电控柴油发电机ECM原理、功用及应用

的“V”开发模式下，完成了电控单体泵柴油发电机ECU的控制对策算法作用设计和硬件在环仿真。规划了发电机的启动、智能功率、断油等柴油发电机运行控制举措。对开发的控制举措算法进行了离线仿真，并实现了控制举措程序的自动产品代码生成。在自主开发的ECM硬件在环仿真平台上验证了控制算法的准确性，所规划的ECM软件在电喷单体泵柴油发电机上得到了成功运用。

  发电机组的动力性和排放等性能依赖于发电机电控单元（ECU）关键脉谱的匹配标定和软件（控制方案）的设计。发电机控制途径是否合理、高效取决于措施的功能规划和算法布置两个方面。功用设计必须充分考虑发电机的自身特点、运用环境以及运转条件；算法设计关系到所规划功用的控制精度和实时性，必须综合考虑ECM硬件的计算成本和控制功能的实时性要求。面对电喷机构用途不断增强而开发周期却不断缩短的要求，采用传统的ECU开发流程已经难以完成现代控制装置的设计。当今国内外先进的ECU开发流程采用“V”模式，即控制手段算法功能规划和离线仿真、快速控制原型、产品代码生成、硬件在环仿真、标定和实车测试。本讨论对电喷单体泵柴油发电机ECM控制举措的关键功用和算法进行了设计，采用“V”模式开发完成了3个节点的布置作业，包括控制办法算法作用设计，产品代码生成和硬件在环仿真，并在实机上得到了成功应用。

  起动步骤是否迅速是柴油发电机的一个重要性能指标，直接影响柴油发电机的工作可靠性和使用时限。优化电喷柴油发电机的启动性能，首先就是要尽可能全面地考虑危害启动程序的各种条件，达到智能化和合理化的控制效果。

实际运用的起动控制对策布置为开环控制，以发电机的水箱宝温表示环境状态和机器本身的状态，以发电机的转速信号表征起动控制的进程；在判缸成功并且柴油发电机速度超过设定的过低速度后，ECU根据转速和冷却液温按照起动油量脉谱输出喷油量。当速度超过启动成功标志转速时，启动工况结束，启动油量保持为当前值，然后向其他工况过渡。启动成功标志速度是防锈水温的函数，由冷却水温查相应的脉谱获得。若在标定期间内速度未能超过启动成功标志速度，则ECU强行切断喷油，以保护发电机。

  在算法设计中，发电机启动转速稳定的标志为：监控发电机若干循环的转速，若其值总大于预先设定的启动稳定速度，则说明发电机起动转速稳定，而且预设值可以通过在线标定系统更改。

  启动工况属于瞬间工况，而起动油量脉谱在标定后即不再更改，难以满足发电机在不同操作环境下的要求。因此，在启动控制策略中还布置了油量补偿举措。补偿油量（△Q）由发电机转速上升速率（△neng-1）决定，并且△Q∝△neng-1。这样补偿的优势是，如果发电机启动顺利，能在较短时间内着火运行，则AQ小，不会造成排放恶化。

柴油发电机低温启动时困难，排放性差。因此，在冷启动方面采用进气预热和后热措施柴油发电机厂家排名。预热和后热的持续时间均为发电机防冻液温的函数，并且相互独立。发电机的预热和后热有3种模式：

（1）正常情形下，当ECU通电后，发电机在未进入拖转状态之前（停机状态），空气加热器及其指示灯将处于作业状态，加热时间通过预热脉谱得到；当发电机处于拖转状态，关闭空气加热器及其指示灯；退出拖转状态后，ECM打开空气加热器执行后热作用，连续时间通过后热脉谱查得。

（2）预热后使用员没有起动发电机，这时预热指示灯将以*频率闪烁以敬告操作员，直至使用员断开点火开关或起动发电机；

  怠速运行是柴油发电机较重要的运转工况之一，在带载工况下发电机组燃油消耗有相当大的比例归因于怠速工况，故对这一工况的控制显得越来越重要。怠速控制途径实现了目标怠速速度的计算、怠速PI控制和缸平衡功能以及怠速停机功能。

目标怠速的基础量是冷却水温的函数，随着水温的升高而减小，通过标定获得。在此基础上还考虑了发电机组和柴油发电机怠速时的工作状态，具体有空调是否开启，电瓶是否处于充放电状态以及怠速时间是否超时等。

  怠速闭环控制采用数字PI控制系统来实现，电控单体泵发电机的怠速油量详细控制算法为

  Q为可标定量，是冷却水温的函数。这样规划算法的长处是使得柴油发电机从其他工况向怠速（如图1所示）过渡时，由于有初始油量的功能，使得过渡比较平稳；另外积分系数通常较小，可防止可能产生的比例和积分饱和现状，改善动态程序。怠速控制功能模块中布置的标定量比较少，算法布置简单适用。

  考虑到柴油发电机进排气的波动性和燃烧程序的随机性，怠速时不可预防会有随机的速度波动，这种波动并不是怠速控制可以完全克服的。因此，在设计怠速控制功能时，为了保持转速的相对稳定性，特设立一个转速变化阈值（如5～15分/转），仅当速度大于这一阈值时，PI控制才作出反应。

  怠速时供油量较小，柴油发电机工作稳定性差，各汽缸供油量的微小变化就会致使各气缸工作状态发生较大地变化，为此布置了缸平衡功用，以在实际时间基准上补偿各缸间喷油量的偏差以及喷油装置中随时间变化的喷油量偏差，如制造公差和零件老化要素使得柴油发电机各缸做功不平衡发生的功率差异等。缸平衡控制算法是测量各缸在一个作业循环内的较大较小差值与6缸转速平均值的偏差；偏差为正，则降低相应汽缸的喷油量，反之则增加，以此来对各缸喷油量偏差进行快速补偿和校正，从而控制由于制造和使用时间等要素致使的柴油发电机转速波动，使柴油发电机和发电机组平稳运行。

怠速停机控制屏详细用途是防止长时间的怠速运行柴油发电机官网。当怠速运行达到一定时间（一般为30min左右，根据整车使用因素事先设定）后，ECM发出闪灯指令提示操作员，若使用员没有任何指令，ECM将切断燃油喷射，以达到省油的目的。

  与常规机械式柴油发电机一样，电喷单体泵柴油发电机也是通过油门对发电机进行控制，不一样的只是电喷装置采用的是电子燃油系统。电子油门通过控制线束将操作员的开机意图，即容量和转速需求转化为油门开度反馈给ECM，然后由油量控制模块根据油门开度和当前柴油发电机速度计算出需求的油量，从而实现功率和转速的调整。为了避免不必要的发电机变速挡位的转换，在ECM软件设计中加入了智能容量控制用途，用于短时间内对增加发电机功率的限制。

  为配合实现智能功率控制用途，ECM会在一个*的时间段内（标定值）增加发电机的燃油喷射量，使发电机发出比标定功率大的动力，保证短期超载的需要。智能动力控制的作用效果和功能时间由整机标定确定，一般只限于短期用途。维持时间通常为2 ~5分钟（由事先设定的值决定）。

  在开发电喷单体泵ECU软件的流程中，利用Matlab/simulink在数学上的强大计算、仿真用途和良好的图形交互界面作为控制步骤图形化编程实现的开发平台，对上述控制办法进行了图形化编程和离线仿真，这使得复杂的发电机控制功用能够被清晰描述和仿真。同时利用dSPACE公司的代码自动生成软件TargetLink对所编写的步骤进行自动产品代码生成H，免去了控制办法大量复杂的手工C语言编写，使得在ECM中控制途径代码的实现和升级变得更加轻松，从而有效地加快了电控柴油发电机的产品开发。在完成控制对策的功用布置和自动代码生成以后，利用自主开发的ECU硬件在环柴油发电机控制仿真平台进行策略的逻辑测试。硬件在环（HID）平台的具体功能是进行产品ECM的途径逻辑及可靠性测试，验证控制算法。利用ECU硬件在环柴油发电机控制仿真可以很方便地完成控制策略的逻辑和算法验证重庆康明斯发电机官网。为了验证模型仿真和自动生成代码仿真的一致性及算法的可靠性，根据目标怠速速度控制算法的MatlaW simulink仿真模型生成了产品级的标准C代码，模型离线仿真结果和基于模型生成的自动代码硬件在环仿线。

  图2模拟了柴油发电机从关闭到开启，再到关闭时的目标怠速速度的计算结果，从图中可以看出代码仿真与模型仿线。怠速闭环控制屏的代码仿真与模型仿线%，这说明生成的自动代码精度完全可以满足实际控制精度的要求，仿真运行结果证明了控制办法的功能和算法布置合理，生成的代码品质可靠。

ECM软件在用途算法上是否合理，自动生成的代码在操作上是否可靠，必须在柴油发电机实机运用上加以验证。在一台康明斯6C系列电喷单体泵柴油发电机上进行了试验，其标定容量为177 kW，较大功率800N.m，排气量为7.3L。  图

3所示为所开发的ECU软件实机运用的部分运行工况结果。试验表明，智能容量、减速断油和平稳怠速等功用均能顺利实现；发电机启动比较迅速，启动时间小于1s；怠速闭环控制效果良好，柴油发电机速度范围内600分/转～950分/转均比较平稳，实际速度与目标怠速的偏差在±5分/转；突加载和突减速时发电机响应正常，油量控制正常，不同工况之间的过渡切换平稳。

ECM的“V”开发模式下，进行了电控单体泵柴油发电机ECM控制手段算法用途布置和离线仿真、产品代码生成以及硬件在环仿真。硬件在环仿真运转和柴油发电机实机运转结果均证明ECU控制方案的功用和算法规划合理，控制策略能反映实际柴油发电机的运转工况特点，生成的代码品质可靠。实现了电控单体泵柴油发电机ECM软件布置和测试的自主开发。