1 产品功能
本文主要的研究对象是柴油机的电控系统，柴油机电控技术的关键和核心是电控喷油技术，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[1]。普通的柴油机是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室，这种供油方式要随着发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油，达不到上述的各种要求，而现在已经越来越普遍采用的电控柴油机的共轨喷射式系统可以很好地解决这些问题，电控柴油机的共轨喷射式系统的结构如图1[1]所示。
图1 电控柴油机共轨喷射式系统结构示意图
系统工作过程为：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，以保证然后压力不超限。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。
电控单元的主要功能是：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，经过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。
2 产品的组成与结构
件。电控单元的作用是根据规定方法或已存储的程序对传感器输入的各种模拟量或数字量信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，控制有关执行器准确、快速动作。ECU硬件电路如图1所示。
图1 ECU硬件电路
1 —传感器；2 —模拟信号；3 —输入回路；
4 —A/D转换器；5 —输出回路；6 —执行器；
7 —微机；8 —存储器（ROM2RAM）；9 —数字信号；
3 系统硬件可靠性分析
电控单元硬件部分由电路与电控壳体两部分串联而成，而控制系统软件与硬件部分也是串联关系。对硬件电路的分析采用电子设备的可靠性分析方法，而对电控壳体的分析采用机械产品的可靠性分析方法。为了简化分析，在本文中假设控制系统软件部分与电控壳体是可靠的，主要对系统的硬件电路进行分析。
硬件电路主要包括信号处理系统、单片机控制系统、电源驱动系统。ECU功能框图如图2所示。
图2 ECU功能框图
工作中，根据柴油机的需求实时准确的采集传感器系统的参数，如油门、转速、齿杆、温度、压力等，这些信号经过信号处理电路处理后，传送到单片机控制系统电路，输出指令到电磁阀驱动电路中，按照一定的顺序驱动执行器执行，完成工作。
3.1 系统可靠性模型
3.1.1 系统可靠性框图
由于系统中的任何一个元器件失效都会导致系统不能正常工作，所以电控单元硬件部分中各个模块都是串联的[2]。本文把电控单元的硬件电路部分划分为三个大的模块，每个大模块由各小模块组成，以小模块为最小单位建立了系统的可靠性框图，如图3所示。
图3 系统可靠性框图
3.1.2 数学模型
系统的可靠度表示为[2]
式子中为元件的可靠度，为组成系统的单元数[1]。当个单元的寿命分布均为指数分布时，即
有
系统的故障率为个单元故障率之和
系统的平均故障间隔时间为[2]
3.2 可靠性预计
对柴油机电控单元硬件部分的可靠性预计，本文使用了GJB/Z 229B-98《手册》[2]。它给出了各大类电子元器件的工作失效率预计模型、基本失效率模型及模型中的各参数值。本次设计中，对电控单元硬件部分元器件的种类和数量确定，但对具体的工作应力和环境因素未明确，所以采用元件计数法对系统基本可靠性进行预计。
发动机凸轮轴（1）环境分类
本次可靠性设计中，按工作环境分类，分类标准表1[4]所示。
表1 环境分类
由于本次分析的柴油机工作主要在车辆方面，所以，选择环境类别为。
（2）质量等级与质量系数
设计分析中，对电子元器件的质量等级也是按照一定的标准而定的，质量系数表示不同质量等级对元器件失效率影响的程度。质量等级与质量系数标准表2所示[4]。
表2 质量等级与质量系数
本次设计选取质量等级为级。
（3）系统失效率的数学表达式为[2]
式中：为系统总失效率，；为第中元器件的通用失效率，；为第种元器件的通用质量系数；为第种元器件的数量；为设备所用元器件的种类数目。
以电控单元中的二极管（普通硅）为例，通过查GJB_Z299B电子设备可靠性预计手册可得，所查的部分表如表3所示[4]。
表3 半导体二、三级极管通用失效率
查表得： =0.28 。
已知有10个， =0.4，代入（2）式中得
按此方法进行查表计算得元器件类型和故障率，如表4所示
表4 元器件类型和故障率
元器件类型 | 数量/个 | 单个元件故障率/（） | 总故障率/() |
二极管（普通硅） | 10 | 0.112 | 1.12 |
二极管（电压调整） | 2 | 0.475 | 0.95 |
三极管（硅NPN） | 8 | 0.365 | 2.92 |
三极管（硅PNP） | 11 | 0.53 | 5.83 |
场效应管 | 4 | 1.275 | 5.1 |
气密封装MOS数字器件 | 7 | 0.755 | 5.285 |
气密封装MOS静态RAM | 1 | 0.44 | 0.44 |
气密封装MOS EPROM | 1 | 0.475 | 0.475 |
气密封装MOS数字式微处理器 | 1 | 0.755 | 0.755 |
气密封装MOS线性器件 | 7 | 0.755 | 5.285 |
晶振 | 1 | 0.28 | 0.28 |
金属膜电阻 | 63 | 0.0275 | 1.7325 |
微调线绕电位器 | 3 | 1.152 | 0.6912 |
涤纶电容器 | 25 | 0.034 | 0.85 |
固体电容器 | 7 | 0.0455 | 0.3185 |
电解电容器 | 2 | 0.3565 | 0.713 |
电感线圈 | 5 | 0.0084 | 0.042 |
由上表的数值代入（2）式可得：
=
将的值代入（1）式中，可以得到系统的平均故障时间：
=30499
假设工作时间为50h,则工作50h的故障率为：
4 结论
根据对柴油机电控单元可靠性的分析，可靠度为99.83%，平均故障时间为30499h，符合理论要求。
致 谢
在我写作这篇课程设计论文时得到了很多同学和老师的帮助，在此我对于他们给我提供的帮助表示感谢。其中张宝霞老师谨慎细致的给我了提点了许多错误和缺点，得此我的论文才能顺利完成，在此表示真诚的感谢。另外在我写作论文期间同学们也给我提出了大量的宝贵建议，在此不能一一感谢，但没有你们的关心我的论文是不能得以完成的，谢谢你们。
参考文献
[1] 李绍安.国内外共轨系统的开发进展和所面临的问题[J].内燃机燃油喷射和控制,1999 ,25(4):5-8.
[2] 曾声奎.系统可靠性设计分析教程.北京:北京航空航天大学出版社,1993.
[3] 宋保维.系统可靠性设计与分析.西安:西北工业大学出版社,1989.
[4] 解放军总装备部 GJB/Z 299B-1998.电子设备可靠性预计手册 1999.
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