嵌入式系统在电控柴油发动机燃油控制中的应用

　　对于中国工程师来说，嵌入式系统在发动机燃油控制方面的应用是一个全新的课题，其主要特点是机电一体化，工程师必须对机电系统的基本工作过程有全面的了解。本文以电控柴油机引擎控制的著名产品Centinel为例，说明其嵌入式系统需要关注的问题，包括产品要求、实现方案、具体实现以及软件结构等四个方面，值得中国从机电一体化设计工程师参考。

　　Centinel高级燃油管理系统(AOS)是一种可延长电控柴油发动机燃油添加间隔的嵌入式系统，它可周期性地从发动机的曲柄轴箱中去除少量旧油，并用新油替代之。旧油被送到发动机的燃料箱，在那里与燃料混合，并在正常燃烧条件下燃烧。

　　Centinel可拓展柴油卡车、拖拉机、发电机及其它设备的工作时间，缩短燃油更换和其它常规维护方面花费的时间。Centinel将旧油作为燃料，这样不但无需废油处理，而且还可减少成本并控制环境污染。

　　实际上，具有类似功能的机械系统已问世多年，但是，由于目前业界提出了复杂的发动机控制器和严格的空气质量标准，全机械方案已不能满足要求。Centinel在维持燃油质量方面要优于机械系统，因为它包含一种灵巧的算法，能根据发动机工作负荷的大小来替换燃油，而且它配备了机械设备无法实现的故障检测逻辑。

　　Centinel设计者从一开始就要求这种装置要具备高可靠性。如果燃油质量恶化或油位下降，发动机都可能受到极大的损害。由于Centinel要从发动机中除油，它必须采取必要的预防措施以确保油位和质量始终保持稳定，要解决这个问题很麻烦，因为目前尚未出现能够在柴油发动机内部恶劣条件下正常工作的、廉价的油位传感器。

　　在各种气候条件下，柴油卡车在高速公路上年行驶里程高达20万英里，建筑设备等工业机械需要数月的维护间隔，因此，要求Centinel必须经久耐用。为了尽可能维持商用柴油设备的高使用率，像Centinel这样的设备就不能经常维修而迫使整个设备闲置。

　　Centinel的软件性能要稳定，因为微控制器是一次性编程器件。一旦系统出厂，固件便不能更新。如果出厂后出现软件缺陷，所有的Centinel装置都必须替换。Centinel的价格也应适当。

　　实现方案

　　Centinel是一种机电设备，它包括TMS370微控制器、SAE J1587汽车数据链接口、控制油进出发动机的机械活门组件、油位测量传感器，以及容纳新油的油箱。

　　在正常工作情况下，微控制器从J1587数据链接口读取发动机信息，以确定发动机的当前工作负荷，并检测是否发生与发动机和燃油相关的各种系统故障。这一信息可用于计算燃油燃烧率，并将之转换为一系列的电子控制脉冲，以便让燃油输送活门组件将旧油从发动机曲柄轴箱输送到燃料箱。