CN102979948B

CN102979948B - 柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路

Info

Publication number: CN102979948B
Application number: CN201210509551.1A
Authority: CN
Inventors: 陆召振; 杨鹏翔; 周树艳; 宋国民; 寇伟
Original assignee: Wuxi Fuel Pump and Nozzle Research Institute of China FAW Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102979948A

Abstract

本发明提供一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，包括电磁阀驱动及电流采样电路模块、微分电路模块、放大电路模块、比较电路模块、触发电路模块；电磁阀驱动及电流采样电路模块、微分电路模块、放大电路模块、比较电路模块、触发电路模块依次顺序连接。采样电压信号（P）输入微分电路模块中，经过微分处理，随后进入放大电路模块中进行放大，然后进入比较电路模块中进行比较，最后进入触发电路模块产生BIP信号即实际供油始点信号，BIP信号发送给MCU。BIP信号对应柴油机电控系统电磁阀关闭时刻。本发明用于柴油机电控系统电磁阀关闭时刻的检测。

Description

柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路

技术领域

本发明涉及一种检测电路，尤其是一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路。

背景技术

目前对于检测电磁阀关闭时刻的方法，传统控制系统采用软件估算的方式，测量结果存在误差。也有采用专门的装置来检测电磁阀关闭时刻，如美国专利：solenoid closure detection，US5053911，该专利是一种电磁阀关闭时刻检测方法，是以电子方式通过测量电磁阀线圈电感值的变化，测出电磁阀关闭或接近关闭的时刻。该专利的方案能直接测出电磁阀线圈的电感值，这是它的优点，但其不足之处也很明显：

设计中使用的元器件较多，因而增加了成本；

由于它是一种测量装置，只能在实验室使用，功耗相对较大；

该装置无法集成在电控单元里，因此使用范围受到限制。

发明内容

本发明提出一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，能够准确检测出柴油机电控系统电磁阀的关闭时刻，并且采用的电子元件简单可靠且成本低廉，使用的电路结构简单，能够集成在电控单元里，用于柴油机电控系统油量精确控制。本发明采用的技术方案是：

一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，包括电磁阀驱动及电流采样电路模块，所述电磁阀驱动及电流采样电路模块包括驱动电路、电流传感器。一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路还包括微分电路模块、放大电路模块、比较电路模块、触发电路模块；电磁阀驱动及电流采样电路模块、微分电路模块、放大电路模块、比较电路模块、触发电路模块依次顺序连接；电流传感器采样驱动电路的电流得到采样电压信号P，所得的采样电压信号P输入微分电路模块中，经过微分处理，随后进入放大电路模块中进行放大，然后进入比较电路模块中进行比较，最后进入触发电路模块产生BIP信号即实际供油始点信号，BIP信号发送给MCU。MCU即微处理器。BIP信号对应柴油机电控系统电磁阀关闭时刻。BIP：Begin of Injection Period。

所述微分电路模块包括第三十一运算放大器、第二十一电容、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻；采样电压信号P传给第十一电阻一端，第十一电阻另一端和第二十一电容一端相连，第二十一电容另一端连接第三十一运算放大器的反相输入端；第三十一运算放大器的正相输入端连接第十二电阻一端，第十二电阻另一端接地；第三十一运算放大器的输出端和反相输入端之间并联第十三电阻；第三十一运算放大器采用正负双电源供电方式，其正负电源端分别接入正负电源；采样电压信号P通过第十一电阻和第二十一电容进入到第三十一运算放大器的反相输入端，然后对输入的信号进行微分运算。

所述放大电路模块包括第三十二运算放大器、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻；其中第十五电阻一端和微分电路模块的输出端（即第三十一运算放大器的输出端）相连，另外一端和第三十二运算放大器的正相输入端相连；第三十二运算放大器的反相输入端连接第十四电阻一端，第十四电阻另一端接地；第三十二运算放大器的输出端和反相输入端之间并联第十六电阻；第三十二运算放大器采用正负双电源供电方式，其正负电源端分别接入正负电源；放大电路模块对前一级微分电路模块的微分运算结果进行信号放大,然后传送给比较电路模块中比较器的反相输入端。

所述比较电路模块包括比较器、或非门、第十七电阻、第十八电阻；其中比较器的反相输入端和放大电路模块的输出端（即第三十二运算放大器的输出端）相连，比较器的正相输入端接地；比较器的输出端接第十七电阻一端，第十七电阻的另外一端接正电源；或非门的两个输入端分别接比较器的输出端和电磁阀驱动信号，所述电磁阀驱动信号由MCU提供；或非门的输出端接第十八电阻一端，第十八电阻的另外一端接正电源；比较器和或非门采用单电源供电方式；前一级放大电路模块中第三十二运算放大器的输出信号为模拟信号，该模拟信号经过比较器后，大于零的信号变成低电平，小于零的信号变成高电平，比较器输出0-5V的数字电平信号，该数字电平信号输入或非门的一个输入端，或非门的另外一个输入端输入电磁阀驱动信号，或非门的输出数字电平信号送入触发电路模块中JK触发器的J端。

所述触发电路模块包括JK触发器和第十九电阻；其中JK触发器的J端连接比较电路模块的输出端（即或非门的输出端），K端接地；JK触发器的输出端Q接第十九电阻一端，第十九电阻的另外一端接正电源；JK触发器采用单电源供电方式；JK触发器的时钟信号和清零信号分别由MCU提供；JK触发器的输出端Q产生BIP信号（即实际供油始点信号，同时也是柴油机电控系统电磁阀关闭时刻信号），发送给MCU。

本发明的优点：

1.本发明中，采用硬件方式准确捕捉到供油始点，即运行中当时的实际供油始点，将其实时发送给MCU，再通过计算得到下一循环的修正值，经过上述闭环控制，就能得到与期望值十分接近或相等的供油始点。

2.占用资源少。本发明中，采用的电子元件都是简单可靠且成本低廉的常用器件。

3.应用范围广。本发明是一个电路方案，整个电路结构简单且集成在电控单元里，能在绝大多数场合使用。

附图说明

图1为本发明的电路框图。。

图2为本发明的电路原理示意图。

图3为图2工作过程的工作波形图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。以便分析本技术方案的应用特征及优点，同时，以下所列举实施例是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1、图２、图3所示：

一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，包括电磁阀驱动及电流采样电路模块1，所述电磁阀驱动及电流采样电路模块1包括驱动电路S、电流传感器41。一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路还包括微分电路模块2、放大电路模块3、比较电路模块4、触发电路模块5；电磁阀驱动及电流采样电路模块1、微分电路模块2、放大电路模块3、比较电路模块4、触发电路模块5依次顺序连接；电流传感器41采样驱动电路S的电流得到采样电压信号P，所得的采样电压信号P输入微分电路模块2中，经过微分处理，随后进入放大电路模块3中进行放大，然后进入比较电路模块4中进行比较，最后进入触发电路模块5产生BIP信号即实际供油始点信号，BIP信号发送给MCU51。MCU即微处理器。BIP信号对应柴油机电控系统电磁阀关闭时刻。BIP：Begin of Injection Period。

所述微分电路模块2包括第三十一运算放大器31、第二十一电容21、第十一电阻11、第十二电阻12、第十三电阻13；采样电压信号P传给第十一电阻11一端，第十一电阻11另一端和第二十一电容21一端相连，第二十一电容21另一端连接第三十一运算放大器31的反相输入端；第三十一运算放大器31的正相输入端连接第十二电阻12一端，第十二电阻12另一端接地；第三十一运算放大器31的输出端和反相输入端之间并联第十三电阻13；第三十一运算放大器31采用正负双电源供电方式，其正负电源端分别接入正负电源；采样电压信号P通过第十一电阻11和第二十一电容21进入到第三十一运算放大器31的反相输入端，然后对输入的信号进行微分运算。

所述放大电路模块3包括第三十二运算放大器32、第十四电阻14、第十五电阻15、第十六电阻16；其中第十五电阻15一端和微分电路模块2的输出端（即第三十一运算放大器31的输出端）相连，另外一端和第三十二运算放大器32的正相输入端相连；第三十二运算放大器32的反相输入端连接第十四电阻14一端，第十四电阻14另一端接地；第三十二运算放大器32的输出端和反相输入端之间并联第十六电阻16；第三十二运算放大器32采用正负双电源供电方式，其正负电源端分别接入正负电源；放大电路模块3对前一级微分电路模块2的微分运算结果进行信号放大,然后传送给比较电路模块4中比较器33的反相输入端。

所述比较电路模块4包括比较器33、或非门34、第十七电阻17、第十八电阻18；其中比较器33的反相输入端和放大电路模块3的输出端（即第三十二运算放大器32的输出端）相连，比较器33的正相输入端接地；比较器33的输出端接第十七电阻17一端，第十七电阻17的另外一端接正电源；或非门34的两个输入端分别接比较器33的输出端和电磁阀驱动信号，所述电磁阀驱动信号由MCU51提供；或非门34的输出端接第十八电阻18一端，第十八电阻18的另外一端接正电源；比较器33和或非门34采用单电源供电方式；前一级放大电路模块3中第三十二运算放大器32的输出信号为模拟信号，该模拟信号经过比较器33后，大于零的信号变成低电平，小于零的信号变成高电平，比较器33输出0-5V的数字电平信号，该数字电平信号输入或非门34的一个输入端，或非门34的另外一个输入端输入电磁阀驱动信号，或非门34的输出数字电平信号送入触发电路模块5中JK触发器35的J端。

所述触发电路模块5包括JK触发器35和第十九电阻19；其中JK触发器35的J端连接比较电路模块4的输出端（即或非门34的输出端），K端接地；JK触发器35的输出端Q接第十九电阻19一端，第十九电阻19的另外一端接正电源；JK触发器35采用单电源供电方式；JK触发器35的时钟信号和清零信号分别由MCU51提供；JK触发器35的输出端Q产生BIP信号（即实际供油始点信号，同时也是柴油机电控系统电磁阀关闭时刻信号），发送给MCU51。

以下详细说明工作的原理和过程。

图1为本发明的电路框图。本发明主要包括电磁阀驱动及电流采样电路模块1、微分电路模块2、放大电路模块3、比较电路模块4、触发电路模块5五个部分。电流传感器41采样驱动电路S的电流得到采样电压信号P作为本发明电路的输入信号，经过上述的五个电路模块后所得的BIP信号（即实际供油始点信号，同时也是柴油机电控系统电磁阀关闭时刻信号）输入MCU（微处理器）51。BIP：Begin of Injection Period。

图2为本发明的电路原理示意图，下面说明该电路的工作过程。

电磁阀驱动及电流采样电路模块1中，电流传感器41采样驱动电路S的电流（该电流的波形如图3中的电磁阀工作电流波形I），所得的采样电压信号P输入微分电路模块2中。

微分电路模块2中，由于要使输出电压与输入电压的时间变化率成比例，并且输出电压能精确、灵敏的反应输入电压的变化，所以采用了微分电路。采样电压信号P首先通过第十一电阻（输入电阻）11和第二十一电容（微分电容）21进入到采用正负双电源（+V、-V）供电的第三十一运算放大器31的反相输入端，然后对输入信号进行微分运算。其中第二十一电容（微分电容）21和第十三电阻（反馈电阻）13的参数选择决定了微分的效果，第三十一运算放大器31的同相输入端接第十二电阻12的一端，第十二电阻12的另一端接地，第十二电阻12的参数决定了微分波形是否漂移。

放大电路模块3包括第三十二运算放大器32、第十四电阻14、第十五电阻15、第十六电阻16，采用正负双电源（+V、-V）供电。由于采样电压信号P随时间变化比较缓和，所以所得的微分值较小，容易受到干扰，影响后一级中比较器33的比较结果，因此需要对前一级的微分运算结果进行信号放大，第十四电阻14和第十六电阻16的参数决定了放大倍数的大小。

微分电路模块2和放大电路模块3使用的运算放大器采用正负双电源供电方式。其中，微分电路模块2中采用正负双电源的原因是，电磁阀工作电流随时间的变化有时增大有时减小，若采用单正电源供电，那么第三十一运算放大器31输出的波形都为正值，不能直观的体现出电磁阀工作电流的变化，也不利于对波形的进一步处理。放大电路模块3中采用正负双电源的原因是，微分的结果有正值也有负值，若采用单电源供电，那么第三十二运算放大器32只会输出其中的一部分波形，导致输出波形失真。

比较电路模块4中，比较器33为过零比较器，或非门34为逻辑器件，对信号进行逻辑处理。上一级中第三十二运算放大器32的输出信号为模拟信号，必须先转换成MCU51能识别的数字信号，模拟信号经过比较器33后，大于零的信号变成低电平，小于零的信号变成高电平，比较器33输出0-5V的数字电平信号，该数字电平信号输入或非门34的一个输入端，或非门34的另外一个输入端输入电磁阀驱动信号（由MCU51提供），或非门34的输出数字电平信号送入触发电路模块5中JK触发器35的J端。

触发电路模块5中，JK触发器35对前一级的信号进行有条件的触发，只保留柴油机电控系统电磁阀关闭时刻的信号，其它干扰信号一律清除。其中时钟信号和清零信号由电控单元中的MCU51发出，JK触发器的J输入端接比较电路模块4的输出信号，K输入端接地。触发电路滤除了工作过程中的信号干扰，JK触发器的Q输出端产生BIP信号（即实际供油始点信号，同时也是柴油机电控系统电磁阀关闭时刻信号）发送给MCU51。

触发电路模块5中使用JK触发器35产生BIP信号，是由于设计中需要锁定电磁阀关闭时刻，锁定之后不能再变化，所以就要用到触发器。能够存储1位二值信号的基本单元电路统称为触发器，触发器必须具备以下两个基本特点：第一，具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的0和1，或二进制数的0和1；第二，根据不同的输入信号可以置成1或0状态。或非门34的输出数字电平信号经JK触发器35触发，得到一个上升沿，这个上升沿就是BIP信号(实际供油始点信号)，然后把这个BIP信号传给MCU51。

触发电路模块5之前加入了或非门34处理电路，由于地线上干扰的存在，导致杂波的产生，所以引入了电磁阀驱动信号进行滤波，由于电磁阀驱动信号是低电平有效，所以在电磁阀驱动信号无效期间，即电磁阀驱动信号为高电平，杂波经过或非门34处理后全部变成低电平，达到滤波目的。

图3为图2工作过程的工作波形图。结合图3，说明该电路工作波形的对应关系。

波形I是驱动电路S的电流的波形，也就是电磁阀工作电流波形I；波形B1为电磁阀驱动信号的波形；波形B2为JK触发器35时钟信号的波形；波形B3为JK触发器35清零信号的波形；波形B4是JK触发器35输出端波形，即BIP信号所在的波形，波形B4中的上升沿就是BIP信号(实际供油始点信号)，BIP信号对应柴油机电控系统电磁阀关闭时刻。

T1时刻，电磁阀驱动信号发出，波形I中电磁阀工作电流迅速上升，电磁阀阀芯密封座面不断向关闭方向移动，T1时刻到T3时刻的过程中，电磁阀线圈的电感值不断变化，电流在上升过程中会出现突然下降的现象，到T3时刻，阀芯密封面移到与阀座密封面相接触位置，阀芯受阻，不能继续移动，衔铁与铁心之间的气隙处于相对稳定状态，这时气隙最小，电磁阀电感最大，对应的电流下降到最小值。由于此时电磁阀驱动信号还未结束，所以线圈中的电流还会继续上升，直到T4时刻电磁阀驱动信号结束。JK触发器35输入的时钟信号的频率越大，触发越精确，但是最大不能超过25MHZ。清零信号是脉冲信号，需要在T1时刻之后T3时刻之前的这段时间发出(本例子中的T2时刻)，在清零信号产生之后，JK触发器35输出端波形B4跳变为低电平，在T3时刻，即柴油机电控系统电磁阀关闭时刻，由于JK触发器35的J端信号的输入，触发产生一个上升沿信号，JK触发器35输出端波形B4从低电平跳变为高电平。在下一个清零信号到来之前，JK触发器35输出端波形B4的状态不再改变。T4时刻电磁阀驱动信号结束，电磁阀工作电流达到尖峰值。至此，一个循环结束。MCU51捕捉波形B4，读取其上升沿时刻即T3时刻，波形B4中的上升沿就是BIP信号(实际供油始点信号)，BIP信号与MCU51内的期望值比较，所产生的偏差，即作为下一循环的修正值，通过对驱动信号的修正，可以改变供油始点。

Claims

1.一种柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，包括电磁阀驱动及电流采样电路模块(1)，所述电磁阀驱动及电流采样电路模块(1)包括驱动电路(S)、电流传感器(41)，其特征在于：还包括微分电路模块(2)、放大电路模块(3)、比较电路模块(4)、触发电路模块(5)；电磁阀驱动及电流采样电路模块(1)、微分电路模块(2)、放大电路模块(3)、比较电路模块(4)、触发电路模块(5)依次顺序连接；电流传感器(41)采样驱动电路(S)的电流得到采样电压信号（P），所得的采样电压信号（P）输入微分电路模块(2)中，经过微分处理，随后进入放大电路模块(3)中进行放大，然后进入比较电路模块(4)中进行比较，最后进入触发电路模块(5)产生BIP信号即实际供油始点信号，BIP信号发送给MCU(51)，BIP信号对应柴油机电控系统电磁阀关闭时刻。

2.如权利要求1所述的柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，其特征在于：所述微分电路模块（2）包括第三十一运算放大器（31）、第二十一电容（21）、第十一电阻（11）、第十二电阻（12）、第十三电阻（13）；采样电压信号（P）传给第十一电阻（11）一端，第十一电阻（11）另一端和第二十一电容（21）一端相连，第二十一电容（21）另一端连接第三十一运算放大器（31）的反相输入端；第三十一运算放大器（31）的正相输入端连接第十二电阻（12）一端，第十二电阻（12）另一端接地；第三十一运算放大器（31）的输出端和反相输入端之间并联第十三电阻（13）；第三十一运算放大器（31）采用正负双电源供电方式，其正负电源端分别接入正负电源；采样电压信号（P）通过第十一电阻（11）和第二十一电容（21）进入到第三十一运算放大器（31）的反相输入端，然后对输入的信号进行微分运算。

3.如权利要求1所述的柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，其特征在于：所述放大电路模块（3）包括第三十二运算放大器（32）、第十四电阻（14）、第十五电阻（15）、第十六电阻（16）；其中第十五电阻（15）一端和微分电路模块（2）的输出端相连，另外一端和第三十二运算放大器（32）的正相输入端相连；第三十二运算放大器（32）的反相输入端连接第十四电阻（14）一端，第十四电阻（14）另一端接地；第三十二运算放大器（32）的输出端和反相输入端之间并联第十六电阻（16）；第三十二运算放大器（32）采用正负双电源供电方式，其正负电源端分别接入正负电源；放大电路模块（3）对前一级微分电路模块（2）的微分运算结果进行信号放大,然后传送给比较电路模块（4）中比较器（33）的反相输入端。

4.如权利要求1所述的柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，其特征在于：所述比较电路模块（4）包括比较器（33）、或非门（34）、第十七电阻（17）、第十八电阻（18）；其中比较器（33）的反相输入端和放大电路模块（3）的输出端相连，比较器（33）的正相输入端接地；比较器（33）的输出端接第十七电阻（17）一端，第十七电阻（17）的另外一端接正电源；或非门（34）的两个输入端分别接比较器(33)的输出端和电磁阀驱动信号，所述电磁阀驱动信号由MCU(51)提供；或非门（34）的输出端接第十八电阻（18）一端，第十八电阻（18）的另外一端接正电源；前一级放大电路模块（3）中第三十二运算放大器（32）的输出信号为模拟信号，该模拟信号经过比较器(33)后，大于零的信号变成低电平，小于零的信号变成高电平，比较器(33)输出0-5V的数字电平信号，该数字电平信号输入或非门(34)的一个输入端，或非门(34)的另外一个输入端输入电磁阀驱动信号，或非门(34)的输出数字电平信号送入触发电路模块（5）中JK触发器（35）的J端。

5.如权利要求1、2、3或4所述的柴油机电控系统电磁阀关闭时刻检测电路，其特征在于：所述触发电路模块（5）包括JK触发器（35）和第十九电阻（19）；其中JK触发器（35）的J端连接比较电路模块（4）的输出端，K端接地；JK触发器（35）的输出端Q接第十九电阻（19）一端，第十九电阻（19）的另外一端接正电源；JK触发器（35）的时钟信号和清零信号分别由MCU（51）提供；JK触发器（35）的输出端Q产生BIP信号即实际供油始点信号，发送给MCU（51）。