【正文】 機(jī)電子管理系統(tǒng)可以使柴油機(jī)的控制更完整，功能更強(qiáng)大。我國對柴油機(jī)電子控制技術(shù)的研究起步較晚，多家單位對車用柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)進(jìn)行了研究。鑒于我國柴油機(jī)電控技術(shù)研究水平與國外差距呈增大趨勢，致使我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展存有隱患，關(guān)鍵時(shí)刻將會受制于人，所以掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，對大功率柴油機(jī)智能化控制系統(tǒng)進(jìn)行快速的研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。與此同時(shí)在 20 世紀(jì) 80 年代中期采用電控技術(shù)、增壓技術(shù)和三元催化器使汽油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和升功率有了進(jìn)一步提高，HC、CO、和 NO 的排放量均可滿足日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)要求。因此柴油機(jī)電控技術(shù)是以降低 NO 和顆粒排放、提高升功率、降低噪聲和降低油耗為主目標(biāo)的。控制任務(wù)從簡單到復(fù)雜逐步發(fā)展起來。但目前國內(nèi)外對柴油機(jī)電控的研究仍然集中在燃油噴射方面。電控單元在硬件方面相似在整車管理系統(tǒng)的軟件方面也很近似。國外汽油機(jī)電控技術(shù)已經(jīng)成熟, 商品化程度很高, 因此大部分傳感器和電控單元已不是難點(diǎn), 但是柴油機(jī)的燃油噴射具有高壓、高頻、脈動(dòng)等特點(diǎn), 其噴射壓力為汽油噴射的幾百倍 , 上千倍, 要求有很好的可靠性和耐久性, 而且柴油噴射對噴射正時(shí)的精度要求很高, 相對于上死點(diǎn)的角度位置要求很準(zhǔn)確, 這就導(dǎo)致了柴油噴射的執(zhí)行器復(fù)雜得多。因此柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是執(zhí)行器,也即是電控柴油噴射機(jī)構(gòu), 各個(gè)國家都在致力于開發(fā)研制各種類型的電控柴油噴射機(jī)構(gòu), 以尋求最佳方案, 這也是柴油電控技術(shù)的難點(diǎn)所在。發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元標(biāo)定系統(tǒng)的作用是在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的情況下修改發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的控制參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)按照不同的控制數(shù)據(jù)運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)性能，實(shí)現(xiàn)對控制參數(shù)的優(yōu)化。2)電控標(biāo)定系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。柴油機(jī)的優(yōu)化控制,發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化包括控制參數(shù)的優(yōu)化和 MAP 數(shù)據(jù)的生成。目前在國外，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)化標(biāo)定方法越來越多地采用自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定方法，2這樣可以縮短標(biāo)定周期，降低標(biāo)定費(fèi)用，同時(shí)能得到更好的標(biāo)定結(jié)果。(3)標(biāo)定系統(tǒng)與電控單元、噴油泵、柴油機(jī)的配試。 柴油機(jī)電控技術(shù)未來的發(fā)展趨勢能源危機(jī)，環(huán)境污染，使人們對柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、有害排放、可靠性提出了更高的要求，這需要多種改進(jìn)措施，對柴油機(jī)進(jìn)行高精度、全工況的優(yōu)化控制。微電子技術(shù)的快速發(fā)展，集成度不斷提高，成本大幅度下降，功能強(qiáng)化，可靠性日益改善，為柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。高壓噴射可提高燃油經(jīng)濟(jì)性，顯著地減少微粒和煙度；合理地控制噴油定時(shí)和噴油量可減少NOx和HC排放；電控燃油噴射系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作要求實(shí)現(xiàn)噴油量、噴油定時(shí)、噴油壓力以及噴油速率的綜合控制，在滿足排放法規(guī)的同時(shí)獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性。電控系統(tǒng)將駕駛員要求轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制信號，借助于各種傳感器和執(zhí)行器自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的管理。(3)改善可靠性。柴油機(jī)電控技術(shù)未來的發(fā)展趨勢是：高的噴射壓力為滿足排放法規(guī)的要求，柴油噴射壓力從10MPa提高到200MPa。獨(dú)立的噴射壓力控制，傳統(tǒng)柴油機(jī)的供油系統(tǒng)的噴射壓力與柴油機(jī)3的轉(zhuǎn)速負(fù)荷有關(guān)。若供油系統(tǒng)具有不依賴轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的噴射壓力控制能力，就可選擇最合適的噴射壓力使噴射持續(xù)期、著火延遲期最佳，使柴油機(jī)在各種工況下的廢氣排放最低而經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。高噴射壓力、獨(dú)立的噴射壓力控制、小噴孔、高平均噴油壓力等措施都能降低燃油消耗率，從而提高了柴油機(jī)的燃油使用經(jīng)濟(jì)性。高的汽缸壓力和溫度可以改善燃油使用經(jīng)濟(jì)性，但導(dǎo)致NOx增加。(5)可變的預(yù)噴射控制能力預(yù)噴射可以降低顆粒排放，又不增加NOx排放，還可改善柴油機(jī)冷啟動(dòng)性能、降低冷態(tài)工況下白煙的排放，降低噪聲，改善低速扭矩。因此具有可變的預(yù)噴射控制能力對柴油機(jī)的性能和排放十分有利。當(dāng)供油系統(tǒng)具有預(yù)噴射能力后將會使控制小油量的能力進(jìn)一步降低。(7)快速斷油能力噴射結(jié)束時(shí)必須快速斷油，如果不能快速斷油，在低壓力下噴射的柴油就會因燃燒不充分而冒黑煙，增加HC排放。(8)降低驅(qū)動(dòng)扭矩沖擊載荷燃油噴射系統(tǒng)在很高的壓力下工作，既增加了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需要的平均扭矩，也加大了沖擊載荷。而電噴柴油機(jī)技術(shù)中的高壓共軌技術(shù)則大大降低了驅(qū)動(dòng)扭矩沖擊載荷 [1]。 電控柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)及標(biāo)定技術(shù)柴油機(jī)電控系統(tǒng)組成如下圖：(1)信號的采集和輸入部分。(2)電控單元。(3)執(zhí)行器二二二二二二 n二二二 n二二二 n二二二二 n二二二二二二二二二二二二二二二二二二二圖 1 電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在柴油機(jī)電控系統(tǒng)組成方面，提高電控發(fā)動(dòng)機(jī)的控制精度將會被更多的科研機(jī)構(gòu)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5的精確度。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：(1)特點(diǎn)是其關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)難點(diǎn)就在柴油噴射電控執(zhí)行器上；(2)特點(diǎn)是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。實(shí)施電控技術(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，因而在此方面也可進(jìn)行新的探索研究；（3） 柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)研究柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)經(jīng)歷了三代：第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng)。第二代系統(tǒng)也稱時(shí)間控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動(dòng)式柱塞泵油方式，但油量和定時(shí)的調(diào)節(jié)則由電腦控制的強(qiáng)力快速響應(yīng)電磁閥的開閉時(shí)刻所決定。強(qiáng)力快速線形響應(yīng)電磁閥是各種系統(tǒng)共同的技術(shù)難點(diǎn)目前最先進(jìn)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)。柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射技術(shù)是一種全新的技術(shù)，它集成了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感檢測技術(shù)以及先進(jìn)的噴油結(jié)構(gòu)于一身。這一技術(shù)的研究與開發(fā)熱點(diǎn)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(dòng)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(jié)構(gòu)、高頻響電磁開關(guān)閥設(shè)計(jì)與制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。1)對電控單元(ECU)的研究。3)標(biāo)定系統(tǒng)與電控單元之問的通信設(shè)計(jì)。目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)有各種優(yōu)化標(biāo)定方法，包括離線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法、在線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法、自動(dòng)優(yōu)化標(biāo)定方法、最新的瞬態(tài)優(yōu)化6標(biāo)定方法等。發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的瞬態(tài)優(yōu)化標(biāo)定也口益受到重視．是目前發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化標(biāo)定的最新研究發(fā)展方向?？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(dòng)T況參數(shù)的標(biāo)定、瞬態(tài)工況修正參數(shù)等的標(biāo)定。為了檢驗(yàn)所研究開發(fā)的電控標(biāo)定系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，檢驗(yàn)其可靠性及穩(wěn)定性，需使用該系統(tǒng)進(jìn)行柴油機(jī)電控系統(tǒng)配裝某柴油機(jī)機(jī)型的實(shí)驗(yàn)。1223344T1TRANS1C3400V/47UFD2HER107R356K/1W C4222/1KVQ16N60F12A\250v D3HER107 R7 10 C825V/10UF123 Q2SIPR16R610/1W C5222/1KVC725V/1000UC9104R2650K/1WC6 105R530kR8390C3116V/10uFR120R41/1WR331KC2104R3091K123456781CR6848T21234D1BRIDGEU1T3OPTOISO1D4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODEC10C11C14C15C12C13RINC NCSENSEVDD+5V+12V12V+12V+12V12V12 3D12TL431+220V7圖 2 電壓轉(zhuǎn)換電路12V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V，16V,18V,24V 等多路輸出的電源，針對這一問題根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了出 12V 升 24V 基于兩相步進(jìn)升壓型 DC／DC 控制器 LT3782設(shè)計(jì)電流輸出的升壓型 DC／DC 模塊的方法。對輸出場效應(yīng)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(gè)輸出相位差 180176。電源效率高，對散熱的要求小。27 引腳連接輸入電源；4 引腳接地；11 引腳用來設(shè)定開關(guān)頻率；20 和 23BGATE 引腳用來驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管的柵極；8，9，1 2 和13SENSE 引腳用來反饋場效應(yīng)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(shè)定輸出電壓值。 14 引腳是軟啟動(dòng)引腳，當(dāng)加電時(shí)，輸出電壓從 0 V 漸變到設(shè)定的輸出電壓值，典型的啟動(dòng)時(shí)間可以由下8式計(jì)算： 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(dòng)時(shí)間。電阻 R1 用來設(shè)定 LT3782 的開關(guān)頻率，LT3782的開關(guān)頻率在 150～500 kHz 之間可編程。參照 LT3782 數(shù)據(jù)手冊，通過輸入／輸出電壓關(guān)系和占空比可以推算出 N 溝道場效應(yīng)管的峰值電流約為 15 A。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。ECU是柴油機(jī)電控系統(tǒng)的核心，也是技術(shù)含量較高的部件，設(shè)計(jì)難度較大。要求功能專用、環(huán)境適應(yīng)性好和可靠性高。模擬量輸入電路完成發(fā)動(dòng)機(jī)和其它裝置的模擬信號的調(diào)理9和采集。頻率量輸入電路主要完成發(fā)動(dòng)機(jī)的脈沖信號的調(diào)理和采集。開關(guān)量輸出電路主要完成ECU輸出信號的傳輸，常用的驅(qū)動(dòng)負(fù)載是信號燈、繼電器和電磁閥等。模擬量輸出電路主要完成模擬表的驅(qū)動(dòng)。在柴油機(jī)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。 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(jì)算機(jī)，完成ECU對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)檢測。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(zhuǎn)速的變化而變化。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。由于計(jì)算機(jī)只能識別數(shù)字量，故模擬電信號必須通過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)。柴油機(jī)電控系統(tǒng)中，采集的數(shù)字信號主要是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和止點(diǎn)位置信號。（1）被測對象的信號拾取。它包括實(shí)時(shí)性與測量精度，同時(shí)使這些測量信號能滿足計(jì)算機(jī)輸入接口的電平要求。由于在該通道中，主要是傳感器和傳感器有關(guān)的信號調(diào)節(jié)、變換電路、故也可稱為傳感器接口10通道。為了減少輸出損耗、防止干擾，常常不惜將輸入通道與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分開，將輸入通道部分放置到對象現(xiàn)場中。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(yán)重影響著輸入通道的方案設(shè)計(jì)。因?yàn)樵谳斎胪ǖ乐?，必須將傳感器輸出的初次電信號，轉(zhuǎn)換成能滿足計(jì)算機(jī)輸入要求的TTL邏輯電平信號。（5）由于傳感器常常是模擬量、微弱信號輸出，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)要求的信號電平時(shí)，必須借助一些模擬電路技術(shù)。這些電路的處理技術(shù)有一定難度。傳感器輸出信號一般都教微弱，常常需要一個(gè)增益系統(tǒng)，這些是柴油機(jī)電控系統(tǒng)中最重要的一個(gè)干擾進(jìn)入渠道。開關(guān)輸入級電路根據(jù)ECU的電源系統(tǒng)有隔離輸入和非隔離輸入。當(dāng)輸入電壓5V或開路時(shí)，U0為高電平，信號無效。R2 C2是輸入端的信號濾波電路。D3是防止反向電壓損壞U1。11圖 5 隔離開關(guān)輸入電路 當(dāng)ECU的工作電源為非隔離電源系統(tǒng)時(shí)，可采用圖6的開關(guān)輸入電路。Ul(74HCl4)的作用是施米特整形和隔離。原因是：在車用電器系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)是24V系統(tǒng)，而且是電源負(fù)極接車體。這樣，開關(guān)輸入端的裝置和輸入線纜在出現(xiàn)故障時(shí)，大多數(shù)故障是接地和開路。另外，電路在可能的最大輸入電壓下和反接的情況下，保證電路的安全。模擬量輸出通道將單片機(jī)輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成為模擬信號（電壓和電流），作用于執(zhí)行器以實(shí)現(xiàn)對別控制對象的控制，例如要控制比例電磁鐵、動(dòng)圈式力馬達(dá)，就必須先將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換12成為模擬信號，即電壓；將此電壓信號傳送到功率放大級，繞后作用于這些執(zhí)行器。開關(guān)輸出電路，單片機(jī)輸出口受驅(qū)動(dòng)能力的限制，一般情況下均需要經(jīng)過接口電路才能和外部設(shè)備相連。一般情況下，設(shè)計(jì)輸出電路時(shí)應(yīng)考慮：輸出電壓和電源電壓；輸出電流；開關(guān)頻率(上升和下降時(shí)問)：隔離和抗干擾性能一般的輸出電路設(shè)計(jì)，就是根據(jù)負(fù)載的上述要求，選用相應(yīng)的功率器件(三極管、MOS管和IGBT管)，進(jìn)行功率的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。在ECU的開關(guān)輸出電路設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮如上參數(shù)外，必須保證外部電纜和負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)輸出電路的安全。為了達(dá)到如上要求，一般選用高位驅(qū)動(dòng)的開關(guān)輸出電路，結(jié)構(gòu)如圖7：二二二二二 二二二二 二二二二二二 二二圖 7 高位驅(qū)動(dòng)的開關(guān)輸出電路結(jié)構(gòu)圖模擬量輸出通道：模擬量的輸出通道就是將單片機(jī)輸出的數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬量。對于模擬量輸出通道，要求可靠性高，滿足一定的精度，還必須具有保持剛能。主要特性：（1）數(shù)字輸入特性。D/A轉(zhuǎn)換器一般只能接受二進(jìn)制數(shù)碼，當(dāng)輸入數(shù)字代碼為偏置碼或補(bǔ)碼等雙極性數(shù)碼時(shí)，應(yīng)外接適當(dāng)偏置電路才能實(shí)現(xiàn)。(2)數(shù)字輸出特性是指D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電量特性，多數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器采用電流輸出。只要求輸出電壓在輸出電壓允許范圍內(nèi)，輸出電流與輸入數(shù)字間保持正確的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而與輸出電壓的大小無關(guān)，對于輸出特性為非電流源特性的D/A轉(zhuǎn)換器，無輸出電壓允許范圍指標(biāo)，電流輸出端應(yīng)保持公共端電流或虛地，否則將破壞其轉(zhuǎn)換關(guān)系。參考電壓源是影響輸出結(jié)果的模擬參量，它是重要的接口電路。參考電壓的配置多數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器不帶參考電壓源，因而設(shè)計(jì)D/A接口電路時(shí)要配置參考電壓源。由于能隙電壓源工作在正常線性區(qū)域，因而內(nèi)部噪聲小，工作穩(wěn)定性好，在制作精密參考電壓源是經(jīng)常采用。R2R1RPVR2+VsVSV0R2R1RPVSA