CN101294534A - 电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电控共轨供油泵用电磁阀的诊断检测方法及装置，其特征是通过监控程序输入经试验预先设定的控制参数，再实时检测电磁阀驱动时的电流波形并进行曲线拟合，据此判断电磁阀的特性，并测出电磁阀开启与关闭延迟的运动情况，分析电磁阀是否存在卡死或断路故障。使用这种电磁阀诊断检测装置时不需要喷油泵试验台，使用后可提高供油泵电磁阀性能的一致性，从而大大提高共轨喷油系统的性能和可靠性。本发明所述的电磁阀检测装置制造成本低，使用方便，还具有自诊断功能，易于在批量生产中实施。

Description

电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法及装置

技术领域

本发明涉及柴油机电控共轨系统用电磁阀诊断检测方法及装置，特别是电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法及装置。

背景技术

共轨系统高压供油泵用电磁阀属于外开型电磁阀，通过改变供油泵供油始点控制供油泵柱塞每冲程的供油量，从而达到控制系统共轨压力的目的。工作中供油泵电磁阀开关次数与发动机高压供油泵转速成正比，因此，电磁阀需承受高频脉冲电流及机械负荷的冲击，而且发动机工作时产生的振动对电磁阀性能也会有影响。同时，电磁阀也是共轨喷射系统的关键部件，性能好坏直接影响共轨系统压力控制及稳定性，进而影响发动机性能。

现有的柴油机电控共轨喷射系统专利中，有很多关于电控喷油器电磁阀诊断与判断标准的专利，如中国专利CN1450452A公开了一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断方法及装置，该方法针对喷油器高速强力电磁阀提出了诊断判断方法及装置，根据特定时间内的电流值判断电磁阀是否满足性能要求，但该方法所涉及的电磁阀电流波形特征不明显，且无法从电流波形上判断电磁阀的动作情况。此外，日本专利JP11013519也公开了一种喷油器驱动控制及驱动装置的诊断方法，该方法采用电磁阀在规定时间内的电流值判断电磁阀是否满足喷油器的性能要求，同时该专利还增加了诊断电路，从而可对驱动装置自身进行故障判断；但该方法也是针对喷油器电磁阀进行分析，而喷油器电磁阀的驱动电流波形特征点不明显，且从波形上同样无法判断电磁阀运动情况，所以这些诊断方法并不适用于电控共轨供油泵用电磁阀的诊断与检测。

因为高压供油泵电磁阀是共轨系统的核心部件，直接影响共轨燃油系统的可靠性及性能，为及时发现生产过程中产生的不合格产品，需要一种能对电控共轨供油泵用电磁阀进行诊断检测的方法及装置。使用时只需要把电磁阀总成安装在检测装置上，通过数据采集分析系统可直接判断分析性能，并利用电流波形拟合曲线的特征点分析电磁阀开启与关闭延迟的运动情况，能大大提高检测工作效率和产品性能的一致性，从而进一步提高柴油机共轨系统的性能和可靠性。

发明内容

本发明的目的和任务是提供一种电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法及装置，检测前先通过监控程序输入经试验预先设定的控制参数，包括控制驱动脉宽，电磁阀驱动电流波形曲线关键点电流的上、下限值，电控单元接收命令后驱动电磁阀，其特征是：

(1)实时检测电磁阀驱动时的电流波形并进行曲线拟合，分析拟合曲线特征点数值，判断电磁阀的特性；

(2)通过上述电流波形的检测和曲线拟合，测出电磁阀开启与关闭延迟的运动情况；

(3)通过上述电流波形的检测和曲线拟合，分析电磁阀是否存在卡死或断路故障。

本发明所述电磁阀诊断检测装置具有自诊断功能，在电磁阀驱动及诊断电路中，电磁阀利用MOS管的开关实现驱动，并设计有吸收二极管，用于吸收电磁阀驱动结束时电感的反向电动势，通过二极管向电源充电，回收电能。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点是：实施本发明时不需要使用喷油泵试验台，利用本发明可以判断电磁阀的特性，测出电磁阀开启与关闭延迟的运动情况，分析电磁阀是否存在卡死或断路故障，提高供油泵电磁阀性能的一致性，从而大大提高共轨喷射系统的性能和可靠性。本发明所述的电磁阀检测装置制造成本低，使用方便，同时电路具有自诊断功能，易于在批量生产中实施。

附图说明

图1是本发明所述供油泵电磁阀诊断检测装置的原理性系统框图；

图2是电磁阀检测装置中电控单元的硬件结构连接框图；

图3是电磁阀检测装置的供油泵电磁阀驱动及诊断电路；

图4是上述检测装置的电流检测电路；

图5是供油泵电磁阀驱动信号及电流波形；

图6是图2所示电控单元CAN通讯接口电路；

图7是供油泵电磁阀的诊断测试流程图。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明所述供油泵电磁阀诊断检测方法及装置的工作原理、具体结构及优选的实施例。

图1是本发明所述供油泵电磁阀诊断检测装置实施例的原理性系统框图，其中包括PC机、电控单元、+24V电源和被检测电磁阀，一次可同时检测6个电磁阀，电控单元和PC机之间利用CAN通讯进行测量数据交换和分析。

图2是电磁阀检测装置中电控单元的硬件结构连接框图，主要包括单片机，本实施例选用的型号是Infineon公司的C167-CR，外部扩展RAM和Flash，电源处理电路完成从+24V到+5V和+12V电源的转换。电磁阀驱动电路完成电磁阀驱动，诊断电路判断电磁阀驱动电路自身是否存在故障。采样电路完成电磁阀驱动时回路电流采样。CAN通讯接口实现电控单元与PC机之间信息交换。

图3所示是本发明所述电磁阀检测装置的供油泵电磁阀驱动及诊断电路的一个具体实施例。上述电路具有自诊断功能，它利用电磁阀驱动前、后NPN三极管(Q2)集电极输出信号的电平状态来判断电路自身是否存在故障。供油泵电磁阀负载在+24V电源和MOS管之间，当MOS管导通后实现电磁阀驱动。Ctrlnput作为电磁阀驱动信号，当该信号为低电平时实现MOS管驱动。当MOS接通时R4采样电阻实现从电流到电压的转换。当电磁阀驱动结束时，由二极管D1吸收反向电动势，并通过二极管D1向电源(+24V)充电，回收电能。Diagnosis信号实现驱动电路的自诊断，即当驱动信号Ctrlnput有效时(低电平)，Diagnosis信号为高电平，而当驱动信号Ctrlnput无效时(高电平)，Diagnosis信号为低电平，因此，根据Ctrlnput和Diagnosis电平的状态就能判断电磁阀驱动电路是否存在故障。

图4是本发明所述电磁阀诊断检测装置的电流检测电路。图中从电磁阀驱动回路电阻R4上采样的电压Sample输入到放大器正端，由电阻R12和R7组成放大电路，即把电磁阀电流回路中的电压信号放大，放大后信号输入到单片机A/D(模/数字)信号输入端，实时测量回路电流波形。

图5是本发明的驱动信号及电流波形，图中横坐标为时间t，纵坐标为电流强度l。图中从O点到D点的时间为电磁阀驱动脉宽T，本发明通过A/D实时采样，并把实时采样的数据在PC机上曲线拟合，得到电磁阀的驱动电流波形曲线，并确定拟合曲线的关键点B、C、D、E、F。其中B点为电磁阀开始动作点，由于电磁阀阀芯在电磁力作用下被吸起，因此电磁阀线圈的电感发生变化，即当电磁阀在电磁力的作用下被吸起后，电磁阀线圈的电感逐步增大，因而电磁阀线圈内的电流逐步减小。当达到电磁阀阀芯被完全吸起时的拐点C后，电磁阀的线圈电感不再发生变化。随后由于MOS管仍然接通，因此，电磁阀的电流继续增大到最大值点，D点。在检测过程中首先通过试验设定B点电流的上、下限值I_up ^B、I_down ^B和D点电流的上、下限值I_up ^D、I_down ^D。在规定驱动脉宽T的条件下，通过分析上述电流波形曲线中关键点B、D的电流值，并与经试验预先设定的上、下限值对比，然后根据关键点B、D的电流值是否在规定的范围内，判断电磁阀有无性能异常，发生异常时实时显示检测结果。

同时在此过程测得从O点到C点的时间，即电磁阀开启时间t₁,该参数对控制软件的开发具有非常重要的意义。当驱动结束后，即图中D点之后，由于电磁阀电感的储能作用，电感中的电流逐步衰减。当到达E点后，由于电磁阀此时的电磁力不足以克服回位弹簧力，因此，E点电磁阀阀芯开始回位落座，电磁线圈的电感变小。此时电流波形会出现一个短暂的上升过程，当到达电磁阀阀芯完全落座的拐点F后，电磁阀线圈的电感量又恢复到初始状态。在这个过程中测得D点到F点的时间为t₂，即电磁阀驱动关闭延迟时间。因此，通过分析上述电流波形曲线中出现的特征拐点C、F可以得到电磁阀开启时间t₁及关闭延迟时间t₂两个关键参数。

通过分析上述电流波形曲线，若驱动时电流为零，即没有电流波形，则表明电磁阀出现了断路故障；若有电流波形但没有出现特征拐点C、F，则表明电磁阀电感在驱动过程中没有变化，即电磁阀的阀芯出现了卡死故障。

此外，图5中Ctrlnput和Diagnosis分别代表驱动和诊断信号逻辑关系，据此可判断驱动电路自身是否存在故障。

图6是图2所示电控单元的CAN通讯接口电路，实现从电控单元ECU到PC机之间的CAN通讯物理连接转换。本实施例所选用的芯片为82C250，图中R17和R18为CAN通讯的阻抗匹配电阻。

图7是供油泵电磁阀的诊断测试流程图，图7中步骤S10完成电控单元初始化，即初始化控制寄存器、CAN通讯等，为接收PC机命令参数做好准备。步骤S20电控单元等待PC机是否有控制命令通讯数据，若没有控制命令则继续等待，若有则根据控制命令进行相应处理。这些控制命令参数主要包括控制驱动脉宽、虚拟的发动机转速等。步骤S30根据PC机的通讯命令，按照规定的驱动脉宽和顺序发出电磁阀驱动信号Ctrlnput，实现电磁阀驱动。步骤S40读取诊断信号Diagnosis，该信号用来判断电磁阀驱动电路自身是否存在电路故障，并进行硬件系统自身诊断。步骤S50表示驱动结束，即图5的D点之后。驱动结束之后读取诊断信号Diagnosis，这样根据电磁阀驱动前后诊断信号是否有电平翻转来判断电磁阀驱动电路是否存在异常。步骤S60发送CAN通讯数据，这些数据主要有各路电磁阀回路电流(实际为电压)采样值，驱动过程是否发现驱动电路故障等，这些数据发送给PC机，PC机根据接收到的数据进行数据拟合及处理，并据此判断该电磁阀性能是否满足要求，最后把处理结果实时显示。

本发明所述方法的工作过程如下：当电控单元接通电源开关后，系统上电复位进行初始化，电控单元等待PC机发送通讯命令。启动计算机监控程序后，从键盘输入预先设定的控制参数，即驱动脉宽T，电磁阀B点与D点电流控制值I_up ^B、I_down ^B、I_up ^D、I_down ^D及虚拟的发动机转速，然后通过CAN发送信息给电控单元。电控单元接收到命令后实现电磁阀驱动，六个电磁阀按照从1到6的顺序驱动，并进行驱动电路诊断，记录驱动过程回路电流，当六路驱动全部结束后把测量数据通过CAN通讯发送给PC机监控程序，监控程序根据驱动过程中的测量数据判断被测量电磁阀性能，并作出是否合格的判断，同时测量分析出电磁阀的两个重要控制参数，即开启延迟时间t₁和关闭延迟时间t₂。

以上所述的具体实施方式，包括所列举的流程框图，在本发明内容和权利要求所覆盖的范围内可以有多种变型和改变，因此，所述的实施例并不构成对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (6)

1.一种电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法及装置，检测前先通过监控程序输入经试验预先设定的控制参数，包括控制驱动脉宽，电磁阀驱动电流波形曲线关键点电流的上、下限值，电控单元接收命令后驱动电磁阀，其特征是：

(1)实时检测电磁阀驱动时的电流波形并进行曲线拟合，分析拟合曲线特征点数值，判断电磁阀的特性；

(2)通过上述电流波形的检测和曲线拟合，测出电磁阀开启与关闭延迟的运动情况；

(3)通过上述电流波形的检测和曲线拟合，分析电磁阀是否存在卡死或断路故障。

2.根据权利要求1所述的电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法，其特征在于：通过分析上述电流波形曲线中关键点，即电磁阀开始动作点B和电磁阀电流最大值点D的电流值，并与经试验预先设定的上、下限值对比，然后根据关键点B、D的电流值是否在规定的范围内，判断电磁阀有无性能异常，发生异常时实时显示诊断结果。

3.根据权利要求1所述的电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法，其特征在于：通过分析上述电流波形曲线中出现的特征拐点，即为电磁阀阀芯被完全吸起时的拐点C和电磁阀阀芯完全落座时的拐点F，可得到电磁阀驱动开启时间t₁及关闭延迟时间t₂两个关键参数。

4.根据权利要求1所述的电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测方法，其特征在于：通过分析上述电流波形曲线，若驱动时电流为零，则表明电磁阀出现了断路故障，若有电流但没有出现特征拐点C、F，则表明电磁阀电感在驱动过程中没有变化，即电磁阀的阀芯出现了卡死故障。

5.根据权利要求1所述的电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测装置，其特征在于：装置中具有电磁阀驱动及诊断电路，上述电路具有自诊断功能，它利用电磁阀驱动前、后NPN三极管集电极输出信号的电平状态来判断驱动电路自身是否存在故障。

6.根据权利要求1所述的电控共轨供油泵用电磁阀诊断检测装置，其特征在于：在电磁阀驱动及诊断电路中，电磁阀利用MOS管的开关实现驱动，并设计有吸收二极管，吸收电磁阀驱动结束时电感的反向电动势，通过二极管向电源充电，回收电能。

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