通用四缸柴油機電控單元的製作方法

2023-10-26 06:48:32 1

專利名稱：通用四缸柴油機電控單元的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種通用四缸柴油機電控單元，特別是一種在計 算機系統控制下實現的電子自動燃油噴射的柴油機電控單元。
背景技術：
柴油機的顯著優點就是油耗低。而在排放方面，雖然柴油機排
氣中CO、 HC等的排放量相當低，但其微粒的排放量很高，是汽油機 的幾十倍甚至更多。要想完善缸內燃燒從而得到較好的柴油機性能 就必須對各噴射參數，如噴油壓力、噴油量、噴油正時、噴油率等， 按照不同工況進行最優控制。但是，傳統機械式燃油噴射系統難以 做到這一點，這是因為1、控制自由度小。在機械式燃油噴射系 統中其噴油量、噴油正時等參數的控制設計是兼顧多種工況的折衷 方案，不能在實際的即時工況中實現燃油噴油參數的最優化。例如 由於油泵的供油壓力隨轉速的升高而升高，所以低速時，因噴射壓 力低而導致柴油滴霧化質量差，燃燒不充分。噴油正時的確定大多 以標定工況為基準， 一旦確定，在柴油機運行過程中也是不能隨意 改變的。2、控制精度低。這主要是因為機械系統慣性較大，系統中 的各零部件總是有間隙摩擦等，從而限制了控制精度。

實用新型內容
(一) 要解決的技術問題
本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種柴油 機燃油噴射電控單元，它能根據變化的空氣量、發動機工作參數、 溫度等信號對燃油噴射系統時時自動修正。
(二) 技術方案為實現上述目的，本實用新型釆用如下技術方案
本實用新型所述的通用四缸柴油機電控單元，其特徵在於，包括: 主控晶片；
用於存儲所述主控晶片運行程序的FLASH晶片； 用於存儲所述主控晶片處理時的中間數據的外部RAM晶片、 EEPR0M晶片。
與所述主控晶片進行數據通信的信號處理模塊；
與所述主控晶片進行數據通信的開關信號處理模塊；
與所述主控晶片進行數據通信的用於驅動四路噴油器的驅動模
塊i;
與所述主控晶片進行數據通信的用於驅動高壓油泵的驅動模塊
2;
與所述主控晶片進行數據通信的控制器區域網CAN總線通信電路。
其中還包括一個用於與外接設備進行數據通信的串行通訊模塊。 其中與所述信號處理模塊包括脈衝信號處理模塊和模擬信號處 理模塊。
所述脈衝信號處理模塊包括發動機轉速信號電路、車速信號電路 和凸輪軸信號電路。
所述模擬信號處理模塊包括油門踏板信號電路、共軌壓力信號電 路、增壓壓力信號電路、燃油溫度信號電路、冷卻水溫信號電路。
其中還包括一個將模擬信號轉換成數位訊號的A/D轉換模塊。
(三)有益效果
本實用新型所述的通用四缸柴油機電控單元的優點和積極效果 是本實用新型能夠實現理想的混合氣空燃比，在柴油機達到低排 放、低油耗要求的同時輸出高動力，提高發動機的工作性能。

圖i是本實用新型的功能模塊圖2a是主控晶片(Freescale公司的32位單片機MPC565);
圖2b是存儲程序的FLASH晶片(Freescale公司的M58BW016);
圖2c是存儲數據的外部RAM晶片；
圖2d是EEPROM晶片；
圖3a是曲軸位置信號處理電路；
圖3b是凸輪軸位置信號處理電路；
圖3c是壓力信號處理電路圖4是燃油噴射模塊電路圖5是高壓油泵控制電路圖6a是K線通訊模塊電路圖6b是CAN線通訊模塊電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖，進一步詳細說明本實用新型所述的通用四缸柴 油機電控單元的具體實施方式
，但不用來限制本實用新型的保護範 圍。
如圖1所示，本實用新型中的主要功能模塊包括l)信號釆集處 理模塊，就是把外圍的各傳感器採集到的信號送給單片機處理。 2)32位的單片機模塊，包括主控制器、外部FLASH、RAM、EEPROM, 處理採集到的信號並送到各控制模塊裡。3)通訊模塊，主要是CAN LINE, K LINE串行通訊。CAN LINE是用來和標定工具通訊的，對 ECU進行標定，使我們的控制算法更準確。串行KLINE用來下載程 序和功能診斷。4)噴油控制模塊，把主控制器輸出的噴油信號，通 過功率器件轉換出來後驅動噴油嘴。5)高壓油泵驅動模塊，把主控 制器輸出的信號，通過功率器件轉換出來的信號來驅動高壓油泵，控制燃油壓力。6)多通道開關，對低怠速、巡航控制、空調等開關量 的控制。
如圖2a、圖2b、圖2c、圖2d所示，本實用新型的主控制器是 Freescale公司(前身是Motorola半導體)的32位單片機MPC565晶片， 外面加一個存儲程序的FLASH晶片是Freescale公司的M58BW016, — 個外部RAM，一個EEPROM，構成了最小的系統。
信號處理模塊由曲軸位置傳感器處理電路、凸輪軸傳感器處理電 路、進氣壓力傳感器處理電路、冷卻水溫度傳感器處理電路、燃油溫 度傳感器處理電路、油門踏板位置傳感器處理電路、共軌油壓壓力傳 感器處理電路、節氣門位置傳感器處理電路組成。它們的連接關係為 第l、曲軸位置信號處理電路。見圖3a，該電路由曲軸位置傳感器輸 入信號、R40、 R41、 R42、 R43、 R94、 A21、 A22、 A104、 A105、 A106、 A160、 A162、 A175、 C73組成，曲軸模擬信號轉換成脈衝信 號，供主控制器用來確定噴油時刻正時。第2、凸輪軸位置信號處理 電路。見圖3b,該電路由凸輪軸位置傳感器輸入信號、R147、 RP8C、 C155、 C234組成，凸輪軸模擬信號轉換成脈衝信號供給主控制器。第 3、冷卻水溫度信號處理電路、燃油溫度信號處理電路、節氣門位置 信號處理電路跟凸輪軸位置信號處理電路是一樣的控制原理。第4、 進氣壓力信號處理電路。該電路由壓力傳感器輸入信號、RP2B、C149、 C42組成。壓力傳感器經RP2B接到主控制器上。見圖3c,進氣溫度壓 力傳感器信號處理電路、油門踏板位置傳感器信號處理電路跟壓力傳 感器信號處理電路是一樣的控制原理。
圖4是燃油噴射控制模塊的電路圖，因為是四缸發動機，所以有 四路噴油控制電路，該噴油電路由晶片U3，電阻R66、 R67、 R68、 R69、 R125、 R126、 R127、 R128、 R165,電容C168、 C169、 C170、 C172,三極體Q13、 Q14、 Q15、 Q16, 二極體D12、 D14、 D16、 D17組成。從主控制器的23腳輸出高電平經電阻R66到噴油晶片，從噴油 晶片輸出12V電壓通過線東給噴油器。如圖4。另三路噴油控制原理 和前一路一樣，從而實現了燃油噴射功能。
圖5是高壓油泵控制電路，該電路由集成電路AD8200組成，L9935 的6腳接電源VCC, 2、 7腳接地，8腳接入高壓油泵傳感器模擬信號， 經過晶片AD8200的放大、濾波後，由第5腳接入主控制器晶片進行運 算處理。
圖6是通訊模塊電路，圖6a是K線轉換電路，把KLINE轉換 成串口的收發兩路。該電路由CY317晶片、電阻R19、 R20、 R21、 R22、 A38、 A39和電容C106、 C89組成，K線1通過R21接上拉，接C106濾 波，通過R20接CY317,把K線1轉換成串口的收發兩路(RXD1、 RXD2)，接主控制器。K線2和K線l路一樣。圖6b是CANLINE通 訊電路，A82C250晶片的2腳接地，3腳接電源5V, 1、 4腳接主控制 器，分別是CAN的發送和接受，6、 7腳通過處理分別接線束CANH、 CANL。
本實用新型應用了現有的控制器區域網CAN線通信技術和K線 通信技術。
控制器區域網CAN (Controller Area Network),是國際上應用最 廣泛的現場總線之一。CAN最初出現在80年代末的汽車工業中，由德 國Bosch公司最先提出。當時，由於消費者對於汽車功能的要求越來 越多，而這些功能的實現大多是基於電子操作的，這就使得電子裝置 之間的通訊越來越複雜，同時意味著需要更多的連接信號線。提出 CAN總線的最初動機就是為了解決現代汽車中龐大的電子控制裝置 之間的通訊，減少不斷增加的信號線。於是，他們設計了一個單一的 網絡總線，所有的外圍器件可以被掛接在該總線上。1993年，CAN已 成為國際標準IS011898(高速應用)和IS011519 (低速應用)。目前，CAN廣泛被設計作為汽車環境中的微控制器通訊，在車載
各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。比如 發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主幹系統中，均嵌 入CAN控制裝置。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設計 規範要求有高的位速率，高抗電磁幹擾性，而且能夠檢測出產生的任 何錯誤。當信號傳輸距離達到10Km時，CAN仍可提供高達50Kbit/s
的數據傳輸速率。
電控單元具有一條K線對外的通信線，其中K線用於自診斷儀器 向ECU的雙向數據傳輸，可用於串行通信的初始化。
本實用新型的過程控制如下描述電腦板(ECU)是電控系統的 核心，它是一個由微處理器、程序數據存儲器、供電電源電路及各類 輸入、輸出接口電路組成的數字計算機。系統能實現發動機各工況控 制。1、起動工況控制主控制器通過轉速(N)信號識別起動工況 和運行工況，轉速信號通過曲軸位置傳感器得到。當轉速(N)低於 一定值時，進入啟動工況；當轉速(N)高於一定值時，進入運行工 況。2、怠速工況控制通過軟體裡的一個怠速工況變量來識別怠速 工況的，發動機進入怠速工況，這時怠速步進電機根據發動機負荷的 情況，經步進電機調節節氣門位置轉感器大小，將節氣門位置傳感器 上的電阻值轉換成電信號，輸送給主控制器，主控制器根據輸入信號 控制噴油器的噴油量，進而控制發動機在一定範圍內怠速穩定。3、 部分負荷與全負荷工況控制，主控制器通過節氣門位置傳感器信號的 大小來識別負荷與全負荷。當節氣門位置傳感器信號小於該相應轉速 的全負荷節氣門限值時，進入部分負荷工況；反之則進入全負荷工況。 4、加減速過渡工況控制主控制器是通過節氣門位置傳感器的信號 變化率(TPS)的大小和正負來識別加減過渡工況的。當節氣門位置 傳感器信號變化率(TPS)增大且超過一定值(TPS1)時，進入加速工況，當信號變化率(TPS)減少且低於一定值(TPS2)時，則進入 減速工況。通過增大或減少噴油修正量，保證加速迅速平穩，減速節 油並降低排放。
本實用新型所述的通用四缸柴油機電控單元包括電腦板ECU，電 腦板ECU包括控制程序的中央處理單元CPU、用於存儲程序或數據的 FLASH、 RAM、 EEPROM、系統電源模塊、通訊模塊、信號採集模 塊，噴油模塊，高壓油泵模塊，節氣門控制模塊以及多通道控制輸出 模塊。發動機工作時，曲軸位置傳感器檢測曲軸的旋轉信號，並發送 到信號釆集模塊，曲軸位置信號釆取一系列脈衝的形式，其中每個脈 衝都由曲軸上的預定點在旋轉時經過傳感器上產生，曲軸位置信號的 脈衝頻率指示發動機曲軸的轉速，ECU以此信號為基準來確定噴油正
時，以及配合凸輪軸信號判斷發動機各缸的工作狀態。考慮柴油機轉 速和負荷的影響，根據柴油機水溫、油溫、大氣壓力溫度、油門踏板 位置等信號對噴油量進行自動的修正，實現噴油的精確控制。
以上為本實用新型的最佳實施方式，依據本實用新型公開的內 容，本領域的普通技術人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代 方案，均應落入本實用新型保護的範圍。
權利要求1.一種通用四缸柴油機電控單元，其特徵在於，包括主控晶片；用於存儲所述主控晶片運行程序的FLASH晶片；用於存儲所述主控晶片處理時的中間數據的外部RAM晶片、EEPROM晶片。與所述主控晶片進行數據通信的信號處理模塊；與所述主控晶片進行數據通信的開關信號處理模塊；與所述主控晶片進行數據通信的用於驅動四路噴油器的驅動模塊1；與所述主控晶片進行數據通信的用於驅動高壓油泵的驅動模塊2；與所述主控晶片進行數據通信的控制器區域網CAN總線通信電路。
2. 根據權利要求1所述的通用四缸柴油機電控單元，其特徵在 於還包括一個用於與外接設備進行數據通信的串行通訊模塊。
3. 根據權利要求1或2所述的通用四缸柴油機電控單元，其特 徵在於與所述信號處理模塊包括脈衝信號處理模塊和模擬信號處理 模塊。
4. 根據權利要求3所述的通用四缸柴油機電控單元，其特徵在 於所述脈衝信號處理模塊包括發動機轉速信號電路、車速信號電路和 凸輪軸信號電路。
5. 根據權利要求3所述的通用四缸柴油機電控單元，其特徵在 於所述模擬信號處理模塊包括油門踏板信號電路、共軌壓力信號電 路、增壓壓力信號電路、燃油溫度信號電路、冷卻水溫信號電路。
6. 根據權利要求5所述的通用四缸柴油機電控單元，其特徵在 於還包括一個將模擬信號轉換成數位訊號的A/D轉換模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種在計算機系統控制下實現的電子自動燃油噴射的柴油機電控單元。包括主控晶片；用於存儲所述主控晶片運行程序的FLASH晶片；用於存儲所述主控晶片處理時的中間數據的外部RAM晶片、EEPROM晶片。分別與主控晶片進行數據通信的信號處理模塊、開關信號處理模塊、用於驅動四路噴油器的驅動模塊1、用於驅動高壓油泵的驅動模塊2和控制器區域網CAN總線通信電路；本實用新型能夠實現理想的混合氣空燃比，在柴油機達到低排放、低油耗要求的同時輸出高動力，提高發動機的工作性能。
文檔編號F02D41/30GK201159110SQ20082007886
公開日2008年12月3日 申請日期2008年1月31日 優先權日2008年1月31日
發明者孫麗蘋, 李朝暉, 高志遠 申請人:華夏龍暉(北京)汽車電子科技有限公司