性能特點和作用說明

電控柴油發電機的ECU功能

 

摘要：ECU是柴油發電機的綜合控制裝置，其功能是根據自身存儲的程序對發動機各傳感器輸入的各種信息進行運算、處理、判斷、然后輸出指令，控制有關執行器動作，達到快速、準確、自動控制柴油發電機組工作的目的。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、時間、射速噴射到燃燒室中，達到精確噴油的效果，燃耗更低，燃油利用率更高，排放更環保等等，他取代了傳統的的噴油泵供油方式。 

 

一、ECU的功用

 

      許多維修人員將柴油發電機電控系統中的ECU稱為“黑匣子”，它是柴油發電機電控系統中最重要的核心部件，用從傳感器、目標設定值傳感器以及通過CAN總線傳輸過來的信息（數據）作為輸入，經過計算處理、分析判斷、決定對策，然后輸出控制指令，指揮調節執行機構（執行器）進行相應的調節功能。同時，它還給傳感器提供穩壓電源或參考電壓，其全部功能是通過各種硬件和軟件的組合來完成的。借助于大規模集成電路已經可以將復雜多樣的幾百個元器件全部集成在1～2塊多層電路板上，并封裝在一個十分緊湊的鋁制外殼中屏蔽起來。

 

ECU整體視圖

柴油發電機ECU電路示意圖

 

 

 

二、ECU的工作條件

 

對ECU的要求很高，因為它的工作條件非常惡劣。

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、潮濕環境。

5、機械作用，如發動機抖動。

ECU在起動電壓不足（冷起動）或充電電壓過大（車載電子系統電涌）時都要能正常工作。另外，電子系統還要滿足EMC（電磁兼容性）的要求。電子抗干擾標準和對高頻信號干擾限制尤為嚴格。

 

柴油機電控控制單元ECU外觀示意圖

 

 

三、ECU的數據運行處理

 

（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過濾波（過濾掉干擾信號）、整形和放大處理，模擬量還要經過模-數（A-D）轉換，轉變成ECU能接收且量程合適的數字信號。

（2）微處理器系統

      根據輸入的信息和內存的調節策略以及數據、圖表等進行分析和運算而產生控制指令。微處理器系統包括微處理器（CPU）、各種存儲器、輸入輸出接口（I/O），以及在CPU、存儲器和I/O之間傳遞信息的數據總線、地址總線和控制總線及產生時間節拍脈沖以控制ECU運作的計時器等。微處理器系統的各部分通常全部集中在一塊芯片中，即所謂的單片機。

（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制、放大成可以驅動各種執行器的控制信號并輸出，并保障ECU抗短路和過熱的安全性。控制執行器的信號有兩種：一種是使執行器實現通斷功能的開關信號，另一種是脈沖寬度調制（PWM）信號，它們具有恒定頻率的矩形信號和可變的接通持續時間，可使諸如EGR閥和增壓壓力調節器等執行器達到各種任意的位置。

（4）內存軟件

      在柴油發電機ECU儲存的軟件中，既有各種用于ECU 自身運行的驅動程序，也有為控制發電機組及其發動機運行而編制的專用程序。這些專用程序就是對每一個受控過程的數字化描述，將各種傳感器采集和輸送的各種信息和數據，經過分辨、計算、比較和邏輯分析，再將得到的結果變換成驅動各個執行器的控制指令，指揮執行器及時而準確地動作，完成控制和調節過程。各種用于信號處理的計算公式、邏輯分析方法和數據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，通常對輸入的數據采用軟件濾波或采用傅里葉變換和小波變換等成熟的數據處理方法進行處理，這些處理軟件也被放入內部存儲器中。

      在軟件設計中，還必須考慮運行故障的判斷、記載和讀出。當然，進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，電控系統都采用MAP來確定控制量的目標值。例如，對于柴油發電機的電控噴油系統而言，最基本的控制目標就是噴油量和噴油提前角（對于共軌噴油系統還有噴油壓力），它們應隨柴油發電機轉速和負荷工況而變，當然也視具體柴油發電機機型而異，為此電控柴油發電機在開發過程中必須事先經過大量的標定試驗尋找出對應于各個轉速和負荷工況下的最佳目標值，以二維數表的形式存入ROM等存儲器中，運行時只要根據柴油發電機的具體運行工況，對照MAP的要求，即可給出相應的控制和調節指令，以控制相關的執行器（噴油泵或噴油器的電磁閥）按時準確地動作，從而達到優化噴油過程的目標。

      除了主要對噴油過程進行控制之外，ECU還必須對柴油發電機其他系統和有關附件的運行進行控制，例如EGR和增壓系統等的控制閥以及冷卻風扇、起動機、發電機和空調設備的開關等。所有控制指令均來自微處理器的數字信號，由于它們的電流很小（mA級），需經輸出級（終端模塊）調制和放大后，才能生成各種開關、繼電器、數顯和驅動電磁閥等執行器的輸出信號。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）時間變化的方形數字信號，每一個脈沖高電平占據的時間稱為脈寬b，它與兩個脈沖時間間隔之比（a/b）稱為占空比。PWM信號的優點是既可以用于控制慣性較大和反應較緩慢的電磁閥（如EGR和增壓系統的控制），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，也可以用于噴油器高頻電磁閥的控制，這時噴油器針閥質量輕、慣性小，升起和落座迅速，因此只需調節PWM信號的頻率，使噴油過程在一個脈沖內完成，即可用PWM信號的脈寬來控制噴油器針閥開啟時間的長短，以完成噴油量的精確控制。

 

四、ECU的儲存器

 

柴油發電機ECU的儲存器中儲存著數據和計算調節策略用的程序。它們根據功能的不同，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）

儲存的內容可在紫外線照射下擦除，而新內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中的每一個儲存單元能夠單獨擦除。例如僅擦除故障存儲器。此外，它是為多次寫循環設計的。

4、Flash-EPROM

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

      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、計算程序以及控制參數的目標值［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在修改程序和數據上那樣靈活和方便，特別是EEPROM和Flash-EPROM可以直接由微處理器改寫其內容，而且可以只改寫部分內容，因此目前得到越來越廣泛的應用，甚至有的單片機不加區分地將所有信息都儲存在EEP-ROM和Flash-EPROM中。它們均可以在生產線上根據柴油發電機型號與要求的不同，寫入新的程序或選取一部分已經寫入的程序，即具有EOL（End of Line）功能，這就為多種型號柴油發電機共用一個型號的ECU提供了可能。

      E.RAM是一種寫-讀存儲器，ECU可用它來暫時存取當前的運行和信息數據，如傳感器輸入的實時信息、計算過程中的數據等，這些信息和數據在柴油發電機運行中實時被更新，但是點火開關斷開后，其中儲存的信息和數據將全部丟失。

 

 

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