導(dǎo)讀：康明斯柴油發(fā)電機(jī)不僅動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性好、并且耐用、可靠性好。但是如果不了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將導(dǎo)致在之后的使用中維護(hù)不當(dāng)而引發(fā)多種故障。以下主要介紹柴油發(fā)電機(jī)電控系統(tǒng)的知識(shí)。
1、電子控制單元概述
電子控制單元的基本功能包括燃油噴射控制、排放控制和優(yōu)化燃燒等。電控單元還可完成其他輔助功能，如起動(dòng)控制、預(yù)熱控制和柴油發(fā)電機(jī)制動(dòng)控制等。
控制單元接收來(lái)自傳感器和開(kāi)關(guān)的輸人信號(hào)，通過(guò)微處理器進(jìn)行運(yùn)算后，再向執(zhí)行器發(fā)出控制信號(hào)。運(yùn)算程序（即軟件）存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，微處理器能調(diào)用這些程序，以執(zhí)行特定的運(yùn)算?？刂茊卧捌湎嚓P(guān)組件被稱作“硬件"。控制單元內(nèi)存儲(chǔ)了進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)管理所必需的全部開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制算法。驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的輸出電路也集成到ECU內(nèi)，因此ECU金屬盒外殼設(shè)計(jì)、安裝要考慮散熱問(wèn)題。
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電控系統(tǒng)功能圖 |
2、微處理器
微處理器是由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理器，負(fù)責(zé)程序控制和算術(shù)邏輯運(yùn)算。微處理器的基本組成包括寄存器（即微處理器內(nèi)部的RAM）、運(yùn)算器、時(shí)序控制電路及數(shù)據(jù)和地址總線。微處理器能完成獲取指令、執(zhí)行指令，以及與外界存儲(chǔ)器和邏輯部件交換信息等操作'是微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算控制部分。它與存儲(chǔ)器、串行接口及外圍電路芯片組成完整的電子控制單元（微型計(jì)算機(jī)）。
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ECU內(nèi)部信號(hào)處理示意圖 |
3、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
微處理器需要按照軟件程序來(lái)正確執(zhí)行各項(xiàng)功能。這些程序以二進(jìn)制數(shù)的形式存儲(chǔ)在程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之中。這些二進(jìn)制數(shù)被CPU讀取并翻譯成一條可執(zhí)行的命令。
程序存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器(ROM、EPROM、FEPROM）中。這些只讀存儲(chǔ)器中還存放了其他數(shù)據(jù)，如發(fā)電機(jī)組信息、特征曲線及MAP圖等。這些數(shù)據(jù)在發(fā)電機(jī)組使用過(guò)程中是不可改變的。它們的作用是調(diào)節(jié)各種開(kāi)、閉環(huán)程序控制過(guò)程。程序存儲(chǔ)器可以和微處理器集成在一起，根據(jù)需要也可以通過(guò)安裝獨(dú)立元件（如EPROM或FEPROM）的方法進(jìn)行擴(kuò)展。
（1）ROM程序
存儲(chǔ)器可以使用ROM（只讀存儲(chǔ)器）。這種存儲(chǔ)器內(nèi)的內(nèi)容是在制造時(shí)就寫人的，并且不可更改。安裝在微處理器中的ROM容量有限。這就決定了在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能時(shí)，微處理器需要額外的ROM。
（2）EPROM
存儲(chǔ)于EPROM（可編程只讀存儲(chǔ)器）中的數(shù)據(jù)可用強(qiáng)紫外線照射來(lái)擦除。新程序可由編程器寫人。EPROM通常是一個(gè)獨(dú)立的器件，通過(guò)地址、數(shù)據(jù)總線與CPU相連。
（3）Flash-EPROM（FEPROM）
它是電可擦寫設(shè)備，這使在工廠內(nèi)，不打開(kāi)ECU，重新寫人程序成為可能。在這一過(guò)程中，ECU通過(guò)串行接口與編程器相連。如果微處理器也安裝了ROM，則表示它內(nèi)置了Flash編程器。Flash-EPROM和微處理器通常集成在一塊芯片上，這是FEPROM相較于傳統(tǒng)EPROM的最大優(yōu)點(diǎn)。
4、ECU的輸入信號(hào)
ECU的輸人信號(hào)，是ECU進(jìn)行運(yùn)算的依據(jù)，包括傳感器信號(hào)和開(kāi)關(guān)信號(hào)。輸人信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線和插頭傳送到控制單元內(nèi)部。
（1）輸人信號(hào)的類別
輸人信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩類，這些信號(hào)來(lái)自各類型的傳感器和開(kāi)關(guān)。
① 模擬輸人信號(hào)
模擬輸人信號(hào)的電壓值可在給定范圍內(nèi)連續(xù)變化。傳感器測(cè)量到的各種物理量，如進(jìn)氣量、蓄電池電壓、進(jìn)氣歧管壓力和增壓壓力、冷卻溫度及進(jìn)氣溫度等都是模擬信號(hào)。ECU內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)會(huì)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理單元可以處理的數(shù)字信號(hào)。
② 數(shù)字輸人信號(hào)
數(shù)字輸人信號(hào)只有兩種狀態(tài)，分別是“高''和“低''（或是邏輯1和邏輯0）。典型的數(shù)字輸人信號(hào)有開(kāi)關(guān)信號(hào)和數(shù)字傳感器輸出信號(hào)。常見(jiàn)的數(shù)字傳感器有霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、磁阻轉(zhuǎn)速傳感器等。微處理器可以直接處理這些數(shù)字信號(hào)。
（2）輸人信號(hào)的處理
控制單元是整個(gè)柴油發(fā)電機(jī)管理系統(tǒng)中的核心器件。微處理器依據(jù)輸人信號(hào)完成各項(xiàng)開(kāi)閉環(huán)控制功能。計(jì)算機(jī)嚴(yán)格檢查由傳感器和各功能開(kāi)關(guān)所提供的輸人信號(hào)，確認(rèn)信號(hào)真實(shí)、有效后，信號(hào)會(huì)被處理器接收，并在程序運(yùn)算中應(yīng)用。
5、變量存儲(chǔ)器或主存儲(chǔ)器
為了存儲(chǔ)變量數(shù)據(jù)，如中間變量或信號(hào)值，控制單元還需要一種可讀寫的存儲(chǔ)器。
（1）RAM
瞬時(shí)值通常存儲(chǔ)于RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）中。RAM和相比，最大區(qū)別是斷電后保存在RAM上面的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)消失，而ROM上面的數(shù)據(jù)不會(huì)消失。如果運(yùn)算過(guò)程比較復(fù)雜，則控制器需要更多的RAM來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這些附加的RAM通過(guò)地址、數(shù)據(jù)總線與ECU連接。當(dāng)關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)，RAM中的數(shù)據(jù)也隨之丟失，因此RAM又稱為易失存儲(chǔ)器。
（2）EEPROM
前面提到，RAM在斷電時(shí)會(huì)丟失所有數(shù)據(jù)，特別是在關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)。有些不能丟失的數(shù)據(jù)，如防盜系統(tǒng)密碼或故障碼，只能存儲(chǔ)于非易失性存儲(chǔ)器中。EEPROM是一種電可擦寫EPROM，它與FEPROM的不同之處在于，EEPROM可以對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行擦寫操作，可以多次重復(fù)擦寫。這就是說(shuō)，EEPROM可被用作非易失可讀寫存儲(chǔ)器。
（3）ASIC
隨著ECU功能日趨復(fù)雜，市場(chǎng)上的微處理器計(jì)算能力不足的問(wèn)題顯現(xiàn)了出來(lái)?，F(xiàn)在，解決這個(gè)問(wèn)題的方法就是應(yīng)用ASIC模塊。這種集成電路是按照ECU開(kāi)發(fā)部門的要求設(shè)計(jì)制造的，在ASIC上安裝了更多的RAM及輸人輸出通道，甚至還可以產(chǎn)生PWM信號(hào)。
6·輸出信號(hào)
微處理器發(fā)送輸出指令到驅(qū)動(dòng)級(jí)，再由驅(qū)動(dòng)級(jí)控制執(zhí)行器工作。有時(shí)，可能需要經(jīng)過(guò)多級(jí)驅(qū)動(dòng)才能操縱大功率設(shè)備。輸出級(jí)應(yīng)能承受對(duì)地短路或蓄電池電壓波動(dòng)所造成的威脅，還要具備一定抗熱能力。
（1）通斷信號(hào)
這些信號(hào)用來(lái)控制只有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)的執(zhí)行器。如受ECU控制的預(yù)熱繼電器、起動(dòng)繼電器、柴油發(fā)電機(jī)制動(dòng)電磁閥等。
（2）PWM信號(hào)
PWM信號(hào)指頻率不變，但占空比（高電位占循環(huán)周期的比率）可以進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的方波信號(hào)。PWM信號(hào)用于控制可變位置執(zhí)行器。PWM信號(hào)可以調(diào)節(jié)執(zhí)行器輸出電流，從而調(diào)節(jié)執(zhí)行器開(kāi)度。共軌柴油發(fā)電機(jī)的燃油計(jì)量單元（EEC閥）就是由PWM信號(hào)控制的。
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