CN111022173A - 内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统 - Google Patents

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王国粟
张西腾
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Abstract

本发明提出了一种内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，包括电磁线圈、转速传感器、供电系统和连接器，所述连接器分别与供电系统、ECU、嵌入式电子控制器串联，所述供电系统与ECU串联，所述嵌入式电子控制器分别串联有电磁线圈和转速传感器，以对电磁线圈进行控制与接收转速传感器的反馈信号。发明能自动适应ECU控制响应要求，自主进行闭环控制的，减少连接器数量，并可以直接从蓄电池供电系统取得较大电流。

Description

内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统
技术领域
本发明涉及离合器技术领域，尤其是涉及一种内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统。
背景技术
目前，内燃机机械水泵用电控硅油离合器在控制系统上沿用了内燃机电控风扇硅油离合器的控制方式，就是把硅油离合器交由内燃机的电控喷射系统进行控制，如专利号为CN200710069948.2的一种硅油风扇离合器，或者是专利号为CN201780040299.5的粘性离合器和关联的电磁线圈中的离合器，再有就是专利号为201821830971.9的一种具有双回油流道结构的电控硅油水泵中的离合器均是采用这样的控制模式，其控制系统图如图1所示。
这样的控制模式，在内燃机风扇离合器当中是较为合理的，因为风扇对于内燃机的散热影响不是直接的，属于二次对空气侧换热的执行器，由于空气的比热容较冷却液小很多，表现在响应时间上，就是离合器分离或接合的时间早点或迟点对冷却液的温度影响不大，所以并不精确要求响应时间，可以用分钟来计，比如1.5分钟-2.5分钟的分离时间均可以接受，所以当一个定型内燃机，在更换不同供方的风扇硅油离合器产品时，基本上表现不出来兼容性问题。
但同样的控制方式用到内燃机机械水泵用电控硅油离合器上时，因为机械水泵驱动冷却液对内燃机散热是一次换热，缸内热量要迅速传递给冷却液，冷却液的比热容大，不同流量的冷却液对内燃机冷却性能与减少预热时间及减少启动阶段有害排放控制至关重要，需要离合器快速响应并且有较高的一致性，这时的响应时间是以秒为单位来计的，就是说这时的响应时间1-20秒是可以接受的，再高于这个时间，就会表现出对内燃机预热有显著的影响，这样带来的问题如下：1、不同供方由于离合器内部结构参数及硅油粘度不一致导致的产品响应性能不一致，就会严重影响使用性能。
2、为解决问题1，在研发阶段对应不同供方的离合器必须进行全面标定，形成专用的两套或多套ECU控制程序。
3、只能接收ECU以PWM输出端口方式发出的控制信号，因为PWM输出端口信号可以做为有限的电能载体同时传送给硅油离合器电磁线圈电压与电流，使电磁线圈产生控制力。但这样限制了ECU对硅油离合器的控制方式。
4、上述1、2两个问题的处理方法，必然使研发费用增高，研发周期成倍增加。
5、上述1、2两个问题延续出新的问题点，就是已定型的内燃机产品在销后维修时，必须要严格对应ECU控制程序选择相应的离合器备件，否则降低油耗与减少排放的性能就会严重下降。
6、由图1可见，内燃机的蓄电池，是通过ECU单元向离合器用PWM输出端口模式供电的，由于ECU电控单元的电流受限，不能对离合器的驱动线圈提供较大的电流，从而限制了离合器驱动线圈的电流，使离合器线圈为获得足够的电磁力，必然增加匝数，导致体积过大，在有限的机械水泵空间内，很难进行设计布置。而为了保证有限的电磁力有效传递给执得元件，又不得不在磁路与导磁结构上增加很多成本，如本文提到的三项专利均有此不利影响。
7、由图1可以看出，由于离合器部分没有控制器或内部转换电路，对线图L的线路与转速传感器连接器是两套，材料成本或装配成本是高于一套线束连接器的。
发明内容
本发明提出一种能自动适应ECU控制响应要求，自主进行闭环控制的，减少连接器数量，并可以直接从蓄电池取得较大电流的内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统。
本发明的技术方案是这样实现的：内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，包括电磁线圈、转速传感器、供电系统和连接器，所述连接器分别与供电系统、ECU、嵌入式电子控制器串联，所述供电系统与ECU串联，所述嵌入式电子控制器分别串联有电磁线圈和转速传感器，以对电磁线圈进行控制与接收转速传感器的反馈信号。
作为一种优选的技术方案，所述ECU包括PWM输出端口和脉冲输入端口，所述PWM输出端口和脉冲输入端口分别与所述连接器串联。
作为一种优选的技术方案，所述ECU通过通讯端口与所述连接器连接。
作为一种优选的技术方案，所述控制器通过I/O与所述电磁线圈连接。
作为一种优选的技术方案，所述供电系统为电池。
作为一种优选的技术方案，所述嵌入式电子控制器为以STC15W104E单片机为核心的嵌入式电子控制器。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：由于本发明可以直接在供电系统取电的，并同时与ECU的I/O端口相连的连接器，连接在以单片机为核心的嵌入式电子控制器上，并且该控制器通过I/O连接电磁线圈与转速传感器，以对电磁线圈进行控制与接收转速传感器反馈信号。所以带有以单片机为核心的嵌入式电子控制器的硅油离合器通过预先编程与标定后，就可以在接收ECU信号时，实时自主控制硅油离合器的输出转数，实现真正的闭环的无级转速调节。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的结构示意图。
图2为本发明实施例一的结构示意图。
图3为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
下面将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作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。
实施例一
如图2所示，内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，包括电磁线圈、转速传感器、供电系统和连接器，所述连接器分别与供电系统、ECU、嵌入式电子控制器串联，所述供电系统与ECU串联，所述嵌入式电子控制器分别串联有电磁线圈和转速传感器，以对电磁线圈进行控制与接收转速传感器的反馈信号。
本实施例中，ECU包括PWM输出端口和脉冲输入端口，所述PWM输出端口和脉冲输入端口分别与所述连接器串联。
如图3所示，或者，ECU通过I/O端口与所述连接器连接。
控制器通过I/O与所述电磁线圈连接。供电系统为电池。所述嵌入式电子控制器为以STC15W104E单片机为核心的嵌入式电子控制器。
实施例二
实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于，ECU通过I/O端口与所述连接器连接，如图3所示。
采用本发明的控制系统，具有以下优点：1、消除不同供方由于离合器内部结构参数及硅油粘度不一致导致的产品响应性能不一致的严重影响。因为在ECU通过通讯信号表达性能要求后，硅油离合器的控制器可以按通过预先编程与标定的性能，选择电磁线圈的电流大小与通电时间及通电间隔等参数，使离合器的响应时间符合ECU的统一响应时间要求。
2、解决了问题1，在研发阶段就不须对不同供方的离合器必须进行全面标定，只须对其中一家供方的离合器进行标定，形成一套ECU控制程序，然后其他供方各自标定自已产品，使离合器的使用性能与响应时间均符合ECU的控制要求即可，这样就可以减少多套ECU程序标定的研发时间。
3、由于硅油离合器从内燃机供电系统直接取电，所以不需要ECU通过控制信号线路进行执行电能的提供，所以ECU可以以PWM输出端口或其他方式与硅油离合器控制器进行通讯，并且减少了ECU功耗的同时，释放了硅油离合器电磁线圈的功率范围，有利于减小硅油离合器电磁线圈的体积，并提高其输出电磁力。
4、上述1、2两个问题的处理方法，必然使研发费用减少，研发周期成倍缩短。
5、对于原来1、2两个问题延续出新的问题点，就是已定型的内燃机产品在销后维修时，必须要严格对应ECU控制程序选择相应的离合器备件，否则降低油耗与减少排放的性能就会严重下降这一问题，通过标准化控制程序，实现产品间的通用化，就不在存在不兼容的售后问题。
6、由图2可见，内燃机的蓄电池，是直接向硅油离合器控制器供电，从而使离合器的驱动线圈获得较大的电流，使离合器线圈获得足够的电磁力，或者在电磁力不变的前提下，减少匝数与体积，便于在有限的机械水泵空间内进行设计布置。而足够强大的电磁力，可以有效减少为保证磁力有效传递而在磁路与导磁结构上增加的成本。
7、由图2可以看出，由于离合器部分具有控制器后，用一套连接器即可完成与ECU的双向通讯与电能独立获取，从而在材料成本或装配成本上减少一半的成本量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，其特征在于，包括电磁线圈、转速传感器、供电系统和连接器，所述连接器分别与供电系统、ECU、嵌入式电子控制器串联，所述供电系统与ECU串联，所述嵌入式电子控制器分别串联有电磁线圈和转速传感器，以对电磁线圈进行控制与接收转速传感器的反馈信号。
2.如权利要求1所述的内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，其特征在于，所述ECU包括PWM输出端口和脉冲输入端口，所述PWM输出端口和脉冲输入端口分别与所述连接器串联。
3.如权利要求1所述的内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，所述ECU通过I/O通讯端口与所述连接器连接。
4.如权利要求1所述的内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，所述控制器通过I/O与所述电磁线圈连接。
5.如权利要求1所述的内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，所述供电系统为电池。
6.如权利要求1-5任一所述的内燃机机械水泵电控硅油离合器的控制系统，所述嵌入式电子控制器为以STC15W104E单片机为核心的嵌入式电子控制器。
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