原创 【博客大赛】简述汽油直喷ECU主要功能

这是一篇投稿，主要介绍汽油直喷控制器的功能。这个对我而言也难了一些，做动力总成的朋友们，面对很困难的问题，你们是直面惨淡的人生啊。

汽油直喷ECU系统主要优点是降低燃油消耗及废气的排放，通过电子控制单元对在发动机周边的传感器与执行器进行信号的采集与控制，已达到最佳空燃比的过 程。ECU系统包括硬件系统、底层软件驱动和上层控制策略，是通过这三者完成汽油发动机的最经济和最佳点火喷油。
在硬件系统中，需要设计控制发动机和采集发动机信号的各个单元电路，而控制发动机的这些器件就是所谓的“actuator“执行器，相应的要对控制的发动 机得到一输出反馈，是通过”sensor“传感器进行采集，数据通过处理电路后送至ECU核心—MCU。当MCU采集到获得的实时数据要与已经过大量试验 的数据进行比较，比较后输出的控制信号再控制执行器以更好地控制发动机动作。由于涉及的执行器、传感器较多，所以将主要器件的功能进行描述。
曲轴传感器：正常汽车启动时是先通过点火，这里的点火是将汽车钥匙由“OFF“拧到”ON“挡，与此同时对应的引发起动机的工作，起动机带动发动机曲轴、 凸轮轴转动，这时曲轴传感器Crank Shaft Sensor和凸轮轴传感器 Cam shaft sensor采集信号，经过处理电路后，由MCU处理，MCU将通过对应齿位（点火正时）进行点火，这里的曲轴信号控制着ECU点火、喷油的时间。曲轴传 感器分为磁电式、霍尔式和光电式，应用较多的是前两者，磁电式曲轴传感器随着转速的提高输出电压也会很高，变化范围在150mv~210V（DG9），而 如此大的电压信号是需要处理电路进行处理才能被MCU采集，不同厂家采用的处理方式会不同，但大致是以专用集成芯片进行采集，会将电压箝位在5V以内，输 出的信号为58个脉冲方波，其中有两个方波周期长度的缺齿以作为校正使用。
喷油器：喷油器的功能是喷射高压燃油，喷油器选型为BOSCH的HDEV系列喷油器。通过喷油驱动电路控制喷油器的电磁阀动作，电磁阀的电流及电压波形如下图所示：

图1 喷油器控制
不同厂家会选择不同的喷油控制芯片，但对喷油器的控制是固定的。高压喷油器的一个完整的喷射周期，包括以下五个阶段：
1. 电流提升阶段booster phase
2. 抬起阶段PickUp phase
3. 续流阶段1 freewheeling phase
4. 保持阶段 holding phase
5. 续流阶段2 second freewheeling phase
关于各个阶段的特点、各个阶段之间如何转换、每个阶段高边及低边开关的状态等。
图2 状态机框图
点火线圈：点火线圈一般分为智能点火线圈和普通点火线圈这里介绍下普通点火线圈。一般常用的是ZSK1x1型号，该点火线圈内部包含初级线圈和次级线圈， 其工作原理为：由初级线圈和次级线圈构成感应回路，通过初级电路开关断开闭合产生的瞬间感应电压，由次级线圈产生的瞬间高压点燃混合气体。点火线圈电路图 如下：
图3 点火线圈内部电路图
当初级线圈充电时，其电流从0A逐渐上升到6.24A，在充电时间内初级电流按指数曲线规律增长。充电时间结束后，控制信号变高，被控制的IGBT关断瞬 间，初级线圈电流回路被切断，初级线圈产生410V的电压。由于电磁感应原理，电火次级线圈产生高达数千伏特的电压，击穿火花塞正负极之间的空气，产生电 火花点燃气缸内的混合气。
高压油泵：油泵电路分高边和低边驱动，并都带有诊断保护功能，高压油泵结构如图所示：
油泵的作用主要是为高压共轨燃油系统提供油压，为喷油器有效喷油提供压力。油泵控制和喷油器控制类似，都是对电磁阀的控制，但是油泵在控制时需要考虑续流 的情况。这需要根据不同厂家选取的处理方式进行设计，当油泵驱动关断时会产生反向电动势，这时需要有续流控制电路的存在，续流控制可以有效的将反向电动势 续流到电源端。
氧传感器：氧传感器的作用主要是采集废气中氧离子浓度，通过处理电路得到的信号转化燃油的最佳空燃比。最佳燃油空燃比是14.7:1，氧传感器输出的 450mV电压会通过专用的处理芯片（比如BOSCH的CJ125和ST公司的L9780）进行lambda值得输出和废气中温度的反馈，进而控制ECU 的点火喷油时序和进气量使燃油得到最佳利用。