CN105422301A - 电喷发动机判缸信号模拟器及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电喷发动机判缸信号模拟器及其模拟方法。电喷发动机判缸信号模拟器，包括单片机、信号驱动模块和人机对话模块，信号驱动模块包括曲轴位置传感器模拟电路和凸轮轴位置传感器模拟电路，单片机是本系统中的核心。上述电喷发动机判缸信号模拟器的模拟方法，包括发动机曲轴位置信号缺齿模拟、曲轴位置传感器正弦波信号模拟、凸轮轴位置信号模拟。将本发明一种电喷发动机判缸信号模拟器分别与电喷发动机ECU的曲轴位置传感器接口和凸轮轴位置传感器接口连接并接通电源，能判断发动机电子控制单元（ECU）是否正常控制喷油与点火，具有方便快捷的优点。

Description

电喷发动机判缸信号模拟器及其模拟方法

技术领域

本发明涉及电喷发动机判缸信号模拟器及其模拟方法，属于汽车发动机诊断技术领域。

背景技术

随着社会经济的飞速发展和科学技术的全面进步，汽车事业和计算机事业的飞速发展，电喷发动机是采用电子控制装置，取代传统的机械系统（如化油器）来控制发动机的供油过程。正是由于电喷发动机的广泛应用，对于发动机的故障诊断尤为重要。电喷发动机判缸模拟是利用软件和硬件相结合的方法对电喷发动机常见传感器信号进行采集、模拟，对于电喷发动机故障机理分析、诊断以及教学试验的方面都是十分有意义的。除此之外，目前国内很多汽车维修企业的维修人员对于电喷发动机因电控系统引起的故障只能靠经验和元件替换来进行诊断和维修，因此，开发利用计算机这种先进的设备对电喷发动机进行故障分析和诊断是形势发展的需要，也是汽车故障诊断技术未来发展的必然趋势。

电喷发动机根据曲轴位置传感器或曲轴位置传感器结合凸轮轴位置传感器判断发动机是哪一个气缸什么时刻需要喷油点火。因此对于电喷系统发动机曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置传感器信号被称为判缸信号。判缸信号是发动机运转的先决条件之一。在发动机出现故障不能运转时，修理过程中往往要多次起动发动机来判断发动机电子控制单元（ECU）是否正常控制喷油与点火。由于起动过程中需要消耗大量的蓄电池电量，汽车蓄电池电量会很快耗尽，必须更换蓄电池或重新充电，该过程费时费力。本课发明基于实际应用，根据发动机曲轴与凸轮轴信号逻辑关系模拟曲轴位置传感器及凸轮轴位置传感器信号，在不需发动机运转的情况下可令ECU进行喷油点火控制，从而对其进行检测。该模拟器可广泛应用于发动机ECU诊断维修及电喷ECU系统开发。

发明内容

为了解决发动机出现故障不能运转时，修理过程中往往要多次起动发动机来判断发动机电子控制单元（ECU）是否正常控制喷油与点火，费时费力的问题，本发明提供一种电喷发动机判缸信号模拟器及其模拟方法。

本发明所述电喷发动机判缸信号模拟器，包括单片机、信号驱动模块和人机对话模块，

单片机包括数据处理模块、PWM脉宽调制模块和显示控制模块，

信号驱动模块包括曲轴位置传感器模拟电路和凸轮轴位置传感器模拟电路，

人机对话模块包括输入设置电路和单色点阵液晶显示模块，

单片机是本系统中的核心，其中的数据处理模块接收来自人机对话模块输入设置电路的信号，通过运算处理并控制PWM脉宽调制模块输出相应的激励脉冲到曲轴位置传感器模拟电路和凸轮轴位置传感器模拟电路模拟与原电喷发动机传感器相同的信号；同时，其中的数据处理模块将所模拟的发动机转速、传感器信号类型通过单色点阵液晶显示模块显示。

本发明还包括电源模块，该模块将汽车12V或24V供电转换成5V为单片机、信号驱动模块和人机对话模块供电；LM2940-5.0为电源模块主控芯片。

单片机的型号为MC9S08AW16。

曲轴位置传感器模拟电路的核心器件为L9110H和隔离变压器。

基于上述电喷发动机判缸信号模拟器的模拟方法，所述的模拟方法包括发动机曲轴位置信号缺齿模拟、曲轴位置传感器正弦波信号模拟、凸轮轴位置信号模拟，其中：

发动机曲轴位置信号缺齿模拟的步骤为：单片机通过内部定时器对PWM脉宽调制模块进行控制，当到达缺齿信号时刻，禁止两个模拟周期的PWM信号输出；

曲轴位置传感器正弦波信号模拟的步骤为：根据输入设置电路输入的发动机转速计算出信号周期，将一个周期内进行拆分，控制PWM脉宽调制模块的PWM信号占空比完成一个正弦周期的变化，PWM信号通过曲轴位置传感器模拟电路输出一个周期的正弦波；

凸轮轴位置信号模拟步骤为：根据发动机曲轴位置信号与凸轮轴位置信号关系，凸轮轴位置信号进行0-5V的高低变化。

有益效果：将本发明一种电喷发动机判缸信号模拟器分别与电喷发动机ECU的曲轴位置传感器接口和凸轮轴位置传感器接口连接并接通电源，能判断发动机电子控制单元（ECU）是否正常控制喷油与点火，具有方便快捷的优点；完全避免现有技术修理过程中往往要多次起动发动机来判断发动机电子控制单元（ECU）是否正常控制喷油与点火的缺陷。

附图说明

图1是典型电喷发动机判缸传感器工作示意图。

图2是典型电喷发动机判缸传感器信号波形。

图3是本发明的判缸信号模拟电路原理图。

图4是双极性PWM正弦波模拟原理图。

图5是单片机及其外围电路原理图。

图6是电源模块原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1、图2、图3说明本实施方式，典型的电喷发动机如图1所示，依靠曲轴触发盘4处的曲轴位置传感器3与凸轮轴触发盘2处的凸轮轴传感器1判断发动机曲轴角度，从而准确判断需要喷油点火的气缸；也有的电喷发动机只依靠曲轴传感器进行判缸。曲轴传感器信号与凸轮轴信号，如图2所示，曲轴转两圈（0~720°）发动机完成一个工作循环，曲轴位置传感器内部为一个电磁线圈其输出信号为接近正弦的波形，感应齿盘一般采用60缺2的方式。凸轮轴位置传感器输出高低变化的信号指示曲轴位于0~360°内还是360~720°范围内。

曲轴位置传感器模拟电路在H桥芯片L9110H的驱动下产生正负变化的波形，通过隔离变压器耦合后再由RC滤波整形输出正负变化的正弦波形；凸轮轴位置传感器模拟电路为三极管集电极开路输出，配合曲轴位置传感器缺齿信号输出0~5V的方波指示曲轴位置。

具体实施方式二：下面结合图4、图5说明本实施方式，单片机中的PWM脉宽调制模块产生频率为200KHz的PWM，在一个曲轴信号的正弦周期内PWM占空比按照正弦规律变化，这样的PWM信号称为SPWM；在正半周，PWM1输出方波，PWM2输出低电平，在负半周，PWM2输出方波，PWM3输出低电平；在半个曲轴信号周期内，200KHz的PWM占空比计算公式为：

，其中，，n=0到k的整数。

式中，DUTY为PWM占空比，RPM为发动机转速。

数据处理模块处理输入设置电路输入的模拟转速数据，数据处理模块将输入信号转换成发动机转速800至2000转每分四种，由于曲轴感应齿盘齿数为60缺2，因此发动机转速多少转每分就对应多少赫兹的曲轴转速信号频率，只模拟800至2000转每分的转速目的是确保一定的模拟精度。

具体实施方式三：下面结合图6说明本实施方式，单片机、信号驱动模块和人机对话模块工作电压均为5V，汽车供电电压为12V或24V；电源模块中的LM2950-5.0可以将外部7~36V的直流输入转换为稳定的5V输出供上述使用，并具备1A的带负载能力，完全满足本发明需求。

将本发明一种电喷发动机判缸信号模拟器分别与电喷发动机ECU的曲轴位置传感器接口和凸轮轴位置传感器接口连接并接通电源，此时发动机ECU获得了与原传感器一样的信号，发动机ECU应正常工作。

其验证方法有以下两种。

方法一：直接观测，拔出一根点火线露出金属部分靠近发动机缸体金属部分约2mm（注意不能接触缸体）。若ECU工作正常工作，此时可以看到点火线与发动机缸体之间有明显的并按一定频率放电的电火花。该方法可以初步判断发动机ECU是否正常工作。

方法二：仪器检测，将发动机诊断电脑与发动机OBD接口连接。若ECU工作正常工作，从诊断电脑上读得的发动机转速与模拟设置的发动机转速应该一致。该方法可以准确判断发动机ECU是否正常工作。

Claims (5)

1.电喷发动机判缸信号模拟器，其特征在于，它包括单片机、信号驱动模块和人机对话模块，

单片机包括数据处理模块、PWM脉宽调制模块和显示控制模块，

信号驱动模块包括曲轴位置传感器模拟电路和凸轮轴位置传感器模拟电路，

人机对话模块包括输入设置电路和单色点阵液晶显示模块，

单片机是本系统中的核心，其中的数据处理模块接收来自人机对话模块输入设置电路的信号，通过运算处理并控制PWM脉宽调制模块输出相应的激励脉冲到曲轴位置传感器模拟电路和凸轮轴位置传感器模拟电路模拟与原电喷发动机传感器相同的信号；同时，其中的数据处理模块将所模拟的发动机转速、传感器信号类型通过单色点阵液晶显示模块（3-2）显示。

2.根据权利要求1所述的电喷发动机判缸信号模拟器，其特征在于，它还包括电源模块，该模块将汽车12V或24V供电转换成5V，为单片机、信号驱动模块和人机对话模块供电；LM2940-5.0为电源模块主控芯片。

3.根据权利要求1或2所述的电喷发动机判缸信号模拟器，其特征在于，单片机的型号为MC9S08AW16。

4.根据权利要求1或2所述的电喷发动机判缸信号模拟器，其特征在于，曲轴位置传感器模拟电路的核心器件为L9110H和隔离变压器。

5.一种基于权利要求1所述电喷发动机判缸信号模拟器的模拟方法，其特征在于，所述的模拟方法包括发动机曲轴位置信号缺齿模拟、曲轴位置传感器正弦波信号模拟、凸轮轴位置信号模拟，其中：

发动机曲轴位置信号缺齿模拟的步骤为：单片机通过内部定时器对PWM脉宽调制模块进行控制，当到达缺齿信号时刻，禁止两个模拟周期的PWM信号输出；

曲轴位置传感器正弦波信号模拟的步骤为：根据输入设置电路输入的发动机转速计算出信号周期，将一个周期内进行拆分，控制PWM脉宽调制模块的PWM信号占空比完成一个正弦周期的变化，PWM信号通过曲轴位置传感器模拟电路输出一个周期的正弦波；

凸轮轴位置信号模拟步骤为：根据发动机曲轴位置信号与凸轮轴位置信号关系，凸轮轴位置信号进行0-5V的高低变化。