CN1450452A - 一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试方法及装置，涉及一种车用柴油机电控燃油喷射系统中高速强力开关电磁阀的磨合和故障检测。本发明主要包括监控计算机、电控单元和供电电源。电控单元接受来自计算机端的监控程序的命令参数，按设定值给定的时序要求驱动电磁阀，经硬件电路检测电磁阀的线圈电流值，经信号处理后输送给单片机，控制程序计算出开关电磁阀的开关时间和特征电流值，判断电磁阀是否出现异常，把结果送给计算机端的监控程序进行显示。利用该测试装置可以实现随车停机情况下喷油用高速强力开关电磁阀的故障检测，也可用来对新生产的高速开关电磁阀进行磨合测试。该装置安装方便，成本很低，易于推广。

Description

一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试方法及装置

技术领域

本发明涉及一种车用柴油机电控燃油喷射系统中高速强力开关电磁阀的磨合和故障检测，特别涉及车用柴油机电控泵喷嘴燃油喷射系统中高速强力电磁阀的磨合和故障检测。通过电子控制器及其控制软件实现对新生产的高速开关电磁阀的磨合，以及对安装在发动机上的高速开关电磁阀的诊断测试。

背景技术

高速开关强力电磁阀在发动机上的工作条件比较恶劣，发动机转一圈，控制每一缸喷油的电磁阀开闭一次，需要承受高频的脉冲电流和机械负荷的冲击，且发动机工作产生的振动对电磁阀的工作也会产生影响。另一方面，高速强力电磁阀作为发动机燃油喷射系统的关键部件，其开闭动作控制着发动机每一次的喷油量和喷油定时，对其工作时的精确性可靠性有很高的要求。在精确性方面，需要电磁阀打开和关闭的动作时间短，约0.5ms左右。高速强力电磁阀开闭时间与电磁阀本身的结构有关，是一个很重要的性能参数。开关电磁阀在工作时频繁的开闭，驱动电路供给的电流很大，线圈发热比较严重，会影响电磁阀的工作寿命，与电磁阀发热密切相关的性能参数是通过电磁阀线圈的电流。通过检测高速强力电磁阀开闭时间和线圈电流，可以实现对电磁阀的故障检测。

高速开关电磁阀作为电控燃油喷射系统中的一个关键部件，其工作性能的好坏直接影响到燃油喷射的质量，从而影响发动机的工作性能和排放水平，所以需要有一套测试系统，能在发动机不工作的状态下，对高速开关电磁阀的性能进行检测，以便及时发现问题和进行调整。电磁阀工作一段时间后，通过检测其开闭时间和线圈电流，并与正常电磁阀的参数范围进行比较，就可以及时发现其是否出现性能下降或异常。目前车用发动机电控燃油喷射系统的故障诊断主要是针对发动机的工作过程和传感器，还没有专门针对高速强力开关电磁阀的诊断检测。

为了及时发现不合格的产品，对于新生产出来的电磁阀，需要磨合一段时间。在磨合的过程中，还可以实现对电磁阀性能的自动调整，使其合格后再装机。通常的磨合工作是在油泵试验台上进行的，电磁阀需要安装到喷油泵上，需要长时间的运转油泵台，费时费力，很不方便。

发明内容

本发明的目的和任务是：(1)不需要油泵试验台，实现对高速强力开关电磁阀的磨合测试工作。(2)对已经装车工作一段时间的高速强力开关电磁阀，不需要运转发动机，实现对高速强力开关电磁阀的故障检测。

上述目的和任务是通过以下技术方案来实现的：

一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)启动计算机端的监控程序，从键盘输入拟定的控制参数值，包括虚拟的发动机转速；虚拟的喷油持续角以及电磁阀动作持续时间；

(2)电子控制单元接受来自计算机端的监控程序的命令参数，调用控制程序，按设定值给定的时序要求驱动电磁阀，经硬件电路检测电磁阀的线圈电流值，经硬件信号处理后输送给微控制器；

(3)经单片机中的控制程序计算出开关电磁阀的开关时间和特征电流值，送给监控程序；

(4)计算机端的监控程序将该值与预先储存的正常值相比较，该正常值事先通过试验确定，制成图表(MAP)的形式，储存在监控程序里，根据比较结果判断电磁阀是否出现异常，并把结果实时的进行显示。

实施所述方法的一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试装置，其特征在于：该装置包括一个装有监控程序的监控计算机、电控单元以及为电控单元提供电力的供电电源，所述电控单元采用单片机为微控制器，还包括外围I/O扩展芯片，驱动电路，用于检测电磁阀线圈电流的电流检测电路，实现单片机与计算机之间串行通讯的通讯电路，电源电路以及预先储存在单片机中的软件控制程序，所述的驱动电路采用高低位场效应管结构，由低位场效应管与高位场效应管组成，电磁阀接在高低位场效应管之间。

所述的驱动电路采用一个公用的高位场效应管和六个低位场效应管。

本发明通过采集电磁阀工作时的特性参数，可以检测电磁阀的性能，对工作一段时间后的电磁阀出现的弹簧疲劳失效，以及工作时的电磁阀吸合振荡，线圈过热等能及时的发现。对新生产的电磁阀，能检测其安装尺寸是否合格，各部件是否有效。对新电磁阀的磨合，可以调整电磁阀机械性能，提高工作可靠性，及时发现不合格产品。本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：(a)不需要其它设备，本发明可以实现对高速强力开关电磁阀的磨合工作；(b)磨合时间可以人为自由设定，最长可达8小时；(c)不需要启动发动机，可以实现随车的高速开关强力电磁阀故障检测，特别在野外工作时很有用处；(d)能同时驱动多个电磁阀，最多可达6个；(e)安装方便，易于携带；(f)成本很低，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的系统连接图。

图2为电控单元硬件结构连接简图。

图3为本发明采用的主单片机电路。

图4为本发明驱动电路的一个具体实施例。

图5为电流检测电路。

图6为通讯电路。

图7为电源电路。

图8为驱动信号原理图I.。

图9为驱动信号原理图II。

图10为控制程序流程图。

图11为监控程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明的工作原理、具体结构及实施例。

图1为本发明的系统连接图，包括一台监控计算机、电控单元、一个24V供电电源和被检测的开关电磁阀。一次可以连接一到六个电磁阀。

图2为电控单元硬件结构连接简图。包括单片机、I/O扩展芯片、驱动电路、电流检测电路、电源电路和通讯电路。

图3为本发明采用的主单片机电路。其晶振为16M，单片机为MC68HC11K4，I/O扩展芯片采用PSD311。PWM1输出脉宽调制信号，用来控制驱动电磁阀线圈的高位MOS管，PWMA1～PWMA6为驱动电路低位MOS管开关信号。PEAKC为高速强力开关电磁阀的线圈电流峰值，HOLDC为电磁阀线圈PWM斩波维持电流值，ISFB为电磁阀完全打开时刻检测信号。

图4为本发明驱动电路的一个具体实施例。高速强力开关电磁阀接在高低位MOS管之间，每一阀有一个单独的低位MOS管和公用的高位MOS管来控制，该驱动电路一次最多可以接6个电磁阀。

图5为电流检测电路，CRT-OUT为检测电磁阀线圈电流的电流传感器输出信号，PEAKC采集电流峰值，信号经滤波处理后HOLDC采集其维持电流值。同时CRT-OUT信号经二阶微分处理电路处理后输出ISFB信号，用来反馈捕捉电磁阀完全打开时刻。

图6为通讯电路，实现单片机与PC机之间的RS232串口通讯功能，选用芯片为MAX232。

图7为电源电路，实现将蓄电池提供的24V电池电压转换为5伏VCC信号和12伏S12V信号，提供硬件电路的电源信号。

图8、图9为驱动信号原理图，结合该图介绍控制原理如下：

工作时高速强力开关电磁阀线圈一端接在S上，另一端与S1～S6中一个相连(见图4)。高位MOS管控制信号PWM1，低位6个MOS管控制信号分别为PWMA1～PWMA6。该驱动电路一共可以接6个电磁阀，6个阀轮换开闭一次为一个循环。在一次循环中，PWM1控制信号输出六次，而PWMAx控制信号轮换输出一次。从图7可以看出它们的输出时序，该时序与6缸发动机的发火顺序一致。

图9为任一高速强力开关电磁阀开闭一次过程的工作原理。开始PWM1和PWMAx都输出高电平，电磁阀线圈电流快速增大，电磁阀衔铁加速上升，在电磁阀完全打开，衔铁与阀的上端面相接时刻，电流传感器检测其线圈电流信号会出现转折，该时刻经电流检测电路后由K4单片机输入捕捉，在捕捉到该时刻后控制程序立即让PWM1信号输出低电平，关闭高位MOS一固定时间CFTM，同时采集此时的线圈峰值电流值，计算出电磁阀电流上升时间CRTM。此时线圈能量通过驱动电路的T1泻掉，电流下降。之后PWM1开始输出PWM(脉宽调制)信号，维持电磁阀线圈电流。在PWM1输出PWM信号时，控制程序采集电流检测电路输出的维持电流值大小，反馈调节该值在合适的范围内，若采集的维持电流值大于设定值上限，PWM1输出PWM控制信号的占空比减小，维持电流值下降；若采集的维持电流值小于设定值下限，PWM1输出PWM控制信号的占空比增大，维持电流值上升。该段时间持续TINJAGL-CFTM，此时电磁阀完全打开。之后PWM1和PMAx均输出低电平，高低位MOS管同时关闭，线圈能量通过MOS管内的回路迅速泻掉，电磁力消失，阀在弹簧力作用下快速关闭。PWM1信号在延时TINVAGL时间后重复该过程，与下一低位控制信号配合驱动下一电磁阀。

图10为控制程序流程图。该控制程序用MC68HC11汇编语言写成，程序内循环实现图9的单个电磁阀驱动控制，外循环实现6个电磁阀的持续动作，在达到监控程序设定的时间后，停止输出控制信号，退出控制程序。

图11为计算机端监控程序流程图。该监控程序由C语言写成，其编译后的可执行文件可在DOS或Windows环境下运行。从键盘输入的控制参数有：虚拟的发动机转速N(转/分)；虚拟的喷油持续角ANGLE(度)；电磁阀动作持续时间T(分钟)。转换后的控制参数为：单个电磁阀开关次数TTIMES，喷油持续时间的E时钟值TINJAGL，相邻电磁阀开关时间间隔E时钟TINVAGL。它们之间的转换公式如下： $\mathrm{TTIMES}=\frac{N*T}{2}$ $\mathrm{TINVAGL}=\frac{80000000}{N}$ $\mathrm{TINJAGL}=\frac{4000000*\mathrm{ANGLE}}{3*N}$

从单片端接收的特性参数有：线圈电流上升时间CRTM，线圈电流峰值PEAKC，线圈电流维持值HOLDC。监控程序将接收的特性参数显示在屏幕上，并与正常值相比较，判断电磁阀是否出现故障。该正常值为事先通过试验确定，制作成图表(MAP)的形式，储存在监控程序里，并且针对不同种类的开关电磁阀需要重新匹配该MAP图值。

实施例：

高速强力电磁阀顺序接在电子控制单元接口线束的S和S1～S6之间，24V供电电源与电子控制单元的电源线相接。该电源可以是车用24V蓄电池，也可以是功率大于的24V稳压电源。监控计算机的COM口与电子控制单元通过接口通讯线束相连。

随车检测时，该测试装置放在驾驶室内，通过线束连到发动机上的高速强力电磁阀上。对新生产的电磁阀，该装置脱离油泵实验台独立工作，配合高速强力电磁阀的调试总装工序工作，并可进行安装好的高速强力开关电磁阀的磨合工作。

本发明的工作过程如下：

电子控制单元供电开关接通，单片机的硬件系统上电，控制程序等待与计算机端的监控程序通讯。启动计算机端的监控程序，从键盘输入拟定的控制参数值，点击开始按钮，向单片机发送转换后的参数并进入接受参数显示诊断结果程序。单片机接受到控制参数后进入控制程序，按设定值驱动高速强力电磁阀动作，并记录测得的特性参数，将它们实时的回送给监控程序。待设定时间到后，控制程序停止输出控制脉冲，电磁阀停止动作，整个过程结束。

本发明应用范围：车用柴油机电控燃油喷射系统用高速强力开关电磁阀的故障检测或磨合，特别针对泵管阀嘴电控燃油喷射系统用高速强力电磁阀。

Claims (4)

1、一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)启动计算机端的监控程序，从键盘输入拟定的控制参数值，包括虚拟的发动机转速；虚拟的喷油持续角以及电磁阀动作持续时间；

(2)电子控制单元接受来自计算机端的监控程序的命令参数，调用控制程序，按设定值给定的时序要求驱动电磁阀，经硬件电路检测电磁阀的线圈电流值，经硬件信号处理后输送给微控制器；

(3)经单片机中的控制程序计算出开关电磁阀的开关时间和特征电流值，送给监控程序；

(4)计算机端的监控程序将该值与预先储存的正常值相比较，该正常值事先通过试验确定，制成图表的形式，储存在监控程序里，根据比较结果判断电磁阀是否出现异常，并把结果实时的进行显示。

2、实施如权利要求1所述方法的一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试装置，其特征在于：该装置包括一个装有监控程序的监控计算机、电控单元以及为电控单元提供电力的供电电源，所述电控单元采用单片机为微控制器，还包括外围I/O扩展芯片，驱动电路，用于检测电磁阀线圈电流的电流检测电路，实现单片机与计算机之间串行通讯的通讯电路，电源电路以及预先储存在单片机中的软件控制程序，所述的驱动电路采用高低位场效应管结构，由低位场效应管与高位场效应管组成，电磁阀接在高低位场效应管之间。

3、按照权利要求2所述的一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试装置，其特征在于：所述的驱动电路采用一个公用的高位场效应管和六个低位场效应管。

4、按照权利要求2或3所述的一种电控柴油机用开关电磁阀磨合诊断测试装置，其特征在于：所述单片机采用MC68HC11K4，外围I/O扩展芯片采用PSD311，所述的通讯电路采用MAX232芯片。

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