CN102787931A - 矿用柴油机上控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用柴油机控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，它主要由隔爆箱、信号隔离板和电控单元ECU三部分组成。其中电控单元ECU和信号隔离板安装在隔爆箱内部，本安信号通过线束输入到隔离板，隔离板对其进行隔离、限能和滤波处理输入到电控单元的信号处理模块，经电控单元的MCU模块计算分析，发出的控制信号经过隔离板进行安全隔离，得到的本安信号通过线束控制发动机的执行器，它们构成一个完整的控制燃油喷射关联电路，隔爆箱则是为内部关联电路提供一个可靠的隔离保护环境，具有良好的防水、防气效果，它能够承受渗入箱内的可燃性混合气在内部的爆炸而不损毁，并且不会引起外部爆炸。

Description

矿用柴油机上控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱

技术领域

本发明涉及一种矿用柴油机燃油喷射控制装置，特别涉及电子控制过程及控制过程的隔爆防护作用。

背景技术

在我国的，防爆柴油发动机被广泛运用于矿井中，它的动力性和经济性获得企业的一致认可。目前我们国家大多数的矿井柴油发动机还是使用传统的机械式控制喷油方式，但随着国家对各个行业的发动机排放要求的不断严格监督控制，矿业开采对发动机动力性要求的不断提高，传统的机械式柴油机已经很难满足当前的生产、排放需求了，这使得越来越成熟的电控燃油喷射技术在矿井柴油机上使用成为一种可能。在我国的汽车行业，汽车燃油喷射电子控制技术日渐成熟，但用于矿井柴油机上的燃油喷射电子控制技术的使用还是处于空白阶段，矿井下本身就是一个复杂的环境，若要对矿用柴油机进行燃油喷射进行电子控制，除了设计安全的控制电路外，还得保证控制电路能够有一个安全稳定的工作环境。因此，矿用柴油机上控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱的设计生产就显得尤为重要。

发明内容

鉴于背景技术中存在的技术空缺，本发明要解决的技术问题是提供一种用于矿井柴油发动机上的控制燃油喷射的电控箱，通过对电控箱的整体设计布置，使得本发明能够安全稳定的在恶劣的矿井环境下完成对燃油喷射的精确控制。

为此，本发明是采用以下技术方案来实现的：一种矿用柴油发动机的控制燃油喷射电控箱，它是由电控单元ECU、信号隔离板和隔爆箱组成的。电控单元ECU它是整个装置最核心的部件，所有的喷油控制指令都由它来产生。电控单元自身包含有信号处理模块、带扩展存储器的MCU模块、喷射驱动模块、DC/DC升压模块、功率驱动模块和带集成通信模块的电源管理模块。发动机采集到传感器和开关的本安信号通过线束输入到隔离板，隔离板对其进行隔离滤波处理输入到电控单元的信号处理模块，经电控单元的MCU模块计算分析，发送的信号经过隔离板进行安全隔离，得到的本安信号通过线束控制发动机的执行器。

信号隔离板主要由安全接口、电源转换电路、信号限能处理和信号隔离四个模块组成，发动机上的各类传感器及开关信号经线束穿过隔爆箱上的联通节接到信号隔离板上，信号隔离板对输入ECU的数字信号进行隔离，对输入ECU的模拟信号进行限能处理；电源转换电路通过直流24V分别转换成12V,10V和5V为隔离板上各种元器件、ECU和外围器件提供安全稳定的供电。

隔爆兼本安型隔爆箱是一个防护外壳，箱体设计有与外部连线的联通节，箱体内外侧分别焊接有接地金属板和接地螺栓，用于与地线连接而保护整个内部电路，箱体里面分别设有ECU和信号隔离板的安装底座，安装过程中，待所有器件安装完毕，用螺栓将箱盖固定起来，并且得垫上石棉垫，以达到一个完好的密封状态。箱体进行磷化处理并涂上防锈油，内腔非加工表面需涂两遍灰色耐弧磁漆，这样可以避免电控箱体在恶劣的矿井环境下腐蚀、生锈及产生电弧，还可以在表面形成防氧化层。

隔爆箱隔爆主要体现在箱体能够承受渗入箱内的可燃性混合气在内部的爆炸而不损毁，并且不会引起外部爆炸，同时因为隔爆箱很好的密封特性，隔爆箱能够在矿井环境下起到防水、防易燃性气体渗漏的作用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中的信号隔离板结构示意图；

图3为本发明中的隔爆箱结构示意图；

图4为本发明中的隔爆箱箱盖示意图；

图5为本发明中电控单元ECU的结构示意图。

具体实施方式

下面再结合附图说明来描述本发明的有关细节。

参照附图1，矿用柴油机上控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱主要包括有电控单元11、信号隔离板12和隔爆兼本安型隔爆箱13。

信号隔离板的结构如图2所示，其主要由安全接口1、安全接口2、电源转换模块、信号隔离模块和限能模块组成。发动机的信号通过线束与安全接口1相连接，安全接口2通过线束与电控单元的信号相连接。根据发动机传感器上传来的数字、模拟本质安全信号分别进行信号隔离和限能处理，处理后的电路经过安全接口2联接到ECU的信号处理模块，经ECU计算分析，发送的控制信号经过隔离板进行限能处理，得到的本安信号通过线束经安全接口1控制发动机的执行器。电源转换电路通过直流24V分别转换成12V,10V和5V为隔离板上各种元器件、ECU和外围器件提供安全稳定的供电。

图3是隔爆箱的箱体结构，其中包括：联通节1、焊接在箱子外侧的接地螺栓2 、焊接在箱体内壁上的接地金属隔板3、信号隔离板的底座4和安装ECU的底座5。箱体内腔非加工表面需涂两遍灰色耐弧磁漆，这样可以避免电控箱体在恶劣的矿井环境下腐蚀、生锈，还可以在表面形成一层防氧化的绝缘涂层，可以防止静电、电弧的产生。箱体内外的两个接地端-接地金属隔板和接地螺栓具有足够的强度和刚度，它们被牢牢焊接在箱子上面而不会脱落，它们有足够的载流能力以防止故障条件下使接地烧穿或损坏；箱体左右两侧分设计有上下两层联通节，它们是发动机信号与隔离板的联接通道，并具有较好的密封效果；箱体的信号隔离板底座4用于安置信号隔离板，ECU底座用于固定ECU，并且两者安装需要安装绝缘防护垫。箱体与箱盖（如图4所示）的接触面进行了磷化处理并涂上防锈油，垫上石棉垫，使隔爆箱内处于完好的密封状态，防止外部环境的液体进入。

附图5是电控单元ECU的结构示意图，它的信号处理模块可以分为数字信号处理模块、模拟信号处理模块和转速信号处理模块。这三个模块就是针对由信号隔离板上传输过来的传感器信号和开关信号进行预处理，主要包括信号的滤波和限幅处理；ECU的驱动模块也包含有两个子部分：功率驱动和喷射驱动，其中喷射驱动模块是整个燃油喷射控制系统过程的核心，喷射驱动过程可分为电磁阀闭合过程和维持闭合两个阶段。矿用柴油发动机燃油喷射控制系统中，采用双电压分时驱动设计，即电磁阀闭合过程阶段采用DC/DC升压模块提供的高电压驱动，维持闭合阶段采用低电压（车载蓄电池电压）驱动，实现电流的PWM调制。同时在喷射过程中，驱动电流经过采样实时的反馈给MPC561的A/D模块，通过控制PWM信号进行闭环控制。而功率驱动主要是来驱动一些发动机上的执行器装置，使他们辅助配合发动机的正常工作；带扩展存储的MCU模块是电控单元ECU的大脑，MCU芯片采用freescale公司生产的32位微处理器MPC561，外扩存储器空间为2M SRAM和4M FLASH的存储空间，SRAM存储空间用于运行控制程序和在线标定，flash存储空间用于固化控制程序和map数据，使其在电控单元断电的情况下，不丢失数据；电源管理模块主要由信号隔离板来提供电源，而信号隔离板则是由车载蓄电池来持续供电的。通过电源转换系统为柴油发动机电子控制系统各个模块供电，同时集成了用于外部故障诊断的ISO-9141串行通讯和匹配标定的CAN通讯。大大减少了元器件布置的空间和成本，减少了电子元器件之间的干扰，提高了系统的安全性和可靠性；DC/DC升压模块它类似于一个充放电的过程，它主要为喷射驱动提供高电压，实现电磁阀的快速响应。

矿用柴油发动机本安模拟信号、本安数字信号和本安转速信号，经联通节通过线束与隔离板的安全接口1相连接。这些信号经隔离和限能处理后，经安全接口2通过线束与ECU相连接，分别输入到ECU的模拟信号、数字信号和转速信号处理模块，带扩展存储器的MCU模块经进行计算分析，给出最佳的喷油定时和喷油量以及其它执行器的控制信号，输出的信号经安全接口2，进行安全隔离，输出的本安信号经安全接口1通过线束控制发动机的执行器。

Claims (7)

1.一种矿用柴油机上控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，其特征在于：它是由隔爆箱、信号隔离板和电控单元ECU组成；其特征在于：电控单元ECU和信号隔离板安装在隔爆箱内部，本安信号通过线束输入到信号隔离板，信号隔离板对其进行隔离滤波处理输入到电控单元，电控单元根据发动机输入的本安信号，经过计算分析，控制发动机的执行器的信号，输出的信号经过隔离板进行安全隔离，输出的本安信号通过线束控制发动机的执行器。

2.根据权利要求1中所描述的矿用柴油机控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，其特征在于：信号隔离板由安全接口、安全接口、电源转换模块、信号限能模块和信号隔离模块组成, 安全接口通过线束与发动机的信号相连接，安全接口通过线束与电控单元的信号相连接；电源转换电路通过直流24V分别转换成12V,10V和5V为隔离板上各种元器件、电控单元ECU和外围器件提供安全稳定的供电；信号的限能和隔离处理则是主要是通过熔断器和光电耦合芯片来，实现对模拟信号的限能处理，对数字信号的隔离处理。

3.根据权利要求1中所描述的矿用柴油机控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，其特征在于：电控单元ECU是由模拟信号处理模块、数字信号处理模块、转速信号处理模块、带扩展存储器的MCU模块、功率驱动模块、DC/DC升压模块、喷射驱动模块、带集成通信模块的电源管理模块组成。

4.根据权利要求3中所描述的所描述的矿用柴油机控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，其特征在于： 带扩展存储器的MCU模块采用32位微处理器，扩展存储器为SRAM和FLASH的存储器，SRAM存储空间用于电控单元控制程序和在线标定，FLASH存储空间用于固化控制程序和map数据，使其电控单元在断电的情况下，存储数据不丢失。

5.根据权利要求3或4中所描述的矿用柴油机控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，其特征在于：电源管理模块中的通信模块包括ISO-9141串行通信和CAN模块,ISO-9141串行通信用于故障诊断，CAN通信模块用于匹配标定；DC/DC升压模块给喷射驱动模块提供高电压实现双电压驱动电磁阀，并将工作电流实时反馈给MCU的A/D模块,实现喷射驱动闭环控制。

6.根据权利要求1或2或3中矿用柴油机控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，其特征在于：隔爆箱由箱体和箱盖组成，箱体两侧设计有用于与外部接线的联通节，内、外侧分别焊接有保护作用的接地金属隔板和接地螺栓，电控单元和防爆信号隔离板构成的关联电路安装在箱体内，当加上箱盖后，隔爆箱具体很好的防水密封效果，能够承受渗入箱内的可燃性混合气在内部的爆炸而不损毁，并且不会引起外部爆炸。

7.根据权利要求6中所描述的矿用柴油机控制燃油喷射的隔爆兼本安型电控箱，其特征在于：隔爆箱箱体和箱盖接触面进行了磷化处理并涂上防锈油，内腔非加工表面需涂两遍灰色耐弧磁漆。

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