【文章內容簡介】 器輸入的諸多信號，并以這些信號的為基礎，結合內部軟件的其他信息，制定出各種控制 命令，送到各種執(zhí)行器，從而實現(xiàn)對柴油機的控制。 電控柴油機的結構及標定技術 柴油機電控系統(tǒng)組成如 下圖 ： (1)信號的采集和輸入部分。通常有若干個具有相同功能或不同功能的傳感器和信號調理電路組成。 (2)電控單元。它負責對各種傳感器信號進行分析處理，通過其內算法，向被控單元輸出控制信號。(3)執(zhí)行器 柴油機傳感器 n執(zhí)行器 n預處理 n驅動裝置 n輸入接口輸出接口信號電路目標值顯示裝置 圖 1 電控系統(tǒng)結構框圖 在柴油機電控系統(tǒng)組成方面，提高電控發(fā)動機的控制精度將會被更多的科研機構放到重要的位置，主要從兩方面 入 手，即采集信號的精確度和處理信號的精確度。因而研究柴油機電控控制精度的提高 也是今后一個重要方向。柴油發(fā)動機電控技術有兩個明顯的特點： (1)特點是其關鍵技術和技術難點就在柴油噴 6 射電控執(zhí)行器上； (2)特點是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。柴油發(fā)動機在機械控制時代，就已經(jīng)有了直列泵、分配泵、泵噴油器、單缸 (體 )泵等結構完全不同的系統(tǒng)，每個系統(tǒng)各有其特點和適用范圍，每種系統(tǒng)中又有多種不同結構。實施電控技術的執(zhí)行機構比較復雜，因而在此方面也可進行新的探索研究；（ 3） 柴油機電控噴油系統(tǒng)研究柴油機電控噴油系統(tǒng)經(jīng)歷了三代：第一代柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng)。它用電子伺服機構代替調速器控制供 油滑套(齒桿 )位置以實現(xiàn)供油量的調整，這類技術已發(fā)展到了可以同時控制定時和預噴射的 TICS系統(tǒng)。第二代系統(tǒng)也稱時間控制系統(tǒng)，其特點是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動式柱塞泵油方式，但油量和定時的調節(jié)則由電腦控制的強力快速響應電磁閥的開閉時刻所決定。第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，它完全脫開了傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應方式．通過共軌壓力和噴油壓力／時間的綜合控制，實現(xiàn)各種復雜的供油回路和特性。強力快速線形響應電磁閥是各種系統(tǒng)共同的技術難點目前最先進的燃油噴射系統(tǒng)是泵噴嘴系統(tǒng)和共軌式噴油系統(tǒng)泵噴嘴系統(tǒng)。泵噴嘴系統(tǒng)結構緊湊，噴油嘴孔徑 非常?。匀加蛧娚鋲毫Ρ葌鹘y(tǒng)機械式噴油系統(tǒng)有較大提高。柴油機共軌式電控燃油噴射技術是一種全新的技術，它集成了計算機控制技術、現(xiàn)代傳感檢測技術以及先進的噴油結構于一身。該技術的主要特點是： (1)采用先進的電子控制裝置及配有高速電磁開關閥； (2)采用共軌方式供油； (3)高速電磁開關閥頻響高，控制靈活； (4)系統(tǒng)結構移植方便，適應范圍寬。這一技術的研究與開發(fā)熱點在于： 1)如何解決高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封問題； 2)如何解決高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動所造成的噴油量不均勻問題； 3)如何解決高壓共軌系統(tǒng)的多 MAP(三維控制數(shù)據(jù)表 )優(yōu)化問題； 4)如 何解決微結構、高頻響電磁開關閥設計與制造過程中的關鍵技術問題。 發(fā)動機電控單元標定系統(tǒng)的作用是在不影響發(fā)動機正常運行的情況下修改發(fā)動機電控單元的控制參數(shù)，使發(fā)動機按照不同的控制數(shù)據(jù)運行，同時監(jiān)控發(fā)動機性能，實現(xiàn)對控制參數(shù)的優(yōu)化。 1)對電控單元 (ECU)的研究。 2)電控標定系統(tǒng)的硬件設計。 3)標定系統(tǒng)與電控單元之問的通信設計。 發(fā)動機的優(yōu)化包括控制參數(shù)的優(yōu)化和 MAP數(shù)據(jù)的生成。目前汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)有各種優(yōu)化標定方法，包括離線穩(wěn)態(tài)標定方法、在線穩(wěn)態(tài)標定方法、自動優(yōu)化標定方法、 最新的瞬態(tài)優(yōu)化標定方法等。目前在國外，發(fā)動機電控系統(tǒng)的優(yōu)化標定方法越來越多地采用自動優(yōu)化標定方法，這樣可以縮短標定周期，降低標定費用，同時能得到更好的標定結果。發(fā)動機電控系統(tǒng)的瞬態(tài)優(yōu)化標定也口益受到重視．是目前發(fā)動機優(yōu)化標定的最新研究發(fā)展方向。在滿足發(fā)動機 7 的經(jīng)濟性能和排放指標同時，對柴油機進行優(yōu)化?？刂茀?shù)的優(yōu)化包括：基本控制參數(shù)、穩(wěn)態(tài)修正參數(shù)、怠速 T況參數(shù)、起動 T況參數(shù)的標定、瞬態(tài)工況修正參數(shù)等的標定。標定系統(tǒng)與電控單元、噴油泵、柴油機的配試。為了檢驗所研究開發(fā)的電控標定系統(tǒng)的各項功能，檢驗其可靠性及穩(wěn)定 性，需使用該系統(tǒng)進行柴油機電控系統(tǒng)配裝某柴油機機型的實驗。 柴油機電子控制系統(tǒng)鋪助電源設計 柴油電控系統(tǒng)其內部包含很多控制芯片，每個芯片都有自己正常的工作電壓范圍 ，因此我們必須設計一些電壓轉換電路得到系統(tǒng)內部控制芯片正常工作的電壓值，如圖 2所設計的是 5V、 12V芯片穩(wěn)定工作時所需要的電壓轉換電路，此 電源 輸出的 5V工作電壓主要供給控制芯片單片機工作。 C10 . 1 u F / 2 8 0 v11223344T1T R A N S 1C34 0 0 V / 4 7 U FD2H E R 1 0 7R356K/1WC42 2 2 / 1 K VQ16 N 6 0F12 A \ 2 5 0 vD3H E R 1 0 7R7 10C82 5 V / 1 0 U F123Q2S I P R 1 6R61 0 / 1 WC52 2 2 / 1 K VC72 5 V / 1 0 0 0 UC91 0 4R2650K/1WR 3 45 . 1 kC61 0 5R53 0 kR83 9 0C 3 11 6 V / 1 0 u FR120R41 / 1 WR 3 31KC21 0 4R 3 09 1 K123456781CR6848T21234D1B R I D G EU1T3O P T O I S O 1D4D I O D ED5D I O D ED6D I O D ED7D I O D ED8D I O D ED9D I O D EC 1 0C 1 1C 1 4C 1 5C 1 2C 1 3RINC NCS E N S EV D D+ 5 V+ 1 2 V1 2 V+ 1 2 V+ 1 2 V 1 2 V12 3D 1 2T L 4 3 1+2 2 0 V 圖 2 電壓轉換電路 8 12V電壓轉換為 5V， 16V,18V,24V 等多路輸出的電源，針對這一問題 根據(jù)設計要求， 設計了 出 12V 升 24V 基于兩相步 進升壓型 DC／ DC 控制器 LT3782設計電流輸出的升壓型 DC／ DC模塊的方法。 V C CG V DR U N27417C 2 3C 2 2R 1 8C 2 4R 1 7R E S 2C 2 1R 1 6R 1 5R 1 9C 2 5R 2 0D E L A YD C LR S E TS L O P ESSVCD N DG B I A SG B I A S 1G B I A S 2B G A T E 1S E N S E 1 +S E N S E 1 FBV E E 2S E N S E 2S E N S E +B G A T E 2V E E 1C 2 6R 2 1 R 2 2R 2 7C 3 0R 2 3C 2 7R 2 4R 2 8R 2 5C 2 8D 1 0D 1 1L4L5+ 1 2 V 圖 3升壓電路 LT3782是美國凌力爾特公司生產的兩相步進升壓型 DC／ DC控制器， 28引腳 SSOP 封裝芯片，開關頻率在 150～ 500 kHz 之間可編程，由于采用兩相BOOST拓撲結構。對輸出場效應管漏電流和肖特基二極管通過電流的要求都減少一半，即兩個輸出相位差 180176。 ，兩個輸出間互相抑制輸出紋波電流，輸出紋波是單相 BOOST 轉換電路的 1／ 3。電源效率高，對散熱的要求小。第 29引腳是芯片底部的散熱腳。 27引腳連接輸入電源； 4引 腳接地； 11引腳用來設定開關頻率； 20 和 23BGATE 引腳用來驅動場效應管的柵極； 8， 9， 1 2 和13SENSE 引腳用來反饋場效應管的輸出電流； 16 引腳是輸出電壓反饋引腳，該腳電壓為 2． 44 V，通過反饋電阻可以設定輸出電壓值。 17 引腳是低電壓關斷引腳，當該引腳的電壓大于 2． 45 V 時，器件才開始工作，當該引腳的電壓小于 0． 3 V時，器件進入低電壓關斷模式。 14引腳是軟啟動引腳，當加電時，輸出電壓從 0 V 漸變到設定的輸出電壓值，典型的啟動時間可以由下式計算： 9 t＝ 2． 44C／ 10 式中： C為連接 14 引腳到地的電容值，單位為 μF ； t為典型的啟動時間。 12V 汽車電瓶電壓經(jīng)過插頭給 LT3782 供電， LT3782 產生的兩相振蕩輸出驅動 N溝道場效應管 Q1和 Q2，場效應管輸出分別經(jīng)肖特基二極管 D1和 D2整流后，由電容 C7 濾波輸出。電阻 R1 用來設定 LT3782的開關頻率， LT3782的開關頻率在 150～ 500 kHz之間可編程。這里選取開關頻率為 250 kHz，取電阻值 R1=75 kHz。參照 LT3782數(shù)據(jù)手冊，通過輸入／輸出電壓關系和占空比可以推算出 N溝道場效應管的峰值電流約為 15 A。通過設定電阻 R8和 R10的阻值可以設定電源的限制電流，避免電源電流過大，燒壞后面電路。 LT3782的 SENSE管腳的域值電壓為 60 mV，因而電阻 R8和 R10的阻值為 0． 004 Ω 。 柴油機控制系統(tǒng)常用輸入、輸出電路設計 柴油機電控系統(tǒng)一般由傳感器、控制單元 (ECU)和執(zhí)行機構三部分組成。ECU是柴油機電控系統(tǒng)的核心，也是技術含量較高的部件，設計難度較大?？刂茊卧?(ECU)是嵌入式的專用計算機系統(tǒng)。要求功能專用、環(huán)境適應性好和可靠性高。系統(tǒng)的組成如下圖 4： C P U計算機系統(tǒng)開關量輸入電路模擬量輸入電路頻率量輸入電路電源電路開關量輸出電路模擬量輸出電路功率輸出電路 圖 4 ECU結構框圖 開關輸入電路完成外部開關量向計算 機的輸入，如：工作狀態(tài)開關、傳感器狀態(tài)開關等。模擬量輸入電路完成發(fā)動機和其它裝置的模擬信號的調理和采集。如：油溫、冷卻水溫度、進氣溫度、排氣溫度、潤滑油溫度和腳踏板位置等。頻率量輸入電路主要完成發(fā)動機的脈沖信號的調理和采集。就目前的柴油 10 機 ECU來說，主要的脈沖信號有：發(fā)動機轉速信號、凸輪軸信號，有些系統(tǒng)還有增壓器轉速信號等。開關量輸出電路主要完成 ECU輸出信號的傳輸，常用的驅動負載是信號燈、繼電器和電磁閥等。如狀態(tài)指示燈、啟動繼電器、風扇開關等。模擬量輸出電路主要完成模擬表的驅動。如：指針式發(fā)動機轉速表、車速表和水溫表等。在柴油機 ECU中，現(xiàn)在這種電路使用很少，一般都在一體化顯示面板指示。功率輸出電路是指驅動大功率執(zhí)行機構的電路，如在第一代電控系統(tǒng)中的線性電磁鐵驅動，直流電機和步進電機的驅動；在單體泵、泵噴嘴和高壓共軌供油系統(tǒng)中高速電磁鐵的驅動等。 電控單元（ ECU）的輸入級 ECU輸入級的作用是將電控系統(tǒng)中各種傳感器檢測到的信息，通過 I/O接口送入微型計算機，完成 ECU對發(fā)動機運行工況的實時檢測。從傳感器來的信號進入輸入級后，首次要經(jīng)過預處理，如采用濾波器除去雜波等。有的信號，如電磁式曲軸位置傳 感器的信號，并不是矩形波，而是正弦波，而卻其信號的電壓幅值會隨轉速的變化而變化。這些信號不能直接輸入微型機，需整形變成標準方波信號。 ECU輸入級信號的類型 ， 從傳感器來的信號分為模擬信號和數(shù)字信號兩種。模擬信號一般是隨時間連續(xù)變化的模擬量，通過檢測元件和變換器轉換為對應的模擬電壓與電流。由于計算機只能識別數(shù)字量，故模擬電信號必須通過模數(shù)轉換為數(shù)字量后，才能進入計算機。在柴油機中有許多信號都是模擬量，如進氣溫度、進氣壓力等。柴油機電控系統(tǒng)中，采集的數(shù)字信號主要是發(fā)動機轉速和止點位置信號。它們都是脈沖信號，不能 被計算機直接接收這兩個信號也需要通過輸入級，將狀態(tài)信號轉變?yōu)闃藴?TTL信號送入計算機。 （ 1）被測對象的信號拾取。其主要任務就是最忠實地反映被測對象的真是狀態(tài)。它包括實時性與測量精度，同時使這些測量信號能滿足計算機輸入接口的電平要求。因此，柴油機電控系統(tǒng)中的輸入通道，體現(xiàn)了被測對象與電控系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號輸入通道、原始參數(shù)輸入通道。由于在該通道中，主要是傳感器和傳感器有關的信號調節(jié)、變換電路、故也可稱為傳感器接口通道。 (2)輸入通道要完成對象的狀態(tài)量值的檢測，故輸入通道總要靠近信號拾取對象。為了減少輸出損 耗、防止干擾，常常不惜將輸入通道與計算機系統(tǒng)分 11 開，將輸入通道部分放置到對象現(xiàn)場中。 （ 3）輸入通道的環(huán)境無主觀選擇余地。由于輸入通道中的信號檢測總是針對著被測對象的，因此被測對象的現(xiàn)場環(huán)境因素嚴重影響著輸入通道的方案設計。 （ 4）輸入通道電路設計的難易繁簡程度，除與環(huán)境因素有關外，還取決于傳感器、變換器的選擇。因為在輸入通道中，必須將傳感器輸出的初次電信號，轉換成能滿足計算機輸入要求的 TTL邏輯電平信號。同時，輸入通道中傳感器輸出信號與計算機邏輯電平相近度，決定了輸入通道的繁簡