柴油机高压共轨燃油系统电控单元的模块化设计.docxVIP

柴油机高压共轨燃油系统电控单元的模块化设计 1 高压共轨电控喷油系统 驱动器电气技术的关键和核心是电机喷油技术。一个理想的柴油机喷油系统应具有:高喷油压力(100MPa以上),且压力的大小可根据工况需求灵活调整;喷油定时和喷油量可精确灵活地控制;喷油率的优化控制;与整机的匹配灵活。高压共轨电控喷油系统可满足上述要求。高压共轨喷油电控喷油系统、汽油直喷技术和DME代用燃料被世界内燃机行业公认为20世纪三大突破。 微处理器在汽车电控系统中的应用,经历了从8位、8位和16位并存、16位、16位和32位并存等阶段,但由于控制系统功能的复杂化以及可靠性等要求的提高,32位微处理器已经成为主流。本文介绍了自行开发的基于Motorola公司32位高性能微处理器MC68376的柴油机高压共轨燃油系统电控单元。 2 高压系统及控制部分 设计开发的高压共轨燃油系统以玉柴机器股份有限公司的YC6112ZLQ150型柴油机为基础,只需改变很少的部件就可匹配不同型号的整机。系统结构如图1所示。 系统将低压输油泵和高压油泵设计成一体,利用转速为曲轴转速一半的前端齿轮传动系统驱动油泵。整个工作过程为:低压输油泵将燃油从油箱泵到高压油泵的输入端;利用两个三作用型凸轮和两个柱塞副,在压力控制阀(PCV)的控制下,根据所需压力调节柱塞的有效行程,将高压油送入共轨管,使之得到所需的燃油压力;共轨管与喷油器相连,喷油器在电磁阀的作用下把燃油喷入气缸,另一部分燃油流回油箱。在输油泵和共轨管上都设计了油压限制单向阀,以保证燃油压力不超限。此外,在喷油器高压油管相连的共轨管出口处还设计了流量限制器,它的作用是:正常喷油时,减小共轨管和高压管路内的压力波动;非正常供油(如高压油管破裂或大量泄漏)时,切断油路,保护柴油机。 ECU的主要功能是:根据柴油机的需求实时准确地采集传感器系统(包括一些开关量)的参数,经处理后送给上层的控制软件;运用从上层得到的控制参数,按照一定的顺序驱动执行器执行;与系统监测软件通讯,达到实时监测运行参数的功能;与标定系统通讯,达到在线标定功能;与诊断仪通讯。ECU的设计主要包括:硬件电路的设计,底层控制软件的设计和可靠性的设计。 3 人格硬件技术 ECU的硬件设计遵循模块化设计的原则,使设计、调试、修改整个过程简洁明了。ECU硬件主要包括:微处理器模块、电源模块、信号采集处理模块、输出与驱动模块和继电器保险丝指示灯总成。图2为ECU硬件结构示意图。 3.1 u3000其他智能处理器 微处理器模块由MC68376微处理器及其扩展辅助电路组成。 由于系统的结构复杂,输入参数和输出控制对象较多,控制软件程序较大,具有监测标定和故障诊断的功能,同时又要考虑系统的通用性和可扩展性,因此本系统选用Motorola公司功能强大的32位微处理器MC68376。它内部集成了多个智能化的、独立的功能模块:CPU32、系统集成模块SIM、队列串行模块QSM、CAN2.0B控制模块TouCAN、队列模数转换器QADC、可编程定时器模块CTM4、定时处理单元TPU、片上RAM等。其中TPU是该处理器功能最强的模块,与时间相关的输入输出都可以采用该模块。TouCAN为该处理器的一大亮点,大多数的通讯功能都采用该模块。QADC可以处理多达44路的A/D转换。该微处理器的运用,省掉了大量的电路设计工作。 微处理器模块还包括一个可以在系统断电以后仍然能计时的电路,用以记录两次启动的时间间隔,从而为起动策略做好基础,保证了启动的成功率。 微处理器模块扩展辅助电路包括128K Flash ROM(16位)和两片64K RAM(8位)的扩展电路,晶振电路(主频16MHz),电源监视电路和通讯接口电路。通讯接口电路包括RS232和CAN,其中CAN的接口电路需要独立的DC/DC隔离电源和光耦的隔离。 3.2 电源对电磁阀过充电压的要求 ECU由蓄电池(24 V)供电。ECU对电源的要求是:大多数电路为单5 V电源,±12 V电源对输入信号进行滤波处理,24 V电源驱动PCV电磁阀,110 V电源驱动喷油器电磁阀,CAN通讯的接口电路需要DC/DC隔离。在起动或蓄电池过放电时,蓄电池电压有可能低至16 V,在蓄电池过充电时能高达28 V。ECU要求蓄电池电压在16～28 V范围内波动时仍能维持正常运转,对电源的设计要求很高。 ECU电源模块包括高压模块和低压模块。高压模块采用自行设计的开关电源,具有结构小巧、宽范围输入情况下输出电压稳定、具有很强的带负载能力等特点,达到了系统的要求。低压模块采用多通道输出的DC/DC电源模块,具有处理电路少、稳定性和可靠性高的优点。 3.3 传感器及模拟信号 作为电控系统的重要组成部分,传感器信号采集处理模块的准确性、再现性、及时性、可靠性、稳定性将影响到