1. 单体泵电控系统的组成
整个发动机电控系统由三部分组成,即输入部分、电子控制单元(ECU)和输出部分。对于电控单体泵系统而言,其燃油系统属于每缸一泵的机械式喷油器系统,因而其执行器为四路油泵电磁阀驱动模块。此外,电控系统还应具有废气再循环、涡轮增压器控制等功能。电控单体泵系统组成框图如图 2 所示。
通过对发动机上各种传感器输入信号的监测,该系统能够对柴油机各种运行工况进行实时监控,并根据控制策略查找相应的 MAP 图,然后输出脉宽和正时信号,驱动电磁阀,实现对柴油机喷油量和喷油正时的控制。
2. 电子控制单元
电子控制单元 ECU 硬件和软件构成了发动机控制器的主体。
ECU 硬件由数字和模拟信号输入处理模块、微处理器模块、输出驱动模块三部分组成。输入模块包括传感器、开关信号处理接口电路;微处理器模块由 MCU 模块(TriCore 1766微处理器),电源模块(3.3V、5V 等),通信接口电路等模块组成,其中,Infineon 公司功能强大的 32-Bit 微处理器 TC1766 的选用,为整个系统的硬件以及软件设计提供了丰富的资源,大大简化了控制系统的软硬件设计;输出驱动模块(未来应包括高压电源模块)为对应于执行器的功率驱动接口电路。
ECU的软件系统应采用实时多任务的调度机制,实现了控制系统软件的实时多任务的管理,且对整个电控单体泵上层控制策略实现了基于V 模式的开发,一方面提高了系统的实时性和控制精度,另一方面缩短了产品的开发周期,降低了开发成本。控制策略是控制系统的核心,他直接可以体现出控制系统功能的完备性和控制效果的有效性。
3. 单体泵喷油系统的特点
(1)显著提高了燃油喷射压力。
(2)实现了燃油喷射的数字化控制。在控制喷油量和喷射正时的同时,实现分缸平衡控制。
(3)响应速度快。喷油正时的控制精度高于0.1°曲轴转角,比机械式控制高5倍以上,电磁阀响应时间小于0.45ms。
(4)喷油控制精度高。
最小喷油量控制精度为3mm3/循环,比机械控制精度高 3 倍以上。
(5)电控系统与柴油机匹配方便快捷,具有在线标定,分缸平衡控制,故障诊断功能。工况适应性广,在发动机不同运行工况下,根据控制策略采取相应的MAP图,能实现各工况性能的优化,最终实现柴油机整体性能的最优化。
(6)智能化控制的ECU能对柴油机进行全面监控并与整车电控单元进行通讯,从而使柴油机运行安全高效、经济性好、排放低。
三、柴油机电控系统基本原理
从控制原理来看,柴油机的电子控制系统可以简化为传感器、控制器(ECU)和执行器三大组成部分。传感器是感知信息的部件,功用是向ECU提供汽车运行状况和发动机工况等。ECU 接收来自传感器的信息,对信息进行处理和判断后发出相应的控制指令给执行器。执行器即执行元件,其功用是执行 ECU 的专项指令,从而完成控制目的。传感器、控制器(ECU) 和执行器三部分相互间的工作关系如图 3 所示。
其工作原理如下:ECU 根据由转速、油门踏板位置、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器采集到的发动机运行状态,用设定的控制逻辑进行计算,根据计算结果控制喷油系统执行电磁阀的动作,实现对燃油喷射量、喷射正时和喷射压力的精确调节。由于燃油的喷射量、喷射正时和喷射压力在柴油机整个转速和负荷范围都可以通过标定实验最优化,因此电喷柴油机可以实现在满足严格的排放标准条件下的最佳燃油经济性。