CN101092911A

CN101092911A - 柴油机电子控制废气再循环系统电子控制器

Info

Publication number: CN101092911A
Application number: CNA200710029056XA
Authority: CN
Inventors: 彭美春; 黄华; 胡强
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: CN100535417C

Abstract

本发明公开了一种柴油机电子控制废气再循环系统电子控制器，包括有信号接收模块(1)、控制单元模块(2)、显示模块(3)、故障恢复模块(4)、模拟仿真模块(5)、电源稳压模块(6)、执行机构驱动模块(7)，上述模块均集成在一块I/O接口板上；本发明可实现自动控制从发动机排气管流入进气管中的废气量，在各种发动机工况下实现有效降低NOx排放的目的，可以实现EGR阀与发动机的模拟匹配标定，可仿真EGR阀的控制过程，可以作为发动机降低NOx排放的手段，也可以作为汽车发动机电控EGR系统电子控制器开发的辅助工具。

Description

柴油机电子控制废气再循环系统电子控制器

技术领域

本发明属于发动机电控系统，具体涉及一种柴油机电子控制废气再循环系统电子控制器。

背景技术

在我国一些中心城市的中心区汽车排气污染相当严重，尤其是NOx的排放污染问题突出，对社会生产和人民生活带来了不良的影响。近年来随着柴油车使用量的不断增多，要求降低柴油车NOx与碳烟排放的需求越来越迫切。

虽然汽车厂商和研究机构在控制柴油车的NOx排放方面已做了大量研究工作，并提出了多种控制措施，如推迟供油提前角、使用多次喷射、采用高压共轨喷射系统、使用还原催化净化技术等。但是由于这些控制技术在降低NOx排放的同时，要么如推迟喷油提前角会使发动机热效率降低，燃油经济性下降，燃油消耗率和碳烟增加；要么较大幅度地提高了制造成本；要么使发动机结构变得复杂，没有兼顾各方面的性能，因此其应用效果受到限制。国内外研究表明，废气再循环技术在成本增加较少的情况下，是大幅度降低NOx排放的有效措施。本发明是在不改造发动机结构、尽量减少成本、不降低发动机功率、不增加燃油消耗率的前提下，开发的柴油机电控EGR控制技术与装置，能有效地控制和降低发动机NOx的排放量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柴油机电子控制废气再循环系统电子控制器。

本发明是一种柴油机电子控制废气再循环(Exhaust Gas Recirculation，简称EGR)系统电子控制器(Electronic Control Unit，简称ECU)。

本发明的柴油机电子控制废气再循环系统电子控制器，包括有信号接收模块1、控制单元模块2、显示模块3、故障恢复模块4、模拟仿真模块5、电源稳压模块6、执行机构驱动模块7。其中信号接收模块1与控制单元模块2的输入端连接，控制单元模块2的输出端与执行机构驱动模块7的输入端连接，模拟仿真模块5的输出端通过信号接收模块1与控制单元模块2连接。信号接收模块1采集发动机转速信号、油门位置信号和水温信号，并将该数据发送到控制单元模块2。控制单元模块2把控制信号发送到执行机构驱动模块7的输入端，并把转速信号同油门位置信号发送到显示模块3的输入端，故障恢复模块4与控制单元模块2连接，电源稳压模块6与信号接收模块1、控制单元模块2、显示模块3、故障恢复模块4、模拟仿真模块5及执行机构驱动模块7分别连接供电。

上述信号接收模块1、控制单元模块2、显示模块3、故障恢复模块4、模拟仿真模块5、电源稳压模块6和执行机构驱动模块7均集成在一块I/O接口板上。

上述信号接收模块1包括有A/D模数转换器U2、分频器U3、限流电阻R6、限流电阻R7、极性电容C2、数字信号处理器U5、限流电阻R5、保护电阻R4和保护二级管D6，油门位置信号通过限流电阻R7和极性电容C2与A/D模数转换器U2连接，水温信号通过限流电阻R6与A/D模数转换器U2连接，转速信号通过限流电阻R5、保护电阻R4和保护二级管D6与数字信号处理器U5连接，A/D模数转换器U2的信号输出端与柴油机电控EGR系统电子控制器的控制单元模块2连接，数字信号处理器U5的其中之一输出端与柴油机电控EGR系统控制器的控制单元模块2连接，分频器U3的输出端与A/D模数转换器U2连接，分频器U3的输入端与柴油机电控EGR系统电子控制器的控制单元模块2连接。

上述控制单元模块2包括有CPU控制芯片、I/O接口电路，CPU控制芯片为51系列单片机U1，I/O接口电路为地址锁存器U4，地址锁存器U4的输入端与控制芯片U1连接，地址锁存器U4的输出端与A/D模数转换器U2的地址端连接，负责把CPU控制芯片U1的地址输出以控制A/D模数转换器U2，实现数据与地址的调用。

上述执行机构驱动模块7包括有光电耦合器U9、限流电阻R3、限流电阻R2、二极管D3和D4、极性电容C1、功率放大器U10，光电耦合器U9的信号输入端与柴油机电控EGR系统电子控制器的控制单元模块2连接，光电耦合器U9的电源输入端通过限流电阻R3与5V电源连接，光电耦合器U9的输出端一端通过限流电阻R2和二极管D3与12V电源连接，光电耦合器U9的输出端另一端与功率放大器U10的输入端连接，极性电容C1的正极通过二极管D4与功率放大器U10的输出端连接，控制单元模块2的控制信号通过功率放大器U10的输出端送到真空电磁阀的输入端。

上述显示模块3包括有LED显示器DS1、DS2、DS3、DS4、DS5和DS6，驱动三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，译码器U8，移位寄存器U7，限流电阻R8～R21，译码器U8的输入端与柴油机电控EGR系统电子控制器的电子控制单元模块2连接，译码器U8的输出端通过限流电阻R17～R21与上述驱动三极管相接，每个三极管各与一个限流电阻和一个LED显示器驱动端相连接，移位寄存器U7的输入端与电控EGR系统控制器的控制单元模块2的串行口连接，移位寄存器U7的输出端通过限流电阻R8～R16与上述LED显示器的数位控制端相接。

上述故障恢复模块4包括有故障恢复按键S1、极性电容C5、电容C6、限流电阻R1和二极管D5，故障恢复按键S1的一端、极性电容C5的正极、电容C6的一端与电源稳压模块6的输出端连接，故障恢复按键S1的另一端与二极管D5的负极相连，并通过电容C6的另一端与控制芯片U1的“RESET”管脚相连，极性电容C5的负极与限流电阻R1相连，限流电阻R1的另一端与二极管D5的正极一起与地相连。

上述模拟仿真模块5包括有变阻器R22和R23，变阻器R22和R23的一端与A/D模数转换器U2的输入端连接，另一端与电源稳压模块6相连。

上述电源稳压模块6包括有二极管D1和D2、稳压芯片U6，二极管D1的正极与电源连接，负极与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与稳压芯片U6的输入端相连，电源稳压模块6可连接12V稳压电源，也可采用汽车24V蓄电池。

本发明的柴油机电子控制废气再循环系统(Exhaust Gas Recirculation，简称EGR)采用包括传感器、电子控制器、执行器三部分的结构。其中传感器包括转速、油门位置和水温三传感器，通过传感器接收发动机的转速、油门位置和水温三信号。电子控制器制作成一块I/O接口板，是以单片机为核心，集数据采集、信号发生和数据传输与显示为一体的系统，包括信号接收模块、控制单元模块、显示模块和执行机构驱动模块等。执行器是真空电磁阀，用来控制EGR阀的开闭。本发明的电源可采用直流12V稳压电源，也可采用汽车24V蓄电池作为电源。

本发明的有益效果是提供可有效降低发动机NOx的废气再循环控制技术与装置，可对设计的EGR阀与发动机的匹配进行模拟标定，可对EGR阀的控制过程进行仿真。本发明可以作为发动机降低NOx排放的手段，也可以作为发动机电控EGR系统电子控制器开发的辅助工具。

附图说明

图1是本发明的柴油机电控EGR系统电子控制器的原理图。

图2是本发明的显示模块3的电路图。

图3是本发明的执行机构驱动模块7的电路图。

图4是本发明的信号接收模块1的电路图。

图5是本发明的转速信号处理电路图。

图6是本发明的信号接收模块1、电子控制单元模块2、显示模块3、故障恢复模块4、模拟仿真模块5、电源稳压模块6和执行机构驱动模块7均集成在一块I/O接口板上的电路图。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1所示，包括有信号接收模块1、控制单元模块2、显示模块3、故障恢复模块4、模拟仿真模块5、电源稳压模块6、执行机构驱动模块7。其中信号接收模块1与控制单元模块2的输入端连接，控制单元模块2的输出端与执行机构驱动模块7的输入端连接，模拟仿真模块5的输出端通过信号接收模块1与控制单元模块2连接。信号接收模块1采集发动机转速信号、油门位置信号和水温信号，并将该数据发送到控制单元模块2。控制单元模块2把控制信号发送到执行机构驱动模块7的输入端，并把转速信号同油门位置信号发送到显示模块3的输入端，故障恢复模块4与控制单元模块2连接，电源稳压模块6与信号接收模块1、控制单元模块2、显示模块3、故障恢复模块4、模拟仿真模块5及执行机构驱动模块7分别连接供电。

上述信号接收模块1包括有A/D模数转换器U2，分频器U3，限流电阻R6，限流电阻R7，极性电容C2，数字信号处理器U5，限流电阻R5，保护电阻R4和保护二级管D6。油门位置信号通过限流电阻R7和电容C2与A/D模数转换器U2连接，水温信号通过限流电阻R6与A/D模数转换器U2连接，转速信号通过限流电阻R5、保护电阻R4和保护二级管D6与数字信号处理器U5连接，A/D模数转换器U2的信号输出端与柴油机电控EGR系统电子控制器的控制单元模块2连接，数字信号处理器U5的其中之一输出端与柴油机电控EGR系统控制器的控制单元模块2连接，分频器U3的输出端与A/D模数转换器U2连接，分频器U3的输入端与柴油机电控EGR系统电子控制器的控制单元模块2连接。

本实施例中，当传感器信号输入到A/D模数转换器U2时，由控制单元模块2通过地址锁存器U4选通需要转换的模拟信号，再把转换得到的数字信号发回给控制单元模块2，就实现了对传感器各信号的实时采集。

上述控制单元模块2包括有CPU控制芯片、I/O接口电路，CPU控制芯片为51系列单片机U1，I/O接口电路为地址锁存器U4。地址锁存器U4的输入端与控制芯片U1连接，地址锁存器U4的输出端与A/D模数转换器U2的地址端连接。其中，控制芯片U1中存储有发动机的工况信息，当接收到A/D模数转换器U2及数字信号处理器U5传来的信号后判断此时发动机所处的工况，计算出此时真空电磁阀所需要的控制脉冲，由控制芯片U1发出控制信号，实现EGR阀的自动控制。

上述执行机构驱动模块7包括有光电耦合器U9、限流电阻R3、限流电阻R2、二极管D3和D4、极性电容C1、功率放大器U10，光电耦合器U9的信号输入端与柴油机电控EGR系统电子控制器的控制单元模块2连接，光电耦合器U9的电源输入端通过限流电阻R3与5V电源连接，光电耦合器U9的输出端一端通过限流电阻R2和二极管D3与12V电源连接，光电耦合器U9的输出端另一端与功率放大器U10的输入端连接，极性电容C1的正极通过二极管D4与功率放大器U10的输出端连接，控制单元模块2的控制信号通过功率放大器U10的输出端送到真空电磁阀的输入端。本实施例中，功率放大器U10把控制芯片U1发出的控制信号放大后，输入到真空电磁阀中，控制真空电磁阀的开度，进而控制EGR阀的开度。

上述故障恢复模块4包括有故障恢复按键S1，极性电容C5，电容C6，限流电阻R1和二极管D5。故障恢复按键S1的一端、极性电容C5的正极、电容C6的一端与电源稳压模块6的输出端连接，故障恢复按键S1的另一端与二极管D5的负极相连，并通过电容C6的另一端与控制芯片U1的“RESET”管脚相连，极性电容C5的负极与限流电阻R1相连，限流电阻R1的另一端与二极管D5的正极一起与地相连。本实施例中，当控制系统陷入死循环时，按下故障恢复按键S1后，故障恢复模块4就会在控制芯片U1的“RESET”管脚上给予持续两个周期以上的低电平，使控制芯片U1复位，从而令控制系统重新工作。

上述电源稳压模块6包括有二极管D1和D2，稳压芯片U6。二极管D1的正极与电源连接，负极与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与稳压芯片U6的输入端相连。本实施例中，稳压芯片U6输出端向控制系统提供5V的电压。

上述模拟仿真模块5包括有变阻器R22和R23。变阻器R22和R23的一端与A/D模数转换器U2的输入端连接，另一端与电源稳压模块6相连。本实施例中，当调节变阻器R22和R23的电阻值时，在其输出端产生可变的电压，从而可模拟油门位置的变化和发动机测功机加载时转速的变化，实现对EGR阀与发动机匹配的模拟标定和对EGR阀控制过程的仿真。

本发明用于对EGR阀与发动机匹配的模拟标定和对EGR阀控制过程仿真的方法为：

电子控制单元模块2的控制芯片U1中存储有EGR阀与发动机匹配的模拟仿真数据。当调节变阻器R22时，产生一个可变的电压，该电压信号与发动机油门位置传感器传来的信号相似；再调节变阻器R23时，又产生一个可变的电压，这与发动机测功机加载时的加载信号相似。在控制逻辑上使这两个信号变化的规律与发动机转速、负荷信号变化规律相同，则该两电压信号就被转换为发动机工况信号。此时控制单元模块2根据两个模拟信号判断发动机所处工况，计算出此时所需要的控制脉冲，实现模拟控制。

Claims

1、一种柴油机电子控制废气再循环系统电子控制器，其特征在于包括有信号接收模块(1)、控制单元模块(2)、显示模块(3)、故障恢复模块(4)、模拟仿真模块(5)、电源稳压模块(6)、执行机构驱动模块(7)；其中信号接收模块(1)与控制单元模块(2)的输入端连接，控制单元模块(2)的输出端与执行机构驱动模块(7)的输入端连接，模拟仿真模块(5)的输出端通过信号接收模块(1)与控制单元模块(2)连接，信号接收模块(1)采集发动机转速信号、油门位置信号和水温信号，并将该数据发送到控制单元模块(2)，控制单元模块(2)把控制信号发送到执行机构驱动模块(7)的输入端，并把转速信号同油门位置信号发送到显示模块(3)的输入端，故障恢复模块(4)与控制单元模块(2)连接，电源稳压模块(6)与信号接收模块(1)、控制单元模块(2)、显示模块(3)、故障恢复模块(4)、模拟仿真模块(5)及执行机构驱动模块(7)分别连接。

2、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述信号接收模块(1)、控制单元模块(2)、显示模块(3)、故障恢复模块(4)、模拟仿真模块(5)、电源稳压模块(6)和执行机构驱动模块(7)均集成在一块I/O接口板上。

3、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述信号接收模块(1)包括有A/D模数转换器U2、分频器U3、限流电阻R6、限流电阻R7、极性电容C2、数字信号处理器U5、限流电阻R5、保护电阻R4和保护二级管D6，油门位置信号通过限流电阻R7和极性电容C2与A/D模数转换器U2连接，水温信号通过限流电阻R6与A/D模数转换器U2连接，转速信号通过限流电阻R5、保护电阻R4和保护二级管D6与数字信号处理器U5连接，A/D模数转换器U2的信号输出端与控制单元模块(2)连接，数字信号处理器U5的其中之一输出端与控制单元模块(2)连接，分频器U3的输出端与A/D模数转换器U2连接，分频器U3的输入端与控制单元模块(2)连接。

4、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述控制单元模块(2)包括有CPU控制芯片、I/O接口电路，CPU控制芯片为51系列单片机U1，I/O接口电路为地址锁存器U4，地址锁存器U4的输入端与控制芯片U1连接，地址锁存器U4的输出端与A/D模数转换器U2的地址端连接，把CPU控制芯片U1的地址输出以控制A/D模数转换器U2，实现数据与地址的调用。

5、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述执行机构驱动模块(7)包括有光电耦合器U9、限流电阻R3、限流电阻R2、二极管D3和D4、极性电容C1、功率放大器U1O；光电耦合器U9的信号输入端与控制单元模块(2)连接，光电耦合器U9的电源输入端通过限流电阻R3与5V电源连接，光电耦合器U9的输出端一端通过限流电阻R2和二极管D3与12V电源连接，光电耦合器U9的输出端另一端与功率放大器U10的输入端连接，极性电容C1的正极通过二极管D4与功率放大器U10的输出端连接，控制单元模块(2)的控制信号通过功率放大器U10的输出端送到真空电磁阀的输入端。

6、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述显示模块(3)包括有LED显示器DS1、DS2、DS3、DS4、DS5和DS6，驱动三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，译码器U8，移位寄存器U7，限流电阻R8～R21，译码器U8的输入端与控制单元模块(2)连接，译码器U8的输出端通过限流电阻R17～R21与上述驱动三极管相接，每个三极管各与一个限流电阻和一个LED显示器驱动端相连接，移位寄存器U7的输入端与控制单元模块(2)的串行口连接，移位寄存器U7的输出端通过限流电阻R8～R16与上述LED显示器的数位控制端相接。

7、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述故障恢复模块(4)包括有故障恢复按键S1，极性电容C5，电容C6，限流电阻R1和二极管D5；故障恢复按键S1的一端、极性电容C5的正极、电容C6的一端与电源稳压模块(6)的输出端连接，故障恢复按键S1的另一端与二极管D5的负极相连，并通过电容C6的另一端与控制芯片U1的“RESET”管脚相连，极性电容C5的负极与限流电阻R1相连，限流电阻R1的另一端与二极管D5的正极一起与地相连。

8、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述模拟仿真模块(5)包括有变阻器R22和R23，变阻器R22和R23的一端与A/D模数转换器U2的输入端连接，另一端与电源稳压模块(6)相连。

9、根据权利要求1所述的电子控制器，其特征在于上述电源稳压模块(6)包括有二极管D1和D2、稳压芯片U6，二极管D1的正极与电源连接，负极与二极管D2的正极相连，二极管D2的负极与稳压芯片U6的输入端相连，电源稳压模块(6)可连接12V稳压电源，也可采用汽车24V蓄电池。