随着当前电子技术及发动机电控技术的发展，以32位嵌入式微控制器及多任务实时操作系统为基本技术特征的新一代电子控制单元ECU(Electronic Control Unit)。本文在TonadoforOSEKWorks多任务实时操作系统及32位Power PC微控制器MPC555的基础上，介绍高压共轨柴油发动机电子控制单元的最小系统设计方案。

1  柴油发动机电子控制单元主要功能及特点

  电控技术的发展为柴油发动机获得更好的排放指标、动力性能与燃油经济性提供了可能。发动机电子控制单元的核心就是通过ECU检测柴油机的各种实时状态参数，实现对燃油喷射量、喷油正时、喷油规律及喷油压力等参数的灵活控制；优化燃烧，使柴油机始终运行在最佳状态下。

      高压共轨柴油发动机电子控制单元是一个集高压共轨燃油喷射控制、实时数据采集及发动机监控保护、故障诊断、通信等于一体的发动机电子管理系统。其典型的功能框图如图1所示．

2.5燃油喷射控制

  燃油喷射控制是发动机控制中的核心功能。概括来讲，即在正确的时刻，以适当的压力，将燃油按照一定的规律喷入燃烧室，实现良好的燃烧。这就需要对发动机的实时转速及上止点位置进行精确检测，并实现对喷油器高速电磁阀的快速精确控制。当前高速电磁阀的机电综合响应时间已经小于0．2 ms，可以实现小于1 mg油量的精确控制及多次喷射控制。MPC555拥有功能强大的多通道时间处理单元(TPU3)．特别适于发动机控制单元中的转速采集、上止位置检测及喷油信号输出控制。

      时间处理单元(TPU)是一个智能化、半独立的微控制器，专门进行高分辨率的实时控制。由于它具有自己的执行单元(微引擎)、微代码程序ROM、数据存储器RAM及双定时基准，不需要RCPU的干预即可以执行相应的控制功能。MPC555具有多达32路可独立工作的TPU通道，每个通道可与预分频器中的两个16位计数器中的任何一个同步，其分辨率最小可以到100 ns。通过特定功能的设定，这些通道也可以连在一起，如一个通道的操作作为另一个通道的基准，从而实现多通道的相互协作控制，这一点尤其适合柴油发动机的多缸喷油控制。TPU的结构框图如图5所示。

    TPU在发动机电子控制中的应用包括：

①转速采集及上止点位置检测，利用TPU缺少跳变检测的周期测量功能(PMM)和相位同步脉冲发射器功能(PSP)。

②共轨压力控制，利用TPU的脉宽调制功能(PWM)。

③燃油喷射正时及喷油量控制，利用相位同步脉冲发射器功能(PSP)及输出比较功能(OC)。

    喷油器功能的实现离不开喷油器电磁阀的快速响应。电磁阀理想的驱动特性是，在需要衔铁吸合时，应对电磁阀线圈尽快地注入峰值电流(驱动电流近20 A)，使其迅速吸合。一旦吸合，因磁路中气隙减小，磁阻降低，电磁阀仅需较小的电流就可以可靠地维持吸合。在释放时，为减少电磁阀的释放延时应尽快切断驱动电流。图6为常用的喷油器驱动控制时序图。

来源：嵌入式及嵌入式系统应用  作者：中国机械科学研究院 吴进军