車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，包括中央控制模塊、信號采集及處理電路模塊、CAN通信處理模塊、信號仿真模塊、柴油噴射脈寬采集模塊和燃氣噴嘴驅動模塊，信號采集及處理電路模塊采集各種信號并輸入中央控制模塊，柴油噴射脈寬采集并輸入中央控制模塊，中央控制模塊對接收到的信號和數據進行處理后，輸出控制信號到信號仿真模塊、燃氣噴嘴驅動模塊和其他驅動模塊。中央控制模塊采用SPC563M64作為微處理器。本實用新型結構簡單，安裝調試使用方便，對原機電控系統(tǒng)改動小，原機系統(tǒng)不報故障，便于推廣應用。且性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，可有效的保證發(fā)動機運行柔和、輸出動力無降低。
【專利說明】車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及汽車電子領域，特別是車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元。

【背景技術】
[0002]雙燃料高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的應用目前市場十分普遍，該系統(tǒng)主要以天然氣為主要燃料，利用少量柴油的燃燒來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火花塞點火，采用稀燃技術，熱效率高，可以真正的做到節(jié)能減排，同時降低了發(fā)動機的排氣溫度，大大降低了發(fā)動機燒損的可能性，通過有效的技術方案可以提高系統(tǒng)摻燒率，帶來良好的經濟效益。市場主流的方案路線是對原柴油發(fā)動機進行改裝，加裝一套天然氣系統(tǒng)，實現(xiàn)天然氣、柴油的混合燃燒。對原車的電子燃油噴射系統(tǒng)改裝的過程中，無論是加裝模擬器替代原機噴油器或是屏蔽原機關鍵傳感器信號的方案都存在硬件復雜、成本高、控制精度差、故障率高等諸多問題，不能完全切斷預噴、后噴等多次噴射信號，且替代率不高，不能帶來有效的經濟效益。因此，其改進和創(chuàng)新勢在必行。


【發(fā)明內容】

[0003]針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術之缺陷，本實用新型之目的是提供一種車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，可有效的解決系統(tǒng)復雜、控制精度差、故障率高、替代率不高的問題。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的本實用新型采用的技術方案如下:
[0005]車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，包括中央控制模塊、信號采集及處理電路模塊、CAN通信處理模塊、信號仿真模塊、柴油噴射脈寬采集模塊和燃氣噴嘴驅動模塊；所述信號采集及處理電路模塊采集點火開關信號、摻燒請求信號、共軌壓力、油門位置信號、冷卻水溫、氣軌溫度、氣軌壓力、氣瓶壓力和大氣壓力，并將這些信號和數據輸入中央控制模塊；柴油噴射脈寬采集模塊采集柴油噴嘴兩端的驅動電壓信號，經處理獲得柴油噴射脈寬信號，然后將所述柴油噴射脈寬信號輸入中央控制模塊；中央控制模塊對接收到的信號和數據進行處理后，輸出控制信號到信號仿真模塊和燃氣噴嘴驅動模塊；中央控制模塊的數據端與CAN通信處理模塊連接。
[0006]具體地，本實用新型還包括與中央控制模塊連接的減壓器驅動、氣瓶開關驅動、故障指示燈驅動和摻燒狀態(tài)燈驅動。
[0007]所述燃氣噴嘴驅動模塊的具體電路如下:
[0008]晶體管Ql的集電極順接二極管Dl正極，二極管Dl負極連接電源，燃氣噴嘴線圈L的一端連接二極管Dl負極，另一端與場效應管Q2的漏極連接，場效應管Q2的源極接地，場效應管Q2的柵極與二極管D4負極連接，二極管D4正極順接二極管D3正極，二極管D3負極連接晶體管Ql的發(fā)射極，晶體管Ql的發(fā)射極還與場效應管Q2的漏極連接，晶體管Ql的集電極順接二極管D2正極，二極管D2負極連接晶體管Ql的發(fā)射極；噴射脈沖信號分解SI和S2分別接入晶體管Ql的基極和場效應管Q2的柵極。電阻R2 —端與電阻Rl —端連接，電阻R2另一端接地，電阻Rl另一端與所述場效應管Q2的柵極連接，所述S2與電阻Rl和電阻R2間的連接點連接。上述晶體管Ql為PNP型晶體管。
[0009]本實用新型所提供的高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料電子控制單元，結構簡單，安裝調試使用方便，對原機電控系統(tǒng)改動小，原機系統(tǒng)不報故障，便于推廣應用。同時該實用新型性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，可有效的保證發(fā)動機運行柔和、輸出動力無降低、部分排放污染物降低。高替代率的摻燒工作模式下，實現(xiàn)了良好的經濟和社會效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的控制系統(tǒng)配置原理框圖；
[0011]圖2為控制單元燃氣噴嘴高速電磁閥驅動原理圖；
[0012]圖中:1-中央控制模塊；2_信號采集及處理電路模塊；3- CAN通信處理模塊；4-信號仿真模塊；5_柴油噴射脈寬采集模塊；6_燃氣噴嘴驅動模塊；7_其他驅動；8_點火開關信號；9_摻燒請求信號；10-共軌壓力；11-油門位置信號；12-冷卻水溫；13_氣軌溫度；14-氣軌壓力；15_氣瓶壓力；16_大氣壓力；17_診斷標定顯示模塊；18-模擬軌壓輸出；19-模擬油門輸出；20-6缸柴油噴射脈寬采集；21-6缸燃氣噴嘴；22_減壓器驅動；23-氣瓶開關驅動；24_故障指示燈驅動；25_摻燒狀態(tài)燈驅動。

【具體實施方式】
[0013]參見圖1，一種高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料電子控制單元，包括中央控制模塊1、信號采集及處理電路模塊2、CAN通信處理模塊3、信號仿真模塊4、柴油噴嘴脈寬采集模塊5、燃氣噴嘴驅動電路模塊6，以及其他驅動7，所述其他驅動7包括減壓器電磁閥驅動22、氣瓶開關電磁閥驅動23、故障指示燈驅動24、摻燒狀態(tài)燈驅動25。
[0014]其中所述信號采集及處理電路模塊2采集點火開關信號8、摻燒請求信號9、共軌壓力10、油門位置信號11、冷卻水溫12、氣軌溫度13、氣軌壓力14、氣瓶壓力15和大氣壓力16并將這些信號和數據輸入中央控制模塊I ;柴油噴射脈寬采集模塊5采集柴油噴嘴兩端的驅動電壓信號，經處理獲得柴油噴射脈寬信號，然后將所述柴油噴射脈寬信號輸入中央控制模塊I;中央控制模塊I對接收到的信號和數據進行發(fā)動機運行狀態(tài)、摻燒條件分析判斷，得到結果后，輸出控制信號到信號仿真模塊4、燃氣噴嘴驅動模塊6和其他驅動7。在本實施例中中央控制模塊I對發(fā)動機運行狀態(tài)、摻燒條件分析判斷的過程采用的是本領域常規(guī)使用的分析判斷方法。具體地，中央控制模塊I將分析判斷后獲得的信號輸入信號仿真模塊4,由其處理后輸出模擬虛擬軌壓輸出18和模擬油門輸出19兩個信號給原機ECU (電子控制單元)減少燃油的噴射量。
[0015]所述中央控制模塊I連接CAN通信模塊3與外界通信。CAN通信處理模塊3連接診斷標定顯示模塊17進行參數標定和監(jiān)控。CAN通訊采用雙絞線，信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為CAN_H和CAN_L。由于本實用新型中的中央控制模塊I的微處理器SPC563M64帶有CAN2.0控制器，電路設計時只需要用CAN收發(fā)器進行電平轉換就可以完成通訊功能，這里我們選用恩智浦高速CAN收發(fā)器TJA1051，波特率可達1Mbps。采用基于國際標準的CCP標定協(xié)議開發(fā)標定軟件，可方便地實現(xiàn)數據的在線顯示、標定修改。
[0016]中央控制模塊I采用意法半導體公司的SPC563M64作為微控制器核心，主頻64MHz，集成兩路eTUP功能；SPC563M64 (以下稱為微控制器)的eTPU模塊實現(xiàn)發(fā)動機的柴油噴射脈寬采集模塊5和燃氣噴嘴驅動模塊6精確控制功能。信號仿真模塊4采用美信半導體公司生產的具有12位高精度低功耗串行的D/A數模轉換器MAX5712，SPI總線進行D/A數模轉換的數據傳輸。轉換芯片供電電壓和總線信號均采用了 5V線性隔離芯片隔離，電壓波動小、總線信號傳輸穩(wěn)定干擾小。同時采用運放做輸出模擬信號的跟隨器提高驅動和負載能力；柴油噴射脈寬采集模塊5進行6缸柴油噴射脈寬采集20，具體為:取原機柴油噴嘴兩端的交流電高壓信號，通過全波整流電路將交流電信號轉變?yōu)橹绷鞯碾妷盒盘?，經過比較器比較變?yōu)?-5V的直流信號，再通過LC濾波電路濾波光耦隔離得到精準、干凈的柴油噴射脈寬信號；燃氣噴嘴驅動模塊6采用微控制器的eTPU模塊輸出噴射脈沖信號，結合外圍組合邏輯門電路、大功率晶體管驅動電路協(xié)同驅動，同時對于燃氣噴嘴電磁閥線圈工作時產生的自感能量設計了獨立續(xù)流驅動通道進行能量泄放，此設計大大的提高了燃氣噴嘴驅動電路的可靠性；減壓器電磁閥驅動22、氣瓶開關驅動23采用英飛凌半導體公司低邊開關集成芯片TLE7233G控制，通過與微控制器的SPI總線來配置驅動控制和故障診斷。采用微控制器的eTPU來進行發(fā)動機燃油噴射脈寬的精確判斷和觸發(fā)燃氣噴射脈沖，eTPU獨立于MCU運行，精簡了軟件程序，提高了軟件的執(zhí)行效率及可靠性。
[0017]上述的硬件電路為6層印刷電路板(PCB)設計，完整獨立的電源層和地層設計，減少了電源、信號和地之間的相互干擾。采用模塊化分區(qū)布局的電路設計，具有較強的電磁兼容性；電路板與電控單元殼體耦合散熱、密封抗震設計，電控系統(tǒng)散熱好、防塵防水性能好、
可靠性高。
[0018]參見圖2，燃氣噴嘴驅動電路模塊6中控制6缸燃氣噴嘴21的具體電路如下:
[0019]PNP型晶體管Ql的集電極順接二極管Dl正極，二極管Dl負極連接電源，燃氣噴嘴線圈L的一端連接二極管Dl負極，另一端與場效應管Q2的漏極連接，場效應管Q2的源極接地，場效應管Q2的柵極與二極管D4負極連接，二極管D4正極順接二極管D3正極，二極管D3負極連接PNP型晶體管Ql的發(fā)射極，PNP型晶體管Ql的發(fā)射極還與場效應管Q2的漏極連接，PNP型晶體管Ql的集電極順接二極管D2正極，二極管D2負極連接PNP型晶體管Ql的發(fā)射極；噴射脈沖信號分解SI和噴射脈沖信號分解S2分別接入PNP型晶體管Ql的基極和場效應管Q2的柵極。電阻R2 —端與電阻Rl —端連接，電阻R2另一端接地，電阻Rl另一端與所述場效應管Q2的柵極連接，所述S2與電阻Rl和電阻R2間的連接點連接。
[0020]噴射脈沖信號經過組合邏輯門電路處理后，形成兩路脈沖信號:噴射脈沖信號分解S1、噴射脈沖信號分解S2，按上述電路分別驅動PNP型晶體管Q1、場效應管Q2。
【權利要求】
1.車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，包括中央控制模塊〔0、信號采集及處理電路模塊通信處理模塊(3^信號仿真模塊“)、柴油噴射脈寬采集模塊(5)和燃氣噴嘴驅動模塊(6)；其特征在于:所述信號采集及處理電路模塊(2)采集點火開關信號、摻燒請求信號、共軌壓力、油門位置信號、冷卻水溫、氣軌溫度、氣軌壓力、氣瓶壓力和大氣壓力，并將這些信號和數據輸入中央控制模塊(1):柴油噴射脈寬采集模塊(5)采集柴油噴嘴兩端的驅動電壓信號，經處理獲得柴油噴射脈寬信號，然后將所述柴油噴射脈寬信號輸入中央控制模塊(1)；中央控制模塊(1)對接收到的信號和數據進行處理后，輸出控制信號到信號仿真模塊(4)和燃氣噴嘴驅動模塊“);中央控制模塊(1)的數據端與 通信處理模塊(3 )連接。
2.根據權利要求1所述車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，其特征在于:還包括與中央控制模塊(1)連接的減壓器驅動(22^氣瓶開關驅動(23^故障指示燈驅動(24 )和摻燒狀態(tài)燈驅動(25^
3.根據權利要求1所述車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，其特征在于:所述中央控制模塊(1)采用3？0563164作為控制核心。
4.根據權利要求1或2或3所述車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，其特征在于:所述燃氣噴嘴驅動模塊(6)的具體電路如下: 晶體管的集電極順接二極管01正極，二極管01負極連接電源，燃氣噴嘴線圈I的一端連接二極管01負極，另一端與場效應管02的漏極連接，場效應管02的源極接地，場效應管02的柵極與二極管04負極連接，二極管04正極順接二極管03正極，二極管03負極連接晶體管的發(fā)射極，晶體管的發(fā)射極還與場效應管02的漏極連接，晶體管的集電極順接二極管02正極，二極管02負極連接晶體管的發(fā)射極；噴射脈沖信號分解51和82分別接入晶體管的基極和場效應管02的柵極。
5.根據權利要求4所述車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，其特征在于:所述晶體管為型晶體管。
6.根據權利要求4所述車用高壓共軌柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)雙燃料控制單元，其特征在于:電阻以一端與電阻町一端連接，電阻以另一端接地，電阻町另一端與所述場效應管02的柵極連接，所述52與電阻町和電阻82間的連接點連接。
【文檔編號】F02D19/10GK204200383SQ201420558210
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權日:2014年9月26日
【發(fā)明者】楊勇, 王洪榮, 張衡 申請人:中國汽車工程研究院股份有限公司