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性能特点和作用说明 |
电控柴油发电机的ECU功能 |
摘要：ECU是柴油发电机的综合控制装置，其功能是根据自身存储的程序对发动机各传感器输入的各种信息进行运算、处理、判断、然后输出指令，控制有关执行器动作，达到快速、准确、自动控制柴油发电机组工作的目的。ECU来控制柴油从油泵（打油用）到共轨管（储存平衡柴油压力）到喷油器（使柴油雾化，与燃烧室里的空气混合，行程可燃烧的燃油气）按照一定压力、时间、射速喷射到燃烧室中，达到精确喷油的效果，燃耗更低，燃油利用率更高，排放更环保等等，他取代了传统的的喷油泵供油方式。
一、ECU的功用
许多维修人员将柴油发电机电控系统中的ECU称为“黑匣子”，它是柴油发电机电控系统中最重要的核心部件，用从传感器、目标设定值传感器以及通过CAN总线传输过来的信息（数据）作为输入，经过计算处理、分析判断、决定对策，然后输出控制指令，指挥调节执行机构（执行器）进行相应的调节功能。同时，它还给传感器提供稳压电源或参考电压，其全部功能是通过各种硬件和软件的组合来完成的。借助于大规模集成电路已经可以将复杂多样的几百个元器件全部集成在1～2块多层电路板上，并封装在一个十分紧凑的铝制外壳中屏蔽起来。
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ECU整体视图 |
柴油发电机ECU电路示意图 |
二、ECU的工作条件
对ECU的要求很高，因为它的工作条件非常恶劣。
1、极端的工作温度，在正常情况下为-40～125℃。
2、剧烈的温度波动。
3、受油、燃料等材料的影响。
4、潮湿环境。
5、机械作用，如发动机抖动。
ECU在起动电压不足（冷起动）或充电电压过大（车载电子系统电涌）时都要能正常工作。另外，电子系统还要满足EMC（电磁兼容性）的要求。电子抗干扰标准和对高频信号干扰限制尤为严格。
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柴油机电控控制单元ECU外观示意图 |
三、ECU的数据运行处理
（1）输入信息处理部分
输入电路将各种传感器传输来的信号经过滤波（过滤掉干扰信号）、整形和放大处理，模拟量还要经过模-数（A-D）转换，转变成ECU能接收且量程合适的数字信号。
（2）微处理器系统
根据输入的信息和内存的调节策略以及数据、图表等进行分析和运算而产生控制指令。微处理器系统包括微处理器（CPU）、各种存储器、输入输出接口（I/O），以及在CPU、存储器和I/O之间传递信息的数据总线、地址总线和控制总线及产生时间节拍脉冲以控制ECU运作的计时器等。微处理器系统的各部分通常全部集中在一块芯片中，即所谓的单片机。
（3）输出信息处理部分
将ECU输出的只有mA级的各种控制指令调制、放大成可以驱动各种执行器的控制信号并输出，并保障ECU抗短路和过热的安全性。控制执行器的信号有两种：一种是使执行器实现通断功能的开关信号，另一种是脉冲宽度调制（PWM）信号，它们具有恒定频率的矩形信号和可变的接通持续时间，可使诸如EGR阀和增压压力调节器等执行器达到各种任意的位置。
（4）内存软件
在柴油发电机ECU储存的软件中，既有各种用于ECU 自身运行的驱动程序，也有为控制发电机组及其发动机运行而编制的专用程序。这些专用程序就是对每一个受控过程的数字化描述，将各种传感器采集和输送的各种信息和数据，经过分辨、计算、比较和逻辑分析，再将得到的结果变换成驱动各个执行器的控制指令，指挥执行器及时而准确地动作，完成控制和调节过程。各种用于信号处理的计算公式、逻辑分析方法和数据表格等均可编成程序储存在存储器中。此外，作为抗电磁干扰的措施之一，通常对输入的数据采用软件滤波或采用傅里叶变换和小波变换等成熟的数据处理方法进行处理，这些处理软件也被放入内部存储器中。
在软件设计中，还必须考虑运行故障的判断、记载和读出。当然，进行故障自诊断不能只依靠软件，还需要有硬件电路的帮助，需要有更多的传感器提供足以判断故障的信息，电控系统都采用MAP来确定控制量的目标值。例如，对于柴油发电机的电控喷油系统而言，最基本的控制目标就是喷油量和喷油提前角（对于共轨喷油系统还有喷油压力），它们应随柴油发电机转速和负荷工况而变，当然也视具体柴油发电机机型而异，为此电控柴油发电机在开发过程中必须事先经过大量的标定试验寻找出对应于各个转速和负荷工况下的最佳目标值，以二维数表的形式存入ROM等存储器中，运行时只要根据柴油发电机的具体运行工况，对照MAP的要求，即可给出相应的控制和调节指令，以控制相关的执行器（喷油泵或喷油器的电磁阀）按时准确地动作，从而达到优化喷油过程的目标。
除了主要对喷油过程进行控制之外，ECU还必须对柴油发电机其他系统和有关附件的运行进行控制，例如EGR和增压系统等的控制阀以及冷却风扇、起动机、发电机和空调设备的开关等。所有控制指令均来自微处理器的数字信号，由于它们的电流很小（mA级），需经输出级（终端模块）调制和放大后，才能生成各种开关、继电器、数显和驱动电磁阀等执行器的输出信号。其中PWM信号是ECU最常用的脉冲输出信号，这是一种频率一定但通电（脉冲）时间变化的方形数字信号，每一个脉冲高电平占据的时间称为脉宽b，它与两个脉冲时间间隔之比（a/b）称为占空比。PWM信号的优点是既可以用于控制惯性较大和反应较缓慢的电磁阀（如EGR和增压系统的控制），只需改变占空比，就能改变输出信号的平均电压，从而能控制这类电磁阀的动作；同时，也可以用于喷油器高频电磁阀的控制，这时喷油器针阀质量轻、惯性小，升起和落座迅速，因此只需调节PWM信号的频率，使喷油过程在一个脉冲内完成，即可用PWM信号的脉宽来控制喷油器针阀开启时间的长短，以完成喷油量的精确控制。
四、ECU的储存器
柴油发电机ECU的储存器中储存着数据和计算调节策略用的程序。它们根据功能的不同，主要有以下几种形式的存储器：
1、ROM（只读存储器）
ROM是一种读存储器，其中的内容由制造商确定后不能再改变。
2、EPROM（可擦可编程只读存储器）
储存的内容可在紫外线照射下擦除，而新内容可用专门的编程器写入。
3、EEPROM
它是作为不会丢失的写-读存储器被应用的，例如用于储存防盗锁码或故障存储器信息。与Flash-EPROM（快擦写只读存储器，简称闪存）不同，EEPROM中的每一个储存单元能够单独擦除。例如仅擦除故障存储器。此外，它是为多次写循环设计的。
4、Flash-EPROM
它是一种通过电路可擦可编程的只读存储器。由于其所具备的优越性，越来越多地取代传统的EPROM，它还能在维修站用合适的诊断仪重新进行编程。
以上4种ROM类存储器用于储存在切断电源后也不会丢失的长期信息，如控制逻辑软件、计算程序以及控制参数的目标值［如各种脉谱图（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在修改程序和数据上那样灵活和方便，特别是EEPROM和Flash-EPROM可以直接由微处理器改写其内容，而且可以只改写部分内容，因此目前得到越来越广泛的应用，甚至有的单片机不加区分地将所有信息都储存在EEP-ROM和Flash-EPROM中。它们均可以在生产线上根据柴油发电机型号与要求的不同，写入新的程序或选取一部分已经写入的程序，即具有EOL（End of Line）功能，这就为多种型号柴油发电机共用一个型号的ECU提供了可能。
E.RAM是一种写-读存储器，ECU可用它来暂时存取当前的运行和信息数据，如传感器输入的实时信息、计算过程中的数据等，这些信息和数据在柴油发电机运行中实时被更新，但是点火开关断开后，其中储存的信息和数据将全部丢失。
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