2.2.1　ECU的基本结构

电控单元(ECU)是电子控制系统的核心,它由单片机硬件电路和控制软件组成,负责信息的采集、处理、计算和执行,并将运行结果作为控制指令输出到执行器,同时与其他的ECU进行通信,把某些运行状态进行显示,并对整个控制系统进行故障诊断。

ECU通过传感器采集的信号不断检查柴油机的状态,计算符合条件的燃油喷射量等,启动执行器以及将柴油机控制到最佳状态,ECU 也具有诊断功能,可用于记录系统故障。电控单元(ECU)的功能控制如图2⁃3所示。

图2⁃3　电控柴油机控制功能

(1)主要功能

电控柴油机ECU的主要功能是控制燃油喷射时间和燃油喷射量,最主要是喷油时间的控制。

① 喷油量的控制。驾驶人通过电子油门提供驾驶意图,控制器ECU决定整个运行范围内的喷油量和最佳供油时刻;可以有几十种喷油量控制模式(稳态和瞬态)。

② 喷油规律的控制。在电控系统设计时,已经考虑了适当的喷油规律,高压共轨系统常以多次喷射来实现。

③ 喷油提前角控制。完全由控制器ECU自动控制。

④ 喷油压力的控制。完全由控制器ECU自动控制。

(2)ECU内部构件

ECU内部的元器件主要有:

① 单片机。所谓单片机就是在一部ECU中只有一片,是整个ECU的核心部件,所有逻辑处理功能都是其内部完成的,而其他的元器件多数都是为单片机提供服务而设置的。

② 系统服务元器件。所谓系统服务元器件主要是为单片机和其他元器件的工作提供条件,例如:用于提供系统工作激励脉冲的晶振芯片,用于提供内存容积扩充的存储芯片,用于提供系统电源服务的芯片,等等。系统服务元器件主要为专用的集成电路。

③ 通信服务元器件。一台完善的单片机ECU都带有自身通信功能,在其单片机内布置有CAN模块,可以在内部就提供CAN通信功能。但在实际使用过程中,要实现通信功能必须具备对通信线路的驱动能力,因此就需要配备为CAN通信服务的外围驱动芯片。

④ 输入通道元器件。输入通道元器件主要用于接收输入信号,起到对输入的信号整形、传导、保护性隔离等作用,并将这些输入信号安全可靠地送达单片机且不会对系统造成任何安全损害。此类元器件主要是贴片电阻、电容、二极管及光耦合器等。

⑤ 输出驱动元器件。输出驱动元器件用于驱动输出设备。通常单片机输出的控制信号的负载能力有限,为使输出信号能够直接带动执行元器件工作,就必须对单片机输出的控制信号进行功率放大处理,以便安全有效地带动执行器工作。

输出驱动元器件主要是一些大功率的晶体管,它们可以控制高达几十安的工作电流,充分满足柴油机的控制需要。除此之外,还需要一些特殊的电容和电感元件,这些电容和电感元件通过对电能的积蓄和释放,能够在瞬间产生极高的驱动电压(80V或更高),满足柴油机电控燃油系统的驱动要求。

如图2⁃4所示为一款电控柴油机使用的专用线束接线原理图。ECU不仅要连接电控柴油机的各个传感器,还要连接各个执行器,所以在柴油机上就需要布置几十条相关导线,如果这些导线布置不当,就可能严重影响电控柴油机的正常工作。在用电控柴油机上一般都是将导线分类制成线束及相应的接插端子,从而很好地保证了所有导线的正确安装和整洁。

图2⁃4　电控柴油机线束接线原理示意图