CN106593717A - 燃油滤清器自动放水阀控制系统 - Google Patents

燃油滤清器自动放水阀控制系统 Download PDF

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CN106593717A CN201611249502.3A CN201611249502A CN106593717A CN 106593717 A CN106593717 A CN 106593717A CN 201611249502 A CN201611249502 A CN 201611249502A CN 106593717 A CN106593717 A CN 106593717A
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周水杉
姜海波
李阳
赵玲
王文勇
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    • F02M37/22—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system
    • F02M37/24—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by water separating means

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Abstract

本发明公开了一种燃油滤清器自动放水阀控制系统，涉及汽车燃油系统排水装置技术领域。所述控制系统包括信号采集与控制模块、水位检测模块、温度检测模块和放水阀驱动模块，所述水位检测模块位于所述滤清器的积水杯内，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测积水杯内的水位信息；温度检测模块位于自动放水阀上，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测环境温度信息；所述信号采集与控制模块的控制信号输出端经所述放水阀驱动模块与所述放水阀的控制端连接。所述系统同时根据环境温度、水位信息以及排水时间对所述自动放水阀进行控制，控制精确度高，使用效果好。

Description

燃油滤清器自动放水阀控制系统
技术领域
本发明涉及汽车燃油系统排水装置技术领域，尤其涉及一种燃油滤清器自动放水阀控制系统。
背景技术
目前汽车燃油滤清器的作用除了滤除燃油中的杂质外，还有一个重要作用，就是滤除燃油中的水分。燃油滤清器根据水和油的密度差，利用重力沉降的原理，将燃油中的水分滤出，并存储在积水杯中。当水量积累到一定程度时，要及时放水，否则水会进入供油系统，造成供油系统零部件锈蚀、磨损卡死，甚至损坏。传统的燃油滤清器是在积水杯的底部安装手动放水阀，放水时，需要人工手动打开放水阀进行放水。如果放水时间过长，会有燃油一同排出，造成能源浪费和环境污染，如果放水时间太短，水量剩余太多，排水间隔时间缩短，排水的频率太高，使用不便。新型的燃油滤清器使用自动放水阀代替手动放水阀，当水位到达预设的超限水位时，放水阀的执行器自动排水，待排水完毕，执行器自动关闭，但是现有的自动放水阀具有控制不准确，使用效果不好的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种燃油滤清器自动放水阀控制系统，所述系统同时根据环境温度、水位信息以及排水时间对所述自动放水阀进行控制，控制精确度高，使用效果好。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：包括信号采集与控制模块、水位检测模块、温度检测模块和放水阀驱动模块，所述水位检测模块位于所述滤清器的积水杯内，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测积水杯内的水位信息；温度检测模块位于自动放水阀上，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测环境温度信息；所述信号采集与控制模块的控制信号输出端经所述放水阀驱动模块与所述放水阀的控制端连接；
当温度检测模块采集到的环境温度在设定范围内，且水位检测模块输出高水位报警信号时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器打开进行放水，当控制系统检测到高水位报警信号取消时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器关闭，结束放水；
且在开始进行放水时，信号采集与控制模块内部开始软件计时，当设定的计时时间到时，不论高水位报警信号是否取消，信号采集与控制模块都控制所述放水阀的执行器关闭；如果多次连续打开所述执行器，信号采集与控制模块不再响应高水位报警信号，并输出故障报警信号；
如果温度检测模块检测到的环境温度不在设定的范围内，信号采集与控制模块不响应高水位报警信号，并输出温度报警信号。
进一步的技术方案在于：所述水位检测模块包括高水位检测电路和低水位检测电路，高水位检测电路和低水位检测电路的信号输出端与所述信号采集与控制模块的水位检测信号输入端连接，所述高水位检测电路用于检测积水杯内高水位状态；所述低水位检测电路用于检测积水杯内低水位状态。
进一步的技术方案在于：所述低水位检测电路包括第一至第二水位检测探针，第一水位检测探针接地；第二水位检测探针的输出端分为三路，第一路经电阻R3接VCC，第二路经电容C4接地，第三路与运算放大器U1B的反相输入端连接；电阻R4的一端接VCC，另一端分为三路，第一路与运算放大器U1B的同相输入端连接，第二路经电阻R6与运算放大器U1B的输出端连接，第三路经电阻R5接地；运算放大器U1B的输出端经电阻R7与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极经电阻R8接地，所述三极管Q1的集电极为所述低水位检测电路的信号输出端。
进一步的技术方案在于：所述高水位检测电路包括第三水位检测探针，第三水位检测探针的输出端分为三路，第一路经电阻R9接VCC，第二路经电容C5接地，第三路与运算放大器U1A的反相输入端连接；电阻R10的一端接VCC，另一端分为三路，第一路与运算放大器U1A的同相输入端连接，第二路经电阻R12与运算放大器U1A的输出端连接，第三路经电阻R11接地；运算放大器U1A的输出端经电阻R13与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极经电阻R14接地，所述三极管Q2的集电极为所述高水位检测电路的信号输出端。
进一步的技术方案在于：所述温度检测模块包括热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC的一端接地，热敏电阻NTC的另一端分为两路，第一路经电阻R17接VCC，另一端与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端分为两路，第一路经电容C9接地，第二路与运算放大器U2的同相输入端连接，所述运算放大器U2的输出端分为两路，一路为所述温度检测模块的信号输出端，另一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接。
进一步的技术方案在于：所述放水阀驱动模块包括高边驱动芯片U3，所述U3的4脚和8脚接电源VCC，所述U3的3脚与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端为所述放水阀驱动模块的控制信号输入端，所述U3的6脚与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端为所述U3的复位信号输出端，用于与所述信号采集与控制模块中的复位信号输入端连接；所述U3的5脚分为两路，第一路经电阻R22接地，第二路经电阻R21后又分为两路，第一路经电容C15接地，第二路为所述放水阀驱动模块的故障信号检测输入端；所述U3的2脚接地；所述U3的1脚和7脚分为两路第一路为所述放水阀驱动模块的信号输出端，第二路与续流二极管D8的阴极连接，续流二极管D8的正极接地。
进一步的技术方案在于：所述U3的4脚和8脚上并联有滤波电容C13-C14。
进一步的技术方案在于：所述U3使用VN5T016AH型高边驱动芯片。
进一步的技术方案在于：所述控制系统还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述信号采集与控制模块的信号输出端连接，用于在信号采集与控制模块的控制下发出声光报警信号。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本系统中水位检测模块采用双水位检测，即检测低水位和高水位。当水位上升到高水位时，高水位检测电路发出水位超限报警信号；当水位下降到低水位以下时，水位检测模块的报警信号取消。高水位与低水位之间的容量为需要排出的水量。双水位检测可有效的防止水位超限误报警，避免了由于过量放水导致燃油排出等不良现象，大大提高了整个控制系统的可靠性。
由于环境温度过高，会使放水阀中执行器的机械零部件造成变形或损坏，而当温度过低导致积水杯中的水结冰时，执行器不能正常打开排水。为防止燃油滤清器的加热系统出现故障导致放水阀的工作温度过高或过低，本控制系统带有温度检测功能，以便对环境温度进行实时检测，确保放水阀工作在正常的温度范围内。
当温度检测模块采集到的环境温度在设定范围内，且水位检测模块输出高水位报警信号时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器打开进行放水，当控制系统检测到高水位报警信号取消时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器关闭，结束放水；
在开始进行放水时，信号采集与控制模块内部开始软件计时，如果设定的计时时间到，不论高水位报警信号是否取消，信号采集与控制模块都会控制放水阀的执行器关闭。如果多次连续打开执行器，信号采集与控制模块不再响应高水位报警信号，并输出故障报警信号。这种硬件电路与软件同时控制的机制，一方面可防止由于水位检测的输出信号失效，导致过量放水；另一方面在放水阀的执行器出现故障，不能正常排水时，可及时发出报警信号，提示驾驶员检修相关零部件。
如果信号采集与控制模块检测到环境温度不在正常的范围内，信号采集与控制模块不响应高水位报警信号，并输出温度报警信号。
放水阀驱动模块在信号采集与控制模块输出的控制信号控制下，使执行器打开或者关闭。执行器内装有定铁芯、动铁芯和通电线圈，执行器驱动就是为电磁线圈提供正常工作的电压和电流，并带有过流检测功能，电流信号作为信号采集与控制模块的输入信号，用于监测执行器的工作状态。
温度超限报警信号、水位超限报警信号和执行器故障报警信号可通过声光报警模块进行提醒，也可将各个报警信号的电平状态输出给整车的控制单元，由整车控制单元进行综合判断并处理。
附图说明
图1是本发明实施例所述系统的原理框图；
图2是本发明实施例所述系统中低水位检测电路原理图；
图3是本发明实施例所述系统中高水位检测电路原理图；
图4是本发明实施例所述系统中温度检测模块的电路原理图；
图5是本发明实施例所述系统中放水阀驱动模块的电路原理图；
图6是本发明实施例所述系统的控制流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明实施例公开了一种燃油滤清器自动放水阀控制系统，包括信号采集与控制模块、水位检测模块、温度检测模块和放水阀驱动模块。所述水位检测模块位于所述滤清器的积水杯内，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测积水杯内的水位信息；温度检测模块位于自动放水阀上，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测环境温度信息；所述信号采集与控制模块的控制信号输出端经所述放水阀驱动模块与所述放水阀的控制端连接。
当温度检测模块采集到的环境温度在设定范围内，且水位检测模块输出高水位报警信号时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器打开进行放水，当控制系统检测到高水位报警信号取消时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器关闭，结束放水；
且在开始进行放水时，信号采集与控制模块内部开始软件计时，当设定的计时时间到时，不论高水位报警信号是否取消，信号采集与控制模块都控制所述放水阀的执行器关闭；如果多次连续打开所述执行器，信号采集与控制模块不再响应高水位报警信号，并输出故障报警信号；
如果温度检测模块检测到的环境温度不在设定的范围内，信号采集与控制模块不响应高水位报警信号，并输出温度报警信号。
如图1所示，进一步的，所述水位检测模块包括高水位检测电路和低水位检测电路，高水位检测电路和低水位检测电路的信号输出端与所述信号采集与控制模块的水位检测信号输入端连接，所述高水位检测电路用于检测积水杯内高水位状态；所述低水位检测电路用于检测积水杯内低水位状态。
如图2所示，所述低水位检测电路包括第一至第二水位检测探针，第一水位检测探针接地；第二水位检测探针的输出端分为三路，第一路经电阻R3接VCC，第二路经电容C4接地，第三路与运算放大器U1B的反相输入端连接；电阻R4的一端接VCC，另一端分为三路，第一路与运算放大器U1B的同相输入端连接，第二路经电阻R6与运算放大器U1B的输出端连接，第三路经电阻R5接地；运算放大器U1B的输出端经电阻R7与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极经电阻R8接地，所述三极管Q1的集电极为所述低水位检测电路的信号输出端。
如图3所示，所述高水位检测电路包括第三水位检测探针，第三水位检测探针的输出端分为三路，第一路经电阻R9接VCC，第二路经电容C5接地，第三路与运算放大器U1A的反相输入端连接；电阻R10的一端接VCC，另一端分为三路，第一路与运算放大器U1A的同相输入端连接，第二路经电阻R12与运算放大器U1A的输出端连接，第三路经电阻R11接地；运算放大器U1A的输出端经电阻R13与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极经电阻R14接地，所述三极管Q2的集电极为所述高水位检测电路的信号输出端。
水位检测为探针式，检测使用三根探针，即第一水位检测探针、第二水位检测探针和第三水位检测探针，第一水位检测探针和第二水位检测探针的高度相同，用于检测低水位，第三水位检测探针较高，用于检测高水位。水位检测模块分为两路，分别检测低水位状态和高水位状态。如图2-3所示，为便于与后端电路连接，水位检测的状态信号为开集电极输出。第一水位检测探针接公共地，当水位在第一水位检测探针和第二水位检测探针所在高度以下时，低水位信号和高水位信号均为高电平；当水位到达第一水位检测探针和第二水位检测探针所在高度，即低水位时，低水位信号为低电平，高水位信号仍为高电平信号；当水位到达第三水位检测探针所在的高度，即高水位时，低水位信号和高水位信号均为低电平。低水位信号和高水位信号与三根探针遇水状态的对应关系见表1所示，表1 “0”表示低电平，“1”表示高电平。
表1
低水位（Level_Low） 高水位（Level_High） 探针1、2、3遇水状态
1 1 探针1、2、3不遇水
0 1 探针1、2遇水，探针3不遇水
0 0 探针1、2、3遇水
如图4所示，所述温度检测模块包括热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC的一端接地，热敏电阻NTC的另一端分为两路，第一路经电阻R17接VCC，另一端与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端分为两路，第一路经电容C9接地，第二路与运算放大器U2的同相输入端连接，所述运算放大器U2的输出端分为两路，一路为所述温度检测模块的信号输出端，另一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接。所述温度检测模块使用负温度系数热敏电阻（NTC）检测温度，经过滤波电路和运放跟随电路后，温度信号Temp接入信号采集与控制模块中的微控制器AD转换单元。
如图5所示，所述放水阀驱动模块包括高边驱动芯片U3，所述U3的4脚和8脚接电源VCC，所述U3的3脚与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端为所述放水阀驱动模块的控制信号输入端，所述U3的6脚与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端为所述U3的复位信号输出端，用于与所述信号采集与控制模块中的复位信号输入端连接；所述U3的5脚分为两路，第一路经电阻R22接地，第二路经电阻R21后又分为两路，第一路经电容C15接地，第二路为所述放水阀驱动模块的故障信号检测输入端；所述U3的2脚接地；所述U3的1脚和7脚分为两路第一路为所述放水阀驱动模块的信号输出端，第二路与续流二极管D8的阴极连接，续流二极管D8的正极接地。
优选的，所述U3的4脚和8脚（4脚和8脚为电源输入引脚）上并联有滤波电容C13-C14。所述U3使用VN5T016AH型高边驱动芯片。
所述U3的4脚和8脚接电源VCC；所述U3的3脚为其输入控制引脚，用于控制输出开关的状态，通过电阻R19与所述信号采集与控制模块中的输出引脚相连；所述U3的6脚为故障复位待机引脚，通过电阻R20与所述信号采集与控制模块中的输出引脚连接；所述U3的5脚为电流检测引脚，通过采样电阻R22输出与负载电流成比例的电压信号，经电阻R21与所述信号采集与控制模块的输入引脚相连，并由电容C15滤波；所述U3的2脚接地；所述U3的1脚和7脚均为输出端，即所述放水阀驱动模块的信号输出，负载的两端接在输出端与地之间；二极管D8是为保护电路元件而放置的续流二极管。
本实施例放水阀驱动模块采用带有负载开路检测、输出短路保护、热关断等电路诊断功能的高边开关驱动芯片实现。C_Valve是信号采集与控制模块的输出信号，接入高边开关的输入，控制放水阀打开和关闭。电阻R22为高精度、低温度系数电阻，可将负载电流转换为电压信号CS，接入信号采集与控制模块中的微控制器，用于判断驱动电路故障状态。如果高边开关自身检测到电路出现过流、过热或短路等故障时，将进入待机状态，FR_Stby由微控制器控制，用于复位高端开关由于故障引起的故障状态。Valve+和Valve-接所述自动放水阀的电磁线圈两端。
优选的，所述控制系统还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述信号采集与控制模块的信号输出端连接，用于在信号采集与控制模块的控制下发出声光报警信号，提醒使用者注意。具体的，温度超限报警信号、水位超限报警信号和执行器故障报警信号可通过通过声光报警实现，也可将各个报警信号的电平状态输出给整车的控制单元，由整车控制单元进行综合判断并处理。
如图6所示为所述系统的控制流程图。
（1）程序经过初始化后，首先检测放水阀的工作温度是否在正常的工作温度，如果温度超限，信号采集与控制模块输出温度超限报警信号，等待故障处理；
（2）如果温度正常，信号采集与控制模块判断水位是否超限，如果水位没有超限，所述放水阀的执行器不动作；
（3）如果温度正常，控制器判断水位超限，即Level_Low和High_Level均为低电平，控制器输出水位报警信号，使C_Valve引脚的电平为高，执行器打开，开始放水。此时信号采集与控制模块的微控制器内部开始计时15S。控制器实时检测水位到达低水位（Level_Low和High_Level均为高电平），或者计时时间到且连续计时不超过三次，其中任何一个条件满足，控制器关闭执行器，取消水位报警，结束放水；
（4）如果微控制器内部连续计时15S超过3次，说明执行器未能正常开启放水，控制器输出执行器故障报警信号，等待故障处理。
所述系统同时根据环境温度、水位信息以及排水时间对所述自动放水阀进行控制，控制精确度高，使用效果好。

Claims (9)

1.一种燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：包括信号采集与控制模块、水位检测模块、温度检测模块和放水阀驱动模块，所述水位检测模块位于所述滤清器的积水杯内，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测积水杯内的水位信息；温度检测模块位于自动放水阀上，与所述信号采集与控制模块的信号输入端连接，用于检测环境温度信息；所述信号采集与控制模块的控制信号输出端经所述放水阀驱动模块与所述放水阀的控制端连接；
当温度检测模块采集到的环境温度在设定范围内，且水位检测模块输出高水位报警信号时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器打开进行放水，当控制系统检测到高水位报警信号取消时，信号采集与控制模块控制所述自动放水阀的执行器关闭，结束放水；
且在开始进行放水时，信号采集与控制模块内部开始软件计时，当设定的计时时间到时，不论高水位报警信号是否取消，信号采集与控制模块都控制所述放水阀的执行器关闭；如果多次连续打开所述执行器，信号采集与控制模块不再响应高水位报警信号，并输出故障报警信号；
如果温度检测模块检测到的环境温度不在设定的范围内，信号采集与控制模块不响应高水位报警信号，并输出温度报警信号。
2.如权利要求1所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述水位检测模块包括高水位检测电路和低水位检测电路，高水位检测电路和低水位检测电路的信号输出端与所述信号采集与控制模块的水位检测信号输入端连接，所述高水位检测电路用于检测积水杯内高水位状态；所述低水位检测电路用于检测积水杯内低水位状态。
3.如权利要求2所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述低水位检测电路包括第一至第二水位检测探针，第一水位检测探针接地；第二水位检测探针的输出端分为三路，第一路经电阻R3接VCC，第二路经电容C4接地，第三路与运算放大器U1B的反相输入端连接；电阻R4的一端接VCC，另一端分为三路，第一路与运算放大器U1B的同相输入端连接，第二路经电阻R6与运算放大器U1B的输出端连接，第三路经电阻R5接地；运算放大器U1B的输出端经电阻R7与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极经电阻R8接地，所述三极管Q1的集电极为所述低水位检测电路的信号输出端。
4.如权利要求2所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述高水位检测电路包括第三水位检测探针，第三水位检测探针的输出端分为三路，第一路经电阻R9接VCC，第二路经电容C5接地，第三路与运算放大器U1A的反相输入端连接；电阻R10的一端接VCC，另一端分为三路，第一路与运算放大器U1A的同相输入端连接，第二路经电阻R12与运算放大器U1A的输出端连接，第三路经电阻R11接地；运算放大器U1A的输出端经电阻R13与三极管Q2的基极连接，所述三极管Q2的发射极经电阻R14接地，所述三极管Q2的集电极为所述高水位检测电路的信号输出端。
5.如权利要求1所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述温度检测模块包括热敏电阻NTC，所述热敏电阻NTC的一端接地，热敏电阻NTC的另一端分为两路，第一路经电阻R17接VCC，另一端与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端分为两路，第一路经电容C9接地，第二路与运算放大器U2的同相输入端连接，所述运算放大器U2的输出端分为两路，一路为所述温度检测模块的信号输出端，另一端与所述运算放大器U2的反相输入端连接。
6.如权利要求1所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述放水阀驱动模块包括高边驱动芯片U3，所述U3的4脚和8脚接电源VCC，所述U3的3脚与电阻R19的一端连接，电阻R19的另一端为所述放水阀驱动模块的控制信号输入端，所述U3的6脚与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端为所述U3的复位信号输出端，用于与所述信号采集与控制模块中的复位信号输入端连接；所述U3的5脚分为两路，第一路经电阻R22接地，第二路经电阻R21后又分为两路，第一路经电容C15接地，第二路为所述放水阀驱动模块的故障信号检测输入端；所述U3的2脚接地；所述U3的1脚和7脚分为两路第一路为所述放水阀驱动模块的信号输出端，第二路与续流二极管D8的阴极连接，续流二极管D8的正极接地。
7.如权利要求6所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述U3的4脚和8脚上并联有滤波电容C13-C14。
8.如权利要求6所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述U3使用VN5T016AH型高边驱动芯片。
9.如权利要求1所述的燃油滤清器自动放水阀控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括声光报警模块，所述声光报警模块与所述信号采集与控制模块的信号输出端连接，用于在信号采集与控制模块的控制下发出声光报警信号。
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