CN201531318U

CN201531318U - 电喷发动机管理系统

Info

Publication number: CN201531318U
Application number: CN2009202204864U
Authority: CN
Inventors: 朱辉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-10-29

Abstract

本实用新型涉及电喷发动机管理系统，包括电控单元(1)、传感器部分(2)、点火系统(3)、喷油器组件(4)和其他执行元件(5)，电控单元(1)分别与传感器部分(2)、点火系统(3)、喷油器组件(4)和其他执行元件(5)，其特征在于，所述电控单元(1)包括：微处理器(101)以及分别与所述微处理器(101)电连接的模拟信号调理电路(102)、脉冲信号调理电路(103)、开关量调理电路(104)、通讯接口电路(105)、点火驱动电路(106)、喷油驱动电路(107)、驱动放大电路(108)和开关量输出控制电路(109)。本实用新型实现了多点燃油喷射、无分电器点火以及怠速控制等多项功能。

Description

电喷发动机管理系统

技术领域

本实用新型涉及发动机管理系统，具体涉及电喷发动机管理系统。

背景技术

汽车发动机管理系统是汽车电子系统的核心技术产品。采用发动机电子控制的初衷是为了满足越来越严格的排放法规要求，同时提高汽车的动力性、燃油经济性和舒适性。目前，发动机电子控制是一项涉及多学科的高新技术，发动机管理系统已经成为发动机一切技术进步的依托。随着汽车电子技术的发展，电子产品的产值在整个汽车中所占的比例随着汽车级别的提升而升高，可达30％以上。

国外发达国家自60、70年代开始进行汽油机电控喷射技术的研究和开发，经过几十年的努力，已使该项技术日臻完善。汽油机电控喷射系统已成为现代发动机的一个重要组成部分，并成为衡量整机性能、技术水平的标志。目前，发动机管理系统的控制策略日益复杂，功能日益完善，已从发动机控制向着发动机变速箱一体化控制及整车集中控制发展。

目前汽车行业所使用的发动机管理系统的主流厂商基本为国外公司，且大部分是随汽车主机引入国内的，主要为博世、德尔福、马瑞利、电装、西门子和摩托罗拉等。国内主要以这些公司的合资企业，如联合电子，为主机厂提供发动机管理系统。

但是，国内汽车发动机管理系统技术水平的还仍然存在相对落后的问题，制约了国内汽车工业的发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是提供一种电喷发动机管理系统，该电喷发动机管理系统包括电控单元1、传感器部分2、点火系统3、喷油器组件4和其他执行元件5，电控单元1分别与传感器部分2、点火系统3、喷油器组件4和其他执行元件5，其特征在于，所述电控单元1包括：微处理器101以及分别与所述微处理器101电连接的模拟信号调理电路102、脉冲信号调理电路103、开关量调理电路104、通讯接口电路105、点火驱动电路106、喷油驱动电路107、驱动放大电路108和开关量输出控制电路109。

传感器部分2中的进气歧管压力传感器、节气门位置传感器、氧传感器电压传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器和蓄电池电压传感器分别与模拟信号调理电路102连接；

传感器部分2中的曲轴位置信号传感器、判缸信号传感器和车速信号传感器分别与脉冲信号调理电路103连接；

传感器部分2中的空调请求与选档传感器和助力转向器信号传感器分别与开关量调理电路104连接；

传感器部分2中的诊断装置传感器和标定设备传感器分别与通讯接口电路105连接；

点火系统3与点火驱动电路106连接；

喷油器组件4与喷油驱动电路107连接；

其他执行元件5中的怠速旁通阀步进电机和发动机转速指示表分别与驱动放大电路108连接；

其他执行元件5中的空调离合器继电器、电喷发动机故障灯、主电源延时继电器和碳缸电磁阀分别与开关量输出控制电路109连接。

点火系统3包括电源301、点火线圈302、功率驱动电路303、第一火花塞304和第二火花塞305，点火线圈302包括初级线圈306和次级线圈307，所述初级线圈306的一端接电源301，所述初级线圈306的另一端和功率驱动电路303相连，所述次级线圈307的两端分别接第一火花塞304和第二火花塞305，第一火花塞304设置于第一汽缸，第二火花塞305设置于第二汽缸。

所述微处理器101为MC9S12DP256芯片。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型中的电控单元(ECM)采集发动机的曲轴位置传感器、绝对压力传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器等传感器的信息，根据这些信息判断发动机运转状态，按照发动机运行工况要求精确控制发动机的喷油脉宽和点火提前角，以满足发动机的速度和负荷的需要。该管理系统同时集成了怠速控制、排放控制、空调控制及自诊断等多项功能，可使发动机的动力性、经济性、排放性能和怠速稳定性能得到明显改善。电控单元(ECM)的微处理器采用Freescale公司的MC9S12DP256芯片，硬件电路设计采用模块化设计思想，充分考虑了电磁兼容特性。电控单元(ECM)的控制软件在传统的前、后台程序设计结构基础上，引入分时多任务机制对ECM的各项任务进行管理调度，有效地改善了控制程序结构，实现了多点燃油喷射、无分电器点火、怠速控制等多项功能。本实用新型电喷发动机管理系统包含故障自诊断系统，该系统可以监测、诊断发动机管理系统的工作情况及工作中出现的故障。当发生故障时，微处理器将故障信息，以代码的形式存入存储器内，并根据故障情况点亮“发动机故障指示灯”。当ECM主要传感器出现故障时自动启用后备系统，保证车辆行驶到服务站进行维修。还具有跛行回家等后备功能，提高了发动机管理系统的工作可靠性。

附图说明

图1为本实用新型电喷发动机管理系统示意图；

图2为本实用新型的燃料供给系统示意图；

图3为本实用新型的两缸同时点火方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

图1为本实用新型电喷发动机管理系统示意图，包括电控单元1、传感器部分2，以及与所述电控单元1连接的喷油器组件4、点火系统3和其他执行元件5，所述电控单元1包括微处理器101、以及与所述微处理器101电连接的模拟信号调理电路102、脉冲信号调理电路103、开关量调理电路104、通讯接口电路105、点火驱动电路106、喷油驱动电路107、驱动放大电路108、开关量输出控制电路109，所述微处理器101采用16位处理器芯片，所述16位处理器芯片采用Freescale公司的MC9S12DP256芯片，ECM电路板设计采用模块化设计思想，数字电路和模拟电路的设计和布局充分考虑了电磁兼容特性。传感器部分2中的进气歧管压力传感器、节气门位置传感器、氧传感器电压传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器和蓄电池电压传感器分别与模拟信号调理电路102连接；传感器部分2中的曲轴位置信号传感器、判缸信号传感器和车速信号传感器分别与脉冲信号调理电路103连接；传感器部分2中的空调请求与选档传感器和助力转向器信号传感器分别与开关量调理电路104连接；传感器部分2中的诊断装置传感器和标定设备传感器分别与通讯接口电路105连接；点火系统3与点火驱动电路106连接；喷油器组件4与喷油驱动电路107连接；其他执行元件5中的怠速旁通阀步进电机和发动机转速指示表分别与驱动放大电路108连接；其他执行元件5中的空调离合器继电器、电喷发动机故障灯、主电源延时继电器和碳缸电磁阀分别与开关量输出控制电路109连接。

电控单元(ECM)控制整个发动机的运行。它接收测定发动机传感器部分2的所有传感器的信息，判断发动机运行工况，根据发动机工作需要，计算发动机喷油量和点火提前角，处理后输出指令给各执行器，完成空燃比控制和点火正时控制等功能，对发动机各种工况的运行状态进行精确控制。

电控单元的(ECM)的输入元件：

进气压力传感器(MAP)是一个三线高灵敏度传感器。一条线为传感器电源线，另一条线为传感器地线，第三条线是传感器的信号线。进气压力传感器(MAP)是电控单元(ECM)用来确定对发动机的供油量的主要信号。当开始点火、起动及节气门全开期间，这个传感器测定进气歧管压力和环境大气压。它向发动机控制单元提供一个0～5伏的电压信号。怠速情况下，进气歧管真空度高，进气压力传感器(MAP)发出低压信号(1.5～2.1伏)；节气门全开情况下，歧管真空度低时，MAP传感器发出较高的电压(3.9～4.8伏)信号。

曲轴位置传感器采用磁电式传感器。固定在传感器支架上，支架装在发动机正时齿轮室盖上，曲轴位置传感器头部与信号轮齿顶之间的间隙为1±0.25mm，固定曲轴位置传感器的安装螺栓拧紧力矩为6.8～8.2N·m。曲轴位置传感器中间信号线外包屏蔽层，与搭铁线相连以防止干扰。

进气温度传感器是一个NTC热敏电阻式传感器(内阻的变化与温度的变化相反)。温度低时，电阻大；温度提高时，电阻减小。进气温度传感器安装于进气歧管内，测定进入进气歧管的空气温度。它向ECM提供模拟电压信号，ECM根据该信号修正喷油量，补偿由于进气温度变化而导致进气密度的变化。冷却液温度传感器也是一个NTC热敏电阻式传感器。冷却液温度传感器装在缸盖上靠近节温器壳体的水套内，向发动机控制单元提供冷却水温度信息。当发动机处于冷态时，此信号被用来修正喷油器脉冲宽度，它也影响怠速步进电机位置和点火提前角。

节气门位置传感器是一个三线可变电阻器，起分压器的作用。其中，两条线向电阻器元件提供电压和接地；第三条线与电刷相连，电刷滑动在两极端位置(电源和接地)之间。输出电压信号值直接与阀板位置变化相对应。节气门位置传感器装在节流阀体上，向发动机控制单元提供节气门开度信号。

氧传感器是一种电压发生装置，用来检测排气中氧的含量，使电控单元能够正确地控制空气与燃油的混合比。当氧含量低(浓混合气)时，电压信号接近1伏；当氧含量高(稀混合气)时，电压信号变低，接近0.1伏。闭环控制时氧传感器电压一般在0.2～0.8V之间波动。氧传感器的壳体中含有一个加热器。该加热器是一个陶瓷电阻式元件，工作电压为12伏，此电压由点火钥匙控制经15A保险提供，用以维持氧传感器所必须的正常的工作温度(500～600℃)。

当空调请求开关置于“接通(ON)”位置时，电控单元(ECM)增大发动机怠速通道开度，提高发动机转速，控单元(ECM)然后接合空调离合器，为空调压缩机引起的发动机附加负荷提供补偿。

串行通讯接口(SCI)是串行数据电路，电控单元(ECM)通过串行通讯接口(SCI)接收来自电脑诊断仪的数据。

电控单元(ECM)控制的执行器：

电控单元(ECM)控制的执行器包括主继电器(即图1中所示主电源延时继电器)、喷油器、点火组件、怠速步进电机、空调继电器、碳罐电磁阀。

主继电器是一个包含线圈和触点的电气元件，如附图2所示。弹簧力使触点保持在断开位置。当线圈通电并接地时，线圈成了电磁铁，把触点拉到闭合位置。主继电器线圈的供电端由点火开关供电。电控单元(ECM)使继电器线圈的另一端接地，此时继电器导通。为燃油泵电路、喷油器和点火线圈提供电源。

喷油器205两端分别装在进气歧管209和油轨上，如附图2所示，它们由电控单元(ECM)通过专门驱动电路来控制。每个喷油器有一个供电端，与12伏电压相连，当喷油器控制端通过电控单元(ECM)接地时，喷油器就被接通，将细雾状燃油从喷油器喷入进气歧管靠近进气门处。电控单元(ECM)根据发动机的工况要求控制喷油器的脉冲宽度，按发动机工作顺序接通喷油器。

图2为本实用新型的燃料供给系统示意图，燃料供给系统为多点汽油喷射系统，燃料供给系统的功用是向气缸内提供燃烧时所需要的汽油量。多点汽油喷射系统的燃料供给系由油箱201、电动燃油泵202、燃油滤清器203、燃油压力调节器204、喷油器205、输油管206、回油管207、油轨208和进气歧管209等组成。电动燃油泵202将油箱201中的燃油吸出，通过燃油滤清器203后，经燃油压力调节器204调节，使油压和进气歧管209压力之间保持恒定的压差，当油轨208油压与进气歧管209气压之间的压力差大于0.35Mpa时，燃油压力调节器204的回油管207路被打开。燃油经油轨208配送给各个喷油器205，喷油器205根据电子控制模块发送的信号将适量的汽油喷射到进气歧管209中，与空气形成混合气进入汽缸燃烧做功。

图3为本实用新型的两缸同时点火方案示意图，点火系统3包括电源301、点火线圈302、功率驱动电路303、第一火花塞304和第二火花塞305，点火线圈302包括初级线圈306和次级线圈307，所述初级线圈306的一端接电源301，另一端和功率驱动电路303相连，点火线圈302的次级线圈307的两端分别接两缸的火花塞，初级线圈306断电后，在与次级线圈307两端相连的第一火花塞304和第二火花塞305这两个火花塞上同时产生火花，这两个火花分别位于一个缸的压缩行程终了和另一个缸的排气行程终了。第一火花塞304和第二火花塞305设置于两个不同的汽缸中。在发动机的排气过程中，两个火花塞上产生火花并不会影响发动机的正常工作。这种设计方案大大地简化了点火系统3的设计和点火正时的控制。处于排气行程的火花塞首先被击穿，击穿后次级线圈307的一端就相当于搭铁，而点火线圈302的能量主要传到处于压缩行程的火花塞，这种设计能够充分保证点火线圈能量大部分提供给处于压缩终了的那一缸，而处于排气行程的气缸的火花塞处消耗的能量极小。

电控单元(ECM)通过控制怠速步进电机调节空气旁通气道的截面积大小，从而控制发动机怠速转速。当发动机温度低或其实际转速低于目标怠速转速时，电控单元(ECM)控制怠速步进电机增大空气旁通气道的截面积，增加发动机进气量，使发动机转速增大，逼近目标转速；当发动机温度高或其实际转速高于目标转速时，怠速电机减小空气旁通气道的截面积，减少发动机进气量，使发动机转速降低，逼近目标转速。

发动机控制单元通过空调继电器控制空调压缩机。启动空调时，控制单元接收空调请求信号并通过怠速步进电机调节发动机怠速转速，然后通过空调继电器接通空调离合器，以补偿由空调压缩机引起的附加负荷。

碳罐电磁阀由电控单元(ECM)控制，在发动机空燃比闭环控制工况，根据汽油机的运行状态开启碳罐电磁阀，控制碳罐中的燃油蒸汽适时、适量进入进气歧管，与混合气一同进入气缸烧掉，而在发动机启动、怠速、加速及全负荷工况将碳罐电磁阀关闭。

电控单元(ECM)的诊断功能：

故障自诊断系统可以监测、诊断发动机管理系统的工作情况及工作中出现的故障。当电控单元(ECM)监测到进气压力传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器、节气门位置传感器等关键传感器出现故障，将启用后备功能，车辆自动转入跛行状态。ECM将以默认值取代失去的传感器信号，这样可以保证车辆行驶到服务站进行维修。

电控单元(ECM)控制功能的实现：

电控单元(ECM)通过采集传感器信号感知发动机的运行条件。进气压力传感器(MAP)提供发动机负荷信息，曲轴位置传感器(CPS)提供发动机曲轴位置和转速信息。电控单元(ECM)通过发动机负荷和转速，查ECM中的脉谱图得到发动机的喷油脉宽和点火提前角。进气温度传感器和发动机冷却液温度传感器提供温度信息用于修正空燃比。

发动机多数工况下工作在采用氧传感器进行反馈控制即闭环控制状态，理想的空气燃油混合比是14.7∶1(以质量计)。在有些条件下电控单元(ECM)采用开环控制，如发动机起动时以及刚起动后暖机时，由于发动机冷却液温度低，这时需要较浓的混合气。又如发动机在大负荷、高转速运转时，也需较浓混合气。

Claims

1.电喷发动机管理系统，包括电控单元(1)、传感器部分(2)、点火系统(3)、喷油器组件(4)和其他执行元件(5)，电控单元(1)分别与传感器部分(2)、点火系统(3)、喷油器组件(4)和其他执行元件(5)，其特征在于，所述电控单元(1)包括：微处理器(101)以及分别与所述微处理器(101)电连接的模拟信号调理电路(102)、脉冲信号调理电路(103)、开关量调理电路(104)、通讯接口电路(105)、点火驱动电路(106)、喷油驱动电路(107)、驱动放大电路(108)和开关量输出控制电路(109)。

2.根据权利要求1的电喷发动机管理系统，其特征在于，传感器部分(2)中的进气歧管压力传感器、节气门位置传感器、氧传感器电压传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器和蓄电池电压传感器分别与模拟信号调理电路(102)连接；

传感器部分(2)中的曲轴位置信号传感器、判缸信号传感器和车速信号传感器分别与脉冲信号调理电路(103)连接；

传感器部分(2)中的空调请求与选档传感器和助力转向器信号传感器分别与开关量调理电路(104)连接；

传感器部分(2)中的诊断装置传感器和标定设备传感器分别与通讯接口电路(105)连接；

点火系统(3)与点火驱动电路(106)连接；

喷油器组件(4)与喷油驱动电路(107)连接；

其他执行元件(5)中的怠速旁通阀步进电机和发动机转速指示表分别与驱动放大电路(108)连接；

其他执行元件(5)中的空调离合器继电器、电喷发动机故障灯、主电源延时继电器和碳缸电磁阀分别与开关量输出控制电路(109)连接。

3.根据权利要求1或2的电喷发动机管理系统，其特征在于，点火系统(3)包括电源(301)、点火线圈(302)、功率驱动电路(303)、第一火花塞(304)和第二火花塞(305)，点火线圈(302)包括初级线圈(306)和次级线圈(307)，所述初级线圈(306)的一端接电源(301)，所述初级线圈(306)的另一端和功率驱动电路(303)相连，所述次级线圈(307)的两端分别接第一火花塞(304)和第二火花塞(305)，第一火花塞(304)设置于第一汽缸，第二火花塞(305)设置于第二汽缸。

4.根据权利要求1的电喷发动机管理系统，其特征在于，所述微处理器(101)为MC9S12DP256芯片。