專利名稱：車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車電子領域，特別是車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)的電子控制單
J Li o
背景技術：
柴油機相對汽油機節(jié)能30 %，在エ業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運輸業(yè)廣泛地使用，受到越來越多的親睞。世界各國排放法規(guī)的日益嚴格和能源的嚴重短缺，迫使柴油機朝著低污染、低油耗和高比功率的方向發(fā)展。而降低柴油機排放、提高動力性、經(jīng)濟性的關鍵在于改善其燃燒過程。而改善燃燒過程則在于噴油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)和燃燒室結構三者進行良好的組合和匹配，其中噴油噴射系統(tǒng)起著最為重要的作用。燃油噴射特性與霧化質量對提高柴油機的 作功能力和改善柴油機工作特性、降低燃油消耗率和減少排氣污染等都有著極其重要的影響。傳統(tǒng)柴油機采用機械供油，噴油壓力、供油角度和噴射量等參數(shù)不能靈活控制，不能滿足動カ性、經(jīng)濟性和排放性等要求日益嚴格的柴油機的控制要求。柴油機電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，在柴油機全負荷范圍內(nèi)可實現(xiàn)噴油規(guī)律、噴油壓力和能量轉換過程的最優(yōu)控制，在降低發(fā)動機油耗和排放、提高發(fā)動機及整車性能等方面具有較強的優(yōu)勢。柴油機電子控制管理技術是影響柴油機綜合性能的重要部分，廣泛應用電子控制燃料噴射系統(tǒng)是ー個必然趨勢。柴油機在引入電控高壓共軌系統(tǒng)之后，噴射油量、相位和噴射次數(shù)等參數(shù)可以靈活控制，電控單元根據(jù)不同的工作條件、環(huán)境因素、排放要求、附件使用情況等來進行一次或多次噴射，并且控制其他相應的部件工作，需要處理的信息不斷増加，電控單元的控制自由度和復雜性不斷地加大。為適應共軌柴油機電控單元的多因數(shù)協(xié)調控制要求，急需開發(fā)一款適用于車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)的新型電子控制単元。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是根據(jù)新型共軌車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)的控制功能及特點，設計ー款適用于車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)的電子控制單元。為了實現(xiàn)上述目的本實用新型采用如下技術方案一種車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元，包括中央控制模塊、輸入采集電路模塊、功率驅動電路模塊、電源管理模塊、通信處理模塊、噴油器電磁閥驅動、高壓油泵電磁閥驅動、EGR電磁閥驅動、預熱電磁閥驅動、CAN通信模塊、RS232通信模塊和K線通信模塊。其中所述輸入采集電路模塊采集曲軸轉速、凸輪位置、共軌壓力、冷卻水溫、油門位置和進氣流量數(shù)據(jù)輸入中央控制模塊處理；中央控制模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行啟動、怠速、加速、減速、排放優(yōu)化、巡航控制分析，并將分析結果通過功率驅動電路模塊控制噴油器電磁閥、高壓油泵電磁閥、EGR電磁閥和預熱電磁閥動作。所述中央控制模塊還通過通信處理模塊連接CAN通信模塊、RS232通信模塊和K線通信模塊與外界通信。所述電源管理模塊將12V車載電源轉換為5V、3. 3V和80V分別給傳感器供電、MCU供電和驅動供電。上述功率驅動電路模塊中控制噴油器電磁閥的具體電路如下場效應管Q2的柵極順接ニ極管D2正扱，再通過噴油器線圈L與場效應管Q3的漏極連接，場效應管Q3的柵極通過電阻Rl接地；場效應管Q3的柵極和場效應管Q2的漏極之間連接電容Cl，場效應管Q3的漏極連接ニ極管D3的正極，ニ極管D3的負極連接場效應管Q2的漏極；場效應管Ql的柵極連接ニ極管Dl的正扱，ニ極管Dl的負極與噴油器線圈L 一極和ニ極管D2負極共接；80V電源連接場效應管Q2的漏極，12V電源連接場效應管Ql的漏極；噴射脈沖信號分解SI、噴射脈沖信號分解S2和噴射脈沖信號分解S3分別接入場效應管Ql、Q2和Q3的源扱。場效應管Ql的漏極與柵扱、Q2的漏極與柵極和Q3的漏極與柵極間均連接有穩(wěn)壓ニ極管。本實用新型所提供的車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元，具有強大而實用的軟硬件綜合能力及高度的可靠性，具有豐富的輸入輸出接ロ，滿足現(xiàn)代汽車動力總成控制系統(tǒng)的多輸入、多輸出、高精度、柔性控制的需求。在硬件驅動上，采用升壓驅動，高壓部分 80V，保證高速噴油器電磁閥能夠迅速打開，在整體設計上，采用EMC電磁兼容設計，滿足很強的電磁兼容品質。

圖I為本實用新型的控制系統(tǒng)配置原理框圖；圖2為電控單元噴油器高速電磁閥驅動原理圖；圖中1-中央控制模塊；2_輸入采集電路模塊；3_功率驅動電路模塊；4_電源管理模塊；5_通信處理模塊；6_曲軸轉速；7_凸輪位置；8_共軌壓カ；9_冷卻水溫；10_油門位置；11_進氣流量；12_傳感器供電；13_驅動供電；14-MCU供電；15_噴油器電磁閥驅動；16-高壓油泵電磁閥驅動；17- EGR電磁閥驅動；18_預熱電磁閥驅動；19- CAN通信模塊；20- RS232通信模塊；21-K線通信模塊。
具體實施方式
參見圖1，一種車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元，包括中央控制模塊I、輸入采集電路模塊2、功率驅動電路模塊3、電源管理模塊4、通信處理模塊5、噴油器電磁閥驅動15、高壓油泵電磁閥驅動16、EGR電磁閥驅動17、預熱電磁閥驅動18、CAN通信模塊19、RS232通信模塊20和K線通信模塊21。其中所述輸入采集電路模塊2采集曲軸轉速6、凸輪位置7、共軌壓カ8、冷卻水溫9、油門位置10和進氣流量11數(shù)據(jù)輸入中央控制模塊I處理；中央控制模塊I根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行啟動、怠速、加速、減速、排放優(yōu)化、巡航控制分析，并將分析結果通過功率驅動電路模塊3控制噴油器電磁閥驅動15、高壓油泵電磁閥驅動16、EGR電磁閥驅動17和預熱電磁閥驅動18動作。所述中央控制模塊I還通過通信處理模塊5連接CAN通信模塊19、RS232通信模塊20和K線通信模塊21與外界通信。K線通信模塊21采用MC33199芯片，KWP2000協(xié)議采用K線和L線，其中K線為數(shù)據(jù)傳輸線，用于雙向傳遞數(shù)據(jù)，L線為單向傳輸，通常情況下為高電平，只在初始化時傳遞從診斷設備到車輛總線的ECU地址。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。由于設計中的電控單元的微處理器SPC563M64帶有CAN2. O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(前飛利浦)高速CAN收發(fā)器TJA1050，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(shù)據(jù)的在線顯示、標定修改。所述電源管理模塊4將12V車載電源轉換為5V、3. 3V和80V分別給傳感器供電12、MCU供電14和驅動供電13。采用電源芯片，將車載電源電壓12V轉換為傳感器供電所需的5V和為控制芯片及其它集成電路所需的3. 3V供電；采用電容蓄能升壓電路，將車載電源12V升高到80V，為噴油器高速電磁閥驅動高壓供電。 中央控制模塊I采用意法公司的SPC563M64作為微控制器核心，主頻64MHz，集成兩路eTUP功能；SPC563M64的eTPU模塊實現(xiàn)發(fā)動機的轉速采集、相位判缸和燃油噴射脈沖控制功能。噴油器電磁閥驅動15采用可編程邏輯波形與高、低壓組合(80V與12V組合)協(xié)同驅動，車載電源12V為電磁閥低壓驅動供電，12V電壓通過升壓電路到達80V后作為電磁閥高壓驅動供電，高低、壓驅動的控制由可編程邏輯器件通過軟件編程控制，從而實現(xiàn)噴油器高速電磁閥快速開啟，驅動電流達到峰值的時間小于0. Ims0 EGR電磁閥驅動17、高壓油泵電磁閥驅動16以及繼電器的驅動采用集成芯片TLE6244X控制，通過與微控制器的SPI通訊來配置驅動模式。采用控制器的eTPU來進行發(fā)動機曲軸轉速采集、凸輪相位判缸和觸發(fā)燃油噴射脈沖，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。采用EMC板級分析進行電路設計，具有較強的EMC性能；電路板與電控單元殼體耦合散熱、抗震設計，電控系統(tǒng)散熱好、可靠性高。上述的硬件電路為6層印刷電路板(PCB)，采用EMC板級分析進行電路設計，具有較強的EMC性能；電路板與電控單元殼體耦合散熱設計，BDM采用10針標準接ロ，并設計有防插反接頭及插反后得ECU保護電路。參見圖2，功率驅動電路模塊3中控制噴油器電磁閥驅動15的具體電路如下場效應管Q2的柵極順接ニ極管D2正扱，再通過噴油器線圈L與場效應管Q3的漏極連接，場效應管Q3的柵極通過電流取樣電阻Rl接地；場效應管Q3的柵極和場效應管Q2的漏極之間連接蓄能電容Cl，場效應管Q3的漏極連接ニ極管D3的正極，ニ極管D3的負極連接場效應管Q2的漏極；場效應管Ql的柵極連接ニ極管Dl的正扱，ニ極管Dl的負極與噴油器線圈L ー極和ニ極管D2負極共接；80V電源連接場效應管Q2的漏扱，12V電源連接場效應管Ql的漏極；噴射脈沖信號分解SI、噴射脈沖信號分解S2和噴射脈沖信號分解S3分別接入場效應管Ql、Q2和Q3的源扱。場效應管Ql的漏極與柵扱、Q2的漏極與柵極和Q3的漏極與柵極間均連接有穩(wěn)壓ニ極管。噴射脈沖信號經(jīng)過可編程邏輯芯片(CPLD)編程處理后，形成3路脈沖信號噴射脈沖信號分解SI、噴射脈沖信號分解S2和噴射脈沖信號分解S3，按上述電路分別驅動3個場效應關管Ql、Q2和Q3。硬件無需改變，軟件編程調整CPLD的程序即可調整SI、S2和S3的波形，從而調整噴射電磁閥驅動電流形狀。
權利要求1.一種車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元，包括中央控制模塊(I)、輸入采集電路模塊(2)、功率驅動電路模塊(3)、電源管理模塊(4)、通信處理模塊(5)、噴油器電磁閥驅動(15)、高壓油泵電磁閥驅動(16)、EGR電磁閥驅動(17)、預熱電磁閥驅動(18)、CAN通信模塊(19)、RS232通信模塊(20)和K線通信模塊(21);其特征在于 所述輸入采集電路模塊(2 )采集曲軸轉速(6 )、凸輪位置(7 )、共軌壓力(8 )、冷卻水溫(9)、油門位置(10)和進氣流量(11)數(shù)據(jù)輸入中央控制模塊(I)處理；中央控制模塊(I)根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行啟動、怠速、加速、減速、排放優(yōu)化、巡航控制分析，并將分析結果通過功率驅動電路模塊(3 )控制噴油器電磁閥驅動(15 )、高壓油泵電磁閥驅動(16 )、EGR電磁閥驅動(17)和預熱電磁閥驅動(18)動作； 所述中央控制模塊(I)還通過通信處理模塊(5)連接CAN通信模塊(19)、RS232通信模塊(20 )和K線通信模塊(21)與外界通信； 所述電源管理模塊(4)將12V車載電源轉換為5V、3. 3V和80V分別給傳感器供電、MCU供電和驅動供電。
2.根據(jù)權利要求I所述車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元，其特征在于所述功率驅動電路模塊(3)中控制噴油器電磁閥驅動(15)的具體電路如下 場效應管Q2的柵極順接二極管D2正極，再通過噴油器線圈L與場效應管Q3的漏極連接，場效應管Q3的柵極通過電阻Rl接地；場效應管Q3的柵極和場效應管Q2的漏極之間連接電容Cl，場效應管Q3的漏極連接二極管D3的正極，二極管D3的負極連接場效應管Q2的漏極；場效應管Ql的柵極連接二極管Dl的正極，二極管Dl的負極與噴油器線圈L 一極和二極管D2負極共接；80V電源連接場效應管Q2的漏極，12V電源連接場效應管Ql的漏極；噴射脈沖信號分解SI、噴射脈沖信號分解S2和噴射脈沖信號分解S3分別接入場效應管Q1、Q2和Q3的源極。
3.根據(jù)權利要求2所述車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元，其特征在于所述場效應管Ql的漏極與柵極、Q2的漏極與柵極和Q3的漏極與柵極間均連接有穩(wěn)壓二極管。
專利摘要一種車用柴油機高壓噴射系統(tǒng)電子控制單元，其特征在于它包括中央控制模塊、輸入采集電路模塊、功率驅動電路模塊、噴油器電磁閥驅動、高壓油泵電磁閥驅動、EGR電磁閥驅動、預熱電磁閥驅動、電源管理模塊、通信處理模塊、CAN通信模塊、RS232通信模塊和K線通信模塊等。采用SPC563M64作為微處理器，主頻達64MHz；采用eTPU實現(xiàn)轉速、相位采集，并通過eTPU實現(xiàn)噴射脈寬控制；電控單元升壓80V，采用高、低電壓組合驅動電路設計和可編程邏輯器件軟件編程實現(xiàn)高速電磁閥驅動電路邏輯控制；電控單元配備的通信接口和軟件符合CCP協(xié)議，通過標定軟件可以方便地進行噴射控制參數(shù)調整修改，滿足先進柴油機的控制要求。
文檔編號F02D41/38GK202578924SQ20122022420
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權日2012年5月18日
發(fā)明者王洪榮, 王永富, 張衡, 楊勇, 高靜, 劉志, 甘海云, 唐函含, 蒲紫光 申請人:中國汽車工程研究院股份有限公司