專利名稱：礦用柴油機(jī)上控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦用柴油機(jī)燃油噴射控制裝置，特別涉及電子控制過(guò)程及控制過(guò)程的隔爆防護(hù)作用。
背景技術(shù)：
在我國(guó)的，防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)被廣泛運(yùn)用于礦井中，它的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性獲得企業(yè)的一致認(rèn)可。目前我們國(guó)家大多數(shù)的礦井柴油發(fā)動(dòng)機(jī)還是使用傳統(tǒng)的機(jī)械式控制噴油方式，但隨著國(guó)家對(duì)各個(gè)行業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)排放要求的不斷嚴(yán)格監(jiān)督控制，礦業(yè)開采對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性要求的不斷提高，傳統(tǒng)的機(jī)械式柴油機(jī)已經(jīng)很難滿足當(dāng)前的生產(chǎn)、排放需求了，這使得越來(lái)越成熟的電控燃油噴射技術(shù)在礦井柴油機(jī)上使用成為一種可能。在我國(guó)的汽車行業(yè)，汽車燃油噴射電子控制技術(shù)日漸成熟，但用于礦井柴油機(jī)上的燃油噴射電子控制技術(shù)的使·用還是處于空白階段，礦井下本身就是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境，若要對(duì)礦用柴油機(jī)進(jìn)行燃油噴射進(jìn)行電子控制，除了設(shè)計(jì)安全的控制電路外，還得保證控制電路能夠有一個(gè)安全穩(wěn)定的工作環(huán)境。因此，礦用柴油機(jī)上控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱的設(shè)計(jì)生產(chǎn)就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于背景技術(shù)中存在的技術(shù)空缺，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于礦井柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的控制燃油噴射的電控箱，通過(guò)對(duì)電控箱的整體設(shè)計(jì)布置，使得本發(fā)明能夠安全穩(wěn)定的在惡劣的礦井環(huán)境下完成對(duì)燃油噴射的精確控制。為此，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種礦用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制燃油噴射電控箱，它是由電控單元ECU、信號(hào)隔離板和隔爆箱組成的。電控單元ECU它是整個(gè)裝置最核心的部件，所有的噴油控制指令都由它來(lái)產(chǎn)生。電控單元自身包含有信號(hào)處理模塊、帶擴(kuò)展存儲(chǔ)器的MCU模塊、噴射驅(qū)動(dòng)模塊、DC/DC升壓模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊和帶集成通信模塊的電源管理模塊。發(fā)動(dòng)機(jī)采集到傳感器和開關(guān)的本安信號(hào)通過(guò)線束輸入到隔離板，隔離板對(duì)其進(jìn)行隔離濾波處理輸入到電控單元的信號(hào)處理模塊，經(jīng)電控單元的MCU模塊計(jì)算分析，發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離板進(jìn)行安全隔離，得到的本安信號(hào)通過(guò)線束控制發(fā)動(dòng)機(jī)的執(zhí)行器。信號(hào)隔離板主要由安全接口、電源轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)限能處理和信號(hào)隔離四個(gè)模塊組成，發(fā)動(dòng)機(jī)上的各類傳感器及開關(guān)信號(hào)經(jīng)線束穿過(guò)隔爆箱上的聯(lián)通節(jié)接到信號(hào)隔離板上，信號(hào)隔離板對(duì)輸入ECU的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離，對(duì)輸入ECU的模擬信號(hào)進(jìn)行限能處理；電源轉(zhuǎn)換電路通過(guò)直流24V分別轉(zhuǎn)換成12V，IOV和5V為隔離板上各種元器件、E⑶和外圍器件提供安全穩(wěn)定的供電。隔爆兼本安型隔爆箱是一個(gè)防護(hù)外殼，箱體設(shè)計(jì)有與外部連線的聯(lián)通節(jié)，箱體內(nèi)外側(cè)分別焊接有接地金屬板和接地螺栓，用于與地線連接而保護(hù)整個(gè)內(nèi)部電路，箱體里面分別設(shè)有ECU和信號(hào)隔離板的安裝底座，安裝過(guò)程中，待所有器件安裝完畢，用螺栓將箱蓋固定起來(lái)，并且得墊上石棉墊，以達(dá)到一個(gè)完好的密封狀態(tài)。箱體進(jìn)行磷化處理并涂上防銹油，內(nèi)腔非加工表面需涂?jī)杀榛疑突〈牌?，這樣可以避免電控箱體在惡劣的礦井環(huán)境下腐蝕、生銹及產(chǎn)生電弧，還可以在表面形成防氧化層。隔爆箱隔爆主要體現(xiàn)在箱體能夠承受滲入箱內(nèi)的可燃性混合氣在內(nèi)部的爆炸而不損毀，并且不會(huì)引起外部爆炸，同時(shí)因?yàn)楦舯浜芎玫拿芊馓匦?，隔爆箱能夠在礦井環(huán)境下起到防水、防易燃性氣體滲漏的作用。


圖I為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明中的信號(hào)隔離板結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明中的隔爆箱結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明中的隔爆箱箱蓋示意圖；·
圖5為本發(fā)明中電控單元ECU的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面再結(jié)合

來(lái)描述本發(fā)明的有關(guān)細(xì)節(jié)。參照附圖1，礦用柴油機(jī)上控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱主要包括有電控單兀11、信號(hào)隔尚板12和隔爆兼本安型隔爆箱13。信號(hào)隔離板的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由安全接口 I、安全接口 2、電源轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)隔離模塊和限能模塊組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的信號(hào)通過(guò)線束與安全接口 I相連接，安全接口 2通過(guò)線束與電控單元的信號(hào)相連接。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器上傳來(lái)的數(shù)字、模擬本質(zhì)安全信號(hào)分別進(jìn)行信號(hào)隔離和限能處理，處理后的電路經(jīng)過(guò)安全接口 2聯(lián)接到E⑶的信號(hào)處理模塊，經(jīng)ECU計(jì)算分析，發(fā)送的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離板進(jìn)行限能處理，得到的本安信號(hào)通過(guò)線束經(jīng)安全接口 I控制發(fā)動(dòng)機(jī)的執(zhí)行器。電源轉(zhuǎn)換電路通過(guò)直流24V分別轉(zhuǎn)換成12V，IOV和5V為隔離板上各種元器件、ECU和外圍器件提供安全穩(wěn)定的供電。圖3是隔爆箱的箱體結(jié)構(gòu)，其中包括聯(lián)通節(jié)I、焊接在箱子外側(cè)的接地螺栓2、焊接在箱體內(nèi)壁上的接地金屬隔板3、信號(hào)隔離板的底座4和安裝ECU的底座5。箱體內(nèi)腔非加工表面需涂?jī)杀榛疑突〈牌?，這樣可以避免電控箱體在惡劣的礦井環(huán)境下腐蝕、生銹，還可以在表面形成一層防氧化的絕緣涂層，可以防止靜電、電弧的產(chǎn)生。箱體內(nèi)外的兩個(gè)接地端-接地金屬隔板和接地螺栓具有足夠的強(qiáng)度和剛度，它們被牢牢焊接在箱子上面而不會(huì)脫落，它們有足夠的載流能力以防止故障條件下使接地?zé)┗驌p壞；箱體左右兩側(cè)分設(shè)計(jì)有上下兩層聯(lián)通節(jié)，它們是發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)與隔離板的聯(lián)接通道，并具有較好的密封效果；箱體的信號(hào)隔離板底座4用于安置信號(hào)隔離板，ECU底座用于固定ECU，并且兩者安裝需要安裝絕緣防護(hù)墊。箱體與箱蓋(如圖4所示)的接觸面進(jìn)行了磷化處理并涂上防銹油，墊上石棉墊，使隔爆箱內(nèi)處于完好的密封狀態(tài)，防止外部環(huán)境的液體進(jìn)入。附圖5是電控單元ECU的結(jié)構(gòu)示意圖，它的信號(hào)處理模塊可以分為數(shù)字信號(hào)處理模塊、模擬信號(hào)處理模塊和轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊。這三個(gè)模塊就是針對(duì)由信號(hào)隔離板上傳輸過(guò)來(lái)的傳感器信號(hào)和開關(guān)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，主要包括信號(hào)的濾波和限幅處理；ECU的驅(qū)動(dòng)模塊也包含有兩個(gè)子部分功率驅(qū)動(dòng)和噴射驅(qū)動(dòng)，其中噴射驅(qū)動(dòng)模塊是整個(gè)燃油噴射控制系統(tǒng)過(guò)程的核心，噴射驅(qū)動(dòng)過(guò)程可分為電磁閥閉合過(guò)程和維持閉合兩個(gè)階段。礦用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射控制系統(tǒng)中，采用雙電壓分時(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，即電磁閥閉合過(guò)程階段采用DC/DC升壓模塊提供的高電壓驅(qū)動(dòng)，維持閉合階段采用低電壓(車載蓄電池電壓)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電流的PWM調(diào)制。同時(shí)在噴射過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)過(guò)采樣實(shí)時(shí)的反饋給MPC561的A/D模塊，通過(guò)控制PWM信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制。而功率驅(qū)動(dòng)主要是來(lái)驅(qū)動(dòng)一些發(fā)動(dòng)機(jī)上的執(zhí)行器裝置，使他們輔助配合發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作；帶擴(kuò)展存儲(chǔ)的MCU模塊是電控單元ECU的大腦，MCU芯片采用freescale公司生產(chǎn)的32位微處理器MPC561，外擴(kuò)存儲(chǔ)器空間為2M SRAM和4M FLASH的存儲(chǔ)空間，SRAM存儲(chǔ)空間用于運(yùn)行控制程序和在線標(biāo)定，flash存儲(chǔ)空間用于固化控制程序和map數(shù)據(jù)，使其在電控單元斷電的情況下，不丟失數(shù)據(jù)；電源管理模塊主要由信號(hào)隔離板來(lái)提供電源，而信號(hào)隔離板則是由車載蓄電池來(lái)持續(xù)供電的。通過(guò)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)各個(gè)模塊供電，同時(shí)集成了用于外部故障診斷的IS0-9141串行通訊和匹配標(biāo)定的CAN通訊。大大減少了元器件布置的空間和成本，減少了電子元器件之間的干擾，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性；DC/DC升壓模塊它類似于一個(gè)充放電的過(guò)程，它主要為噴射驅(qū)動(dòng)提供高電壓，實(shí)現(xiàn)電磁閥的快速響應(yīng)。礦用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本安模擬信號(hào)、本安數(shù)字信號(hào)和本安轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)聯(lián)通節(jié)通過(guò)線束與隔離板的安全接口 I相連接。這些信號(hào)經(jīng)隔離和限能處理后，經(jīng)安全接口 2通過(guò)線束與·ECU相連接，分別輸入到ECU的模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊，帶擴(kuò)展存儲(chǔ)器的MCU模塊經(jīng)進(jìn)行計(jì)算分析，給出最佳的噴油定時(shí)和噴油量以及其它執(zhí)行器的控制信號(hào)，輸出的信號(hào)經(jīng)安全接口 2，進(jìn)行安全隔離，輸出的本安信號(hào)經(jīng)安全接口 I通過(guò)線束控制發(fā)動(dòng)機(jī)的執(zhí)行器。
權(quán)利要求
1.ー種礦用柴油機(jī)上控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，其特征在于它是由隔爆箱、信號(hào)隔離板和電控單元ECU組成；其特征在于電控單元ECU和信號(hào)隔離板安裝在隔爆箱內(nèi)部，本安信號(hào)通過(guò)線束輸入到信號(hào)隔離板，信號(hào)隔離板對(duì)其進(jìn)行隔離濾波處理輸入到電控單元，電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)輸入的本安信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的執(zhí)行器的信號(hào)，輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離板進(jìn)行安全隔離，輸出的本安信號(hào)通過(guò)線束控制發(fā)動(dòng)機(jī)的執(zhí)行器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所描述的礦用柴油機(jī)控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，其特征在于信號(hào)隔離板由安全接ロ、安全接ロ、電源轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)限能模塊和信號(hào)隔離模塊組成，安全接ロ通過(guò)線束與發(fā)動(dòng)機(jī)的信號(hào)相連接，安全接ロ通過(guò)線束與電控單元的信號(hào)相連接；電源轉(zhuǎn)換電路通過(guò)直流24V分別轉(zhuǎn)換成12V，IOV和5V為隔離板上各種元器件、電控単元E⑶和外圍器件提供安全穩(wěn)定的供電；信號(hào)的限能和隔離處理則是主要是通過(guò)熔斷器和光電耦合芯片來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的限能處理，對(duì)數(shù)字信號(hào)的隔離處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所描述的礦用柴油機(jī)控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，其特征在于電控單元ECU是由模擬信號(hào)處理模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、轉(zhuǎn)速信號(hào)處理模塊、帶擴(kuò)展存儲(chǔ)器的MCU模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、DC/DC升壓模塊、噴射驅(qū)動(dòng)模塊、帶集成通信模塊的電源管理模塊組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所描述的所描述的礦用柴油機(jī)控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，其特征在于帶擴(kuò)展存儲(chǔ)器的MCU模塊采用32位微處理器，擴(kuò)展存儲(chǔ)器為SRAM和FLASH的存儲(chǔ)器，SRAM存儲(chǔ)空間用于電控單元控制程序和在線標(biāo)定，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)空間用于固化控制程序和map數(shù)據(jù)，使其電控單元在斷電的情況下，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不丟失。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4中所描述的礦用柴油機(jī)控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，其特征在于電源管理模塊中的通信模塊包括IS0-9141串行通信和CAN模塊，ISO-9141串行通信用于故障診斷，CAN通信模塊用于匹配標(biāo)定；DC/DC升壓模塊給噴射驅(qū)動(dòng)模塊提供高電壓實(shí)現(xiàn)雙電壓驅(qū)動(dòng)電磁閥，并將工作電流實(shí)時(shí)反饋給MCU的A/D模塊，實(shí)現(xiàn)噴射驅(qū)動(dòng)閉環(huán)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3中礦用柴油機(jī)控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，其特征在于隔爆箱由箱體和箱蓋組成，箱體兩側(cè)設(shè)計(jì)有用干與外部接線的聯(lián)通節(jié)，內(nèi)、外側(cè)分別焊接有保護(hù)作用的接地金屬隔板和接地螺栓，電控単元和防爆信號(hào)隔離板構(gòu)成的關(guān)聯(lián)電路安裝在箱體內(nèi)，當(dāng)加上箱蓋后，隔爆箱具體很好的防水密封效果，能夠承受滲入箱內(nèi)的可燃性混合氣在內(nèi)部的爆炸而不損毀，并且不會(huì)弓I起外部爆炸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所描述的礦用柴油機(jī)控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，其特征在于隔爆箱箱體和箱蓋接觸面進(jìn)行了磷化處理并涂上防銹油，內(nèi)腔非加工表面需涂?jī)杀榛疑突〈牌帷?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦用柴油機(jī)控制燃油噴射的隔爆兼本安型電控箱，它主要由隔爆箱、信號(hào)隔離板和電控單元ECU三部分組成。其中電控單元ECU和信號(hào)隔離板安裝在隔爆箱內(nèi)部，本安信號(hào)通過(guò)線束輸入到隔離板，隔離板對(duì)其進(jìn)行隔離、限能和濾波處理輸入到電控單元的信號(hào)處理模塊，經(jīng)電控單元的MCU模塊計(jì)算分析，發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離板進(jìn)行安全隔離，得到的本安信號(hào)通過(guò)線束控制發(fā)動(dòng)機(jī)的執(zhí)行器，它們構(gòu)成一個(gè)完整的控制燃油噴射關(guān)聯(lián)電路，隔爆箱則是為內(nèi)部關(guān)聯(lián)電路提供一個(gè)可靠的隔離保護(hù)環(huán)境，具有良好的防水、防氣效果，它能夠承受滲入箱內(nèi)的可燃性混合氣在內(nèi)部的爆炸而不損毀，并且不會(huì)引起外部爆炸。
文檔編號(hào)H05K5/06GK102787931SQ20121030799
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者劉小勇, 汪世倫, 汪倫, 胡湘林, 高洪浩 申請(qǐng)人:江西直方數(shù)控動(dòng)力有限公司