CN102518523B - 一种高压共轨柴油机喷油控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压共轨柴油机喷油的控制装置，采用内部集成eTPU模块的主控制芯片来完成喷油器喷油的时序控制，不仅能够满足高压共轨柴油机喷油所要求的高精度、快响应的要求；而且省去了现有技术中外部IC或者FPGA等逻辑芯片，从而减少了控制器的成本，提高了其经济性，增强了产品的竞争力。

Description

一种高压共轨柴油机喷油控制装置

技术领域

本发明涉及发动机电控系统领域，特别设计一种基于eTPU的高压共轨柴油机电控系统的喷油控制装置。 

背景技术

高压共轨电喷技术是指在高压油泵、压力传感器和电子控制单元组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃油输送到公共供油管，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速变化的程度。高压共轨柴油机即采用了上述高压共轨电喷技术的柴油机，它不仅保留了柴油机的大扭矩输出、低燃油消耗的优点，同时有助于减少柴油机的尾气排放，改善发动机噪声。 

其中，喷油阀的控制是高压共轨柴油机电控系统的核心技术之一，高压共轨柴油机系统要求喷油阀能够迅速打开，并且能够维持算法要求的打开时间。要达到喷油阀的精确控制，就必须要对喷油阀的驱动电流进行闭环控制。大多数高压共轨柴油机电控系统的生产商都是使用专用IC或者FPGA来实现喷油阀的精确控制。然而上述的控制方式是通过增加额外的芯片来完成喷油阀的控制，因此增加了控制器的成本，降低了产品的竞争力。 

因此，如何提供一种高压共轨柴油机喷油的控制装置及方法，可以降低控制器的成本，增强产品的竞争力，是本领域技术人员亟需解决的问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种高压共轨柴油机喷油的控制装置，该装置不仅能够实现对喷油器的精确控制，还能够降低控制器 的成本，提高产品的竞争力。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高压共轨柴油机喷油控制装置，包括： 

集成于主控制芯片上的eTPU模块； 

一端与所述eTPU模块相连，另一端与喷油器的高电位端相连的第一高端驱动电路和第二高端驱动电路； 

正极与所述第一高端驱动电路相连负极与所述第二高端驱动电路相连的二极管D1； 

一端与所述eTPU模块相连，另一端与所述喷油器的低电位端相连的低端驱动电路； 

与所述低端驱动电路相连，采集所述喷油器的驱动电流的采样模块； 

与所述eTPU模块相连的，根据所述eTPU模块的控制输出参考电压的DAC模块； 

第一输入端与所述反馈电路相连，第二输入端与所述DAC模块相连，输出端与所述eTPU模块相连，将所述DAC模块输出的参考电压与所述采样模块采集的所述喷油器的驱动电流对应的电压进行比较的比较模块； 

所述eTPU模块控制连通第二高端驱动电路和低端驱动电路，控制DAC模块输出与峰值电流对应的参考峰值电压；在达到预设时间点时，所述eTPU模块控制连通第一高端驱动电路；所述预设时间点为喷油器的驱动电流到达峰值电流前的任意时间点；当喷油器的驱动电流对应的电压超出所述参考峰值电压，所述eTPU模块控制切断所述第二高端驱动电路，并控制所述DAC模块输出与打开电流对应的参考打开电压；所述eTPU模块根据反馈电路反馈的喷油器的驱动电流对应的电压和所述参考打开电压的比较结果，控制所述喷油器的驱动电流以所述打开电流为基准上下波动，驱动喷油器开启；当所述喷油器完全开启时，所述eTPU模块控制所述DAC模块输出参考保持电压；所述eTPU模块根据反馈电路反馈的喷油器的驱动电流对应的电 压和所述参考保持电压的比较结果，控制所述喷油器的驱动电流以所述保持电流为基准上下波动，驱动所述喷油器喷油。 

优选地，上述控制装置中，所述eTPU模块包括具有第一输入管脚和第一输出管脚的第一通道、具有第二输入管脚和第二输出管脚的第二通道和具有第三输出管脚的第三通道；所述第一输入管脚和第二输入管脚均与所述反馈电路相连，所述第一输出管脚与所述第一高端驱动电路相连，所述第二输出管脚与所述第二高端驱动电路相连；所述第三输出管脚与所述低端驱动电路相连。 

优选地，上述控制装置中，所述第一高端驱动电路包括与第一输出管脚相连第一高端驱动和由其驱动的第一高端，所述第二高端驱动电路包括与所述第二输出管脚相连第二高端驱动第二高端驱动和由其驱动的第二高端，所述低端驱动电路包括与所述第三输出管脚相连的低端驱动和由其驱动的低端。 

优选地，上述控制装置中，所述eTPU模块通过控制所述第一输出管脚、第二输出管脚和第三输出管脚输出高电平来连通所述第一高端驱动电路、第二高端驱动电路和低端驱动电路；通过控制所述第一输出管脚、第二输出管脚和第三输出管脚输出低电平来切断所述第一高端驱动电路、第二高端驱动电路和低端驱动电路。 

优选地，上述控制装置中，所述eTPU模块控制所述喷油器的驱动电流以所述打开电流为基准上下波动包括：采样模块采集喷油器的驱动电流并将其转化为电压信号，所述比较模块接收并比较出所述电压信号大于所述参考打开电压，输出高电平至所述eTPU模块，控制关闭所述第一高端驱动电路，所述驱动电流下降；当所述比较模块接收并比较出所述喷油器的驱动电流对应的电压小于所述参考打开电压，输出低电平至所述eTPU模块，控制打开所述第一高端驱动电路，所述驱动电流上升；如此反复，控制所述喷油器的驱动电流在以所述打开电流为基准上下波动。 

优选地，上述控制装置中，所述eTPU模块控制所述喷油器的驱动电流以所述保持电流为基准上下波动包括：采样模块采集喷油器驱 动电流并将其转化为电压信号，所述比较模块接收并比较出所述电压信号大于所述参考保持电压，输出高电平至所述eTPU模块，控制关闭所述第一高端驱动电路，所述驱动电流下降；当所述比较模块接收并比较出所述喷油器的驱动电流对应的电压小于所述参考保持电压，输出低电平至所述eTPU模块，控制打开所述第一高端驱动电路，所述驱动电流上升；如此反复，控制所述喷油器的驱动电流在以所述参考电流为基准上下波动。 

相对于现有技术，本发明的技术效果为： 

本发明提供的高压共轨柴油机喷油的控制装置，采用内部集成eTPU模块的主控制芯片来完成喷油器喷油的时序控制，不仅能够满足高压共轨柴油机喷油所要求的高精度、快响应的要求；而且省去了现有技术中外部IC或者FPGA等逻辑芯片，从而减少了控制器的成本，提高了其经济性，增强了产品的竞争力。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 

图1为本发明提供的高压共轨柴油机喷油控制装置的结构示意图； 

图2为采用图1中的控制装置进行喷油控制时喷油器的驱动电流以及参考电压对应的电流的波形图。 

上图中附图标记和部件名称之间的关系为： 

11第一高端驱动；12第一高端；21第二高端驱动；22第二高端；31低端驱动；32低端；41采样模块；42DAC模块；43比较模块；5喷油器；DI二极管。 

具体实施方式

本发明的核心为提供一种高压共轨柴油机喷油的控制装置，可以降低控制器的成本，增强了产品的竞争力。 

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。 

请参开图1和图2，图1本发明提供的高压共轨柴油机喷油控制装置的结构示意图；图2为采用图1中的控制装置进行喷油控制时喷油器的驱动电流以及参考电压对应的电流的波形图。 

如图1所示，本发明提供的高压共轨柴油机喷油控制装置包括：eTPU模块、第一高端驱动电路、第二高端驱动电路、低端驱动电路、采样模块41、DAC模块42以及比较模块43。 

eTPU模块集成于主控制芯片MPC5554上，包括三个通道，第一通道CH1、第二通道CH2以及第三通道CH3；第一通道CH1包括第一输入管脚CH1-PIN-IN和第一输出管脚CH1-PIN-OUT，第二通道CH2包括第二输入管脚CH2-PIN-IN和第二输出管脚CH2-PIN-OUT，第三通道CH3只有一个第三输出管脚CH3-PIN-OUT。 

第一高端驱动电路的一端与第一输出管脚CH1-PIN-OUT相连，另一端与喷油器5的高电位端相连，可控制24V电池给喷油器5供电，第二高端驱动电路的一端与第二输出管脚CH2-PIN-OUT相连，另一端也与喷油器5的高电位端相连，可控制50V高压给喷油器5供电，在第一高端驱动电路和第二高端驱动电路之间还设置有二极管DI，该二极管DI的正极与第一高端驱动电路，负极与第二高端驱动电路相连，从而保证了在第一高端驱动电路和第二高端驱动电路同时连通的情况下，由第二高端驱动电路所控制的50V高压给喷油器5供电。 

值得说明的是，喷油阀5的开启是通过电磁力的吸合，电磁力的大小与电流成正比，如果电流的强度不够，则会导致喷油阀5的开启滞后，影响控制的精确度，第二高端驱动电路的功能是使得喷油阀5的驱动电流迅速上升至峰值电流，为喷油阀5的开启做好准备，其驱动电压的大小是通过喷油阀5来确定的，不同的喷油阀5对应不同的 驱动电压，本发明中的喷油阀5对应的驱动电压为50V。 

低端驱动电路的一端与第三输出管脚CH3-PIN-OUT相连，另一端与喷油器5的低电位端相连，用于提供喷油器5驱动电流的回地通路。 

采样模块41与低端驱动电路相连，采集喷油器5的驱动电流，并将电流信号转换为相应的电压信号，提供给比较模块43。 

DAC模块42与eTPU模块相连，并根据eTPU模块的控制输出参考电压，提供给比较模块43。 

比较模块43的第一输入端与采样模块41相连，第二输入端与DAC模块42相连，输出端与eTPU模块的第一输入管脚CH1-PIN-IN和第二输入管脚CH2-PIN-IN相连。该比较模块43可以比较DAC模块42输出的参考电压和采样模块41输出的电压之间的大小。若采样模块41输出的电压大于DAC模块42输出的参考电压，比较模块43输出高电平，反之比较模块43输出低电平。 

上述第一高端驱动电路包括与第一输出管脚CH1-PIN-OUT相连第一高端驱动11和由其驱动的第一高端12，第二高端驱动电路包括与第二输出管脚CH2-PIN-OUT相连第二高端驱动21和由其驱动的第二高端22，低端驱动电路包括与第三输出管脚CH3-PIN-OUT相连的低端驱动31和由其驱动的低端32。 

eTPU模块对第一高端驱动电路、第二高端驱动电路以及低端驱动电路连通的控制是：通过与之相连的输出管脚向其输出高电平；切断的控制是：通过与之相连的输出管脚向其输出低电平。 

具体地，上述第一高端12和第二高端22均为高端功率MOSFET，第一高端驱动11和第二高端驱动21均为高端MOSFET驱动模块；低端32为低端功率MOSFET，低端驱动31为低端MOSFET驱动模块。由eTPU模块控制高端功率MOSFET和低端功率MOSFET打开的状态和时序。 

本发明提供的高压共轨柴油机喷油控制装置的工作步骤为： 

在喷油的开始阶段，eTPU模块控制DAC模块42输出与喷油器5 的峰值电流对应的电压值作为参考电压，记做参考峰值电压，并控制第二输出管脚CH2-PIN-OUT和第三输出管脚CH3-PIN-OUT同时输出高电平，控制与之相连的高端功率MOSFET以及低端功率MOSFET同时打开，即第二高端驱动电路以及低端驱动电路连通，这样喷油器5的两端加载了50V的高压，如图2所示，其中实线表示喷油器5的驱动电流，虚线表示DAC模块42输出的参考电压对应的电流。喷油器5的驱动电流迅速上升。 

在喷油器5的驱动电流上升至峰值电流之前，有一预设时间点，此时，eTPU模块控制第一输出管脚CH1-PIN-OUT输出高电平，控制与之相连的高端功率MOSFET打开，即第一高端驱动电路连通，此时由于二极管DI的作用，喷油器5两端的电压仍然由第二高端驱动电路提供，即50V。 

采样模块41采集喷油器5的驱动电流并将其转换为对应的电压，当采样模块41输出的电压大于参考峰值电压，比较模块43输出一个上升沿给eTPU模块的第二输入管脚CH2-PIN-IN，当eTPU模块检测到第二输入管脚CH2-PIN-IN有上升沿后，控制第二输出管脚CH2-PIN-OUT输出低电平关闭与之相连的高端功率MOSFET，从而切断第二高压驱动电路。此时，喷油器5的电压将由之前连通的第一高端驱动电路提供，其电压为24V。同时，eTPU模块控制DAC模块42输出与喷油器5的打开电流对应的电压值作为参考电压，记做参考打开电压。 

当DAC模块42输出的电压降为参考打开电压后，比较模块43比较得出喷油器5的驱动电流对应的电压大于参考打开电压，比较模块输出高电平给eTPU模块的第一输入管脚CH1-PIN-IN，当eTPU模块检测到第一输入管脚CH1-PIN-IN为高电平时，控制第一输出管脚CH1-PIN-OUT输出低电平关闭与之相连的高端功率MOSFET，从而切断第一高压驱动电路，电流开始下降。当比较模块43比较得出喷油器5的驱动电流对应的电压小于参考打开电压后，比较模块43输出低电平给eTPU模块的第一输入管脚CH1-PIN-IN，当eTPU模块检测到 第一输入管脚CH1-PIN-IN为低电平时，控制第一输出管脚CH1-PIN-OUT输出高电平打开与之相连的高端功率MOSFET，从而连通第一高压驱动电路，喷油器5的驱动电流开始上升。如此反复，如图2所示，控制喷油器5的驱动电流以打开电流为基准上下波动，从而驱动喷油器5开启，可知，打开电流对应的时间段的起点为喷油器5刚刚开启的时间点，终点为喷油器5完全开启的时间点。 

经过一段固定的时间，喷油器5完全打开，此时，eTPU模块控制DAC模块42输出与喷油器5的保持电流对应的电压值作为参考电压，记做参考保持电压。比较模块43比较得出喷油器5的驱动电流对应的电压大于参考打开电压，比较模块43输出高电平给eTPU模块的第一输入管脚CH1-PIN-IN，当eTPU模块检测到第一输入管脚CH1-PIN-IN为高电平时，控制第一输出管脚CH1-PIN-OUT输出低电平关闭与之相连的高端功率MOSFET，从而切断第一高压驱动电路，电流开始下降。当比较模块43比较得出喷油器5的驱动电流对应的电压小于参考保持电压后，比较模块43输出低电平给eTPU模块的第一输入管脚CH1-PIN-IN，当eTPU模块检测到第一输入管脚CH1-PIN-IN为低电平时，控制第一输出管脚CH1-PIN-OUT输出高电平打开与之相连的高端功率MOSFET，从而连通第一高压驱动电路，喷油器5的驱动电流开始上升。如此反复，如图2所示，控制喷油器5的驱动电流以保持电流为基准上下波动，驱动喷油器5喷油。 

当时间达到系统软件设定的喷油时间后，eTPU模块控制第一输出管脚CH1-PIN-OUT、第二输出管脚CH2-PIN-OUT和第三输出管脚CH3-PIN-OUT同时变为低电平，切断喷油器5的第一高端驱动电路、第二高端驱动电路和低端驱动电路，完成一次喷油过程。 

以上对本发明所提供的一种高压共轨柴油机喷油的控制装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改 进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 

Claims (6)

1.一种高压共轨柴油机喷油控制装置，其特征在于，包括：

集成于主控制芯片上的eTPU模块；

一端与所述eTPU模块相连，另一端与喷油器的高电位端相连的第一高端驱动电路和第二高端驱动电路；

正极与所述第一高端驱动电路相连负极与所述第二高端驱动电路相连的二极管D1；

一端与所述eTPU模块相连，另一端与所述喷油器的低电位端相连的低端驱动电路；

与所述低端驱动电路相连，采集所述喷油器的驱动电流的采样模块；

与所述eTPU模块相连的，根据所述eTPU模块的控制输出参考电压的DAC模块；

第一输入端与所述采样模块相连，第二输入端与所述DAC模块相连，输出端与所述eTPU模块相连，将所述DAC模块输出的参考电压与所述采样模块采集的所述喷油器的驱动电流对应的电压进行比较的比较模块；所述比较模块可以比较所述DAC模块输出的参考电压和所述采样模块输出的电压之间的大小；若所述采样模块输出的电压大于所述DAC模块输出的参考电压，所述比较模块输出高电平，反之所述比较模块输出低电平；所述eTPU模块对第一高端驱动电路、第二高端驱动电路以及低端驱动电路连通的控制是：通过与之相连的输出管脚向其输出高电平;切断的控制是：通过与之相连的输出管脚向其输出低电平；

所述eTPU模块控制连通第二高端驱动电路和低端驱动电路，控制DAC模块输出与峰值电流对应的参考峰值电压；在达到预设时间点时，所述eTPU模块控制连通第一高端驱动电路，所述预设时间点为喷油器的驱动电流到达峰值电流前的任意时间点；当喷油器的驱动电流对应的电压超出所述参考峰值电压，所述eTPU模块控制切断所述第二高端驱动电路，并控制所述DAC模块输出与打开电流对应的参考打开电压；所述eTPU模块根据反馈电路反馈的喷油器的驱动电流对应的电压和所述参考打开电压的比较结果，控制所述喷油器的驱动电流以所述打开电流为基准上下波动，驱动喷油器开启；当所述喷油器完全开启时，所述eTPU模块控制所述DAC模块输出参考保持电压；所述eTPU模块根据反馈电路反馈的喷油器的驱动电流对应的电压和所述参考保持电压的比较结果，控制所述喷油器的驱动电流以所述保持电流为基准上下波动，驱动所述喷油器喷油。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述eTPU模块包括具有第一输入管脚和第一输出管脚的第一通道、具有第二输入管脚和第二输出管脚的第二通道和具有第三输出管脚的第三通道；所述第一输入管脚和第二输入管脚均与所述反馈电路相连，所述第一输出管脚与所述第一高端驱动电路相连，所述第二输出管脚与所述第二高端驱动电路相连；所述第三输出管脚与所述低端驱动电路相连。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第一高端驱动电路包括与第一输出管脚相连第一高端驱动和由其驱动的第一高端，所述第二高端驱动电路包括与所述第二输出管脚相连第二高端驱动和由其驱动的第二高端，所述低端驱动电路包括与所述第三输出管脚相连的低端驱动和由其驱动的低端。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，所述eTPU模块通过控制所述第一输出管脚、第二输出管脚和第三输出管脚输出高电平来连通所述第一高端驱动电路、第二高端驱动电路和低端驱动电路；通过控制所述第一输出管脚、第二输出管脚和第三输出管脚输出低电平来切断所述第一高端驱动电路、第二高端驱动电路和低端驱动电路。

5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述eTPU模块控制所述喷油器的驱动电流以所述打开电流为基准上下波动包括：采样模块采集喷油器的驱动电流并将其转化为电压信号，所述比较模块接收并比较出所述电压信号大于所述参考打开电压，输出高电平至所述eTPU模块，控制关闭所述第一高端驱动电路，所述驱动电流下降；当所述比较模块接收并比较出所述喷油器的驱动电流对应的电压小于所述参考打开电压，输出低电平至所述eTPU模块，控制打开所述第一高端驱动电路，所述驱动电流上升；如此反复，控制所述喷油器的驱动电流在以所述打开电流为基准上下波动。

6.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述eTPU模块控制所述喷油器的驱动电流以所述保持电流为基准上下波动包括：采样模块采集喷油器驱动电流并将其转化为电压信号，所述比较模块接收并比较出所述电压信号大于所述参考保持电压，输出高电平至所述eTPU模块，控制关闭所述第一高端驱动电路，所述驱动电流下降；当所述比较模块接收并比较出所述喷油器的驱动电流对应的电压小于所述参考保持电压，输出低电平至所述eTPU模块，控制打开所述第一高端驱动电路，所述驱动电流上升；如此反复，控制所述喷油器的驱动电流在以所述参考电流为基准上下波动。