輸入輸出接口（I/O），以及在CPU、存儲器和I/O之間傳遞信息的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線及產(chǎn)生時(shí)間節(jié)拍脈沖以控制ECU運(yùn)作的計(jì)時(shí)器等。微處理器系統(tǒng)的各部分通常全部集中在一塊芯片中，即所謂的單片機(jī)。

（3）輸出信息處理部分

      將ECU輸出的只有mA級的各種控制指令調(diào)制、放大成可以驅(qū)動各種執(zhí)行器的控制信號并輸出，并保障ECU抗短路和過熱的安全性。控制執(zhí)行器的信號有兩種：一種是使執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)通斷功能的開關(guān)信號，另一種是脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號，它們具有恒定頻率的矩形信號和可變的接通持續(xù)時(shí)間，可使諸如EGR閥和增壓壓力調(diào)節(jié)器等執(zhí)行器達(dá)到各種任意的位置。

（4）內(nèi)存軟件

      在柴油發(fā)電機(jī)ECU儲存的軟件中，既有各種用于ECU 自身運(yùn)行的驅(qū)動程序，也有為控制發(fā)電機(jī)組及其發(fā)動機(jī)運(yùn)行而編制的專用程序。這些專用程序就是對每一個(gè)受控過程的數(shù)字化描述，將各種傳感器采集和輸送的各種信息和數(shù)據(jù)，經(jīng)過分辨、計(jì)算、比較和邏輯分析，再將得到的結(jié)果變換成驅(qū)動各個(gè)執(zhí)行器的控制指令，指揮執(zhí)行器及時(shí)而準(zhǔn)確地動作，完成控制和調(diào)節(jié)過程。各種用于信號處理的計(jì)算公式、邏輯分析方法和數(shù)據(jù)表格等均可編成程序儲存在存儲器中。此外，作為抗電磁干擾的措施之一，通常對輸入的數(shù)據(jù)采用軟件濾波或采用傅里葉變換和小波變換等成熟的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行處理，這些處理軟件也被放入內(nèi)部存儲器中。

      在軟件設(shè)計(jì)中，還必須考慮運(yùn)行故障的判斷、記載和讀出。當(dāng)然，進(jìn)行故障自診斷不能只依靠軟件，還需要有硬件電路的幫助，需要有更多的傳感器提供足以判斷故障的信息，電控系統(tǒng)都采用MAP來確定控制量的目標(biāo)值。例如，對于柴油發(fā)電機(jī)的電控噴油系統(tǒng)而言，最基本的控制目標(biāo)就是噴油量和噴油提前角（對于共軌噴油系統(tǒng)還有噴油壓力），它們應(yīng)隨柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷工況而變，當(dāng)然也視具體柴油發(fā)電機(jī)機(jī)型而異，為此電控柴油發(fā)電機(jī)在開發(fā)過程中必須事先經(jīng)過大量的標(biāo)定試驗(yàn)尋找出對應(yīng)于各個(gè)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷工況下的最佳目標(biāo)值，以二維數(shù)表的形式存入ROM等存儲器中，運(yùn)行時(shí)只要根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的具體運(yùn)行工況，對照MAP的要求，即可給出相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)指令，以控制相關(guān)的執(zhí)行器（噴油泵或噴油器的電磁閥）按時(shí)準(zhǔn)確地動作，從而達(dá)到優(yōu)化噴油過程的目標(biāo)。

      除了主要對噴油過程進(jìn)行控制之外，ECU還必須對柴油發(fā)電機(jī)其他系統(tǒng)和有關(guān)附件的運(yùn)行進(jìn)行控制，例如EGR和增壓系統(tǒng)等的控制閥以及冷卻風(fēng)扇、起動機(jī)、發(fā)電機(jī)和空調(diào)設(shè)備的開關(guān)等。所有控制指令均來自微處理器的數(shù)字信號，由于它們的電流很?。╩A級），需經(jīng)輸出級（終端模塊）調(diào)制和放大后，才能生成各種開關(guān)、繼電器、數(shù)顯和驅(qū)動電磁閥等執(zhí)行器的輸出信號。其中PWM信號是ECU最常用的脈沖輸出信號，這是一種頻率一定但通電（脈沖）時(shí)間變化的方形數(shù)字信號，每一個(gè)脈沖高電平占據(jù)的時(shí)間稱為脈寬b，它與兩個(gè)脈沖時(shí)間間隔之比（a/b）稱為占空比。PWM信號的優(yōu)點(diǎn)是既可以用于控制慣性較大和反應(yīng)較緩慢的電磁閥（如EGR和增壓系統(tǒng)的控制），只需改變占空比，就能改變輸出信號的平均電壓，從而能控制這類電磁閥的動作；同時(shí)，也可以用于噴油器高頻電磁閥的控制，這時(shí)噴油器針閥質(zhì)量輕、慣性小，升起和落座迅速，因此只需調(diào)節(jié)PWM信號的頻率，使噴油過程在一個(gè)脈沖內(nèi)完成，即可用PWM信號的脈寬來控制噴油器針閥開啟時(shí)間的長短，以完成噴油量的精確控制。

 

四、ECU的儲存器

 

柴油發(fā)電機(jī)ECU的儲存器中儲存著數(shù)據(jù)和計(jì)算調(diào)節(jié)策略用的程序。它們根據(jù)功能的不同，主要有以下幾種形式的存儲器：

1、ROM（只讀存儲器）

ROM是一種讀存儲器，其中的內(nèi)容由制造商確定后不能再改變。

2、EPROM（可擦可編程只讀存儲器）

儲存的內(nèi)容可在紫外線照射下擦除，而新內(nèi)容可用專門的編程器寫入。

3、EEPROM

它是作為不會丟失的寫-讀存儲器被應(yīng)用的，例如用于儲存防盜鎖碼或故障存儲器信息。與Flash-EPROM（快擦寫只讀存儲器，簡稱閃存）不同，EEPROM中的每一個(gè)儲存單元能夠單獨(dú)擦除。例如僅擦除故障存儲器。此外，它是為多次寫循環(huán)設(shè)計(jì)的。

4、Flash-EPROM

它是一種通過電路可擦可編程的只讀存儲器。由于其所具備的優(yōu)越性，越來越多地取代傳統(tǒng)的EPROM，它還能在維修站用合適的診斷儀重新進(jìn)行編程。

      以上4種ROM類存儲器用于儲存在切斷電源后也不會丟失的長期信息，如控制邏輯軟件、計(jì)算程序以及控制參數(shù)的目標(biāo)值［如各種脈譜圖（MAP）等］。但是，其中ROM一次存入信息后就不能更改，不如EPROM、Flash-EPROM和EEPROM在修改程序和數(shù)據(jù)上那樣靈活和方便，特別是EEPROM和Flash-EPROM可以直接由微處理器改寫其內(nèi)容，而且可以只改寫部分內(nèi)容，因此目前得到越來越廣泛的應(yīng)用，甚至有的單片機(jī)不加區(qū)分地將所有信息都儲存在EEP-ROM和Flash-EPROM中。它們均可以在生產(chǎn)線上根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)型號與要求的不同，寫入新的程序或選取一部分已經(jīng)寫入的程序，即具有EOL（End of Line）功能，這就為多種型號柴油發(fā)電機(jī)共用一個(gè)型號的ECU提供了可能。

      E.RAM是一種寫-讀存儲器，ECU可用它來暫時(shí)存取當(dāng)前的運(yùn)行和信息數(shù)據(jù)，如傳感器輸入的實(shí)時(shí)信息、計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)等，這些信息和數(shù)據(jù)在柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行中實(shí)時(shí)被更新，但是點(diǎn)火開關(guān)斷開后，其中儲存的信息和數(shù)據(jù)將全部丟失。

 

 

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