CN201539338U - 分配泵电子控制单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种分配泵电子控制单元，属于车用柴油机燃油控制技术领域。该电子控制单元CPU的相应输出控制端口分别接继电器及报警驱动电路、正时阀驱动电路、EGR阀驱动电路，来自转速、油门、冷却液温度、正时行程、EGR阀升程传感器以及蓄电池电压和故障诊断输入信号分别经转速、油门、冷却液温度、正时行程、EGR阀升程、开关量输入和故障诊断输入信号调理电路接CPU的对应输入端口。本实用新型以简单实用的电路实现了高度集成化和成本低廉化，可以改善车用柴油发动机的排放性能，使之满足欧III排放标准。

Description

分配泵电子控制单元

技术领域

本发明涉及一种分配泵电子控制单元，尤其是一种VE型分配泵的电子控制单元，属于车用柴油机燃油控制技术领域。

背景技术

据申请人了解，ECU(Electronic Control Unit)是汽车电子控制系统的核心单元，根据其用途可以分为燃油喷射控制ECU、防抱死制动系统ECU、四轮驱动系统ECU、主动悬架系统ECU、电控自动变速器ECU、定速巡航系统ECU等，其基本功能是通过各种传感器实时获取车辆当前工况和外界工作条件，在微处理器或微控制器(CPU)的控制下，使得车辆满足动力性、经济性、舒适性以及环保等方面的要求。

VE型分配泵是目前国内外中小型车用高速柴油机广泛使用的一种单柱塞式分配泵，它集喷油泵、调速器、输油泵和喷油提前器等机构于一身，体积小、重量轻、结构紧凑、功能齐全、安装布置和维修方便。与直列泵相比，VE型分配泵具有转速高、供油均匀、怠速稳定和油量调节便利等优点。但传统的机械式VE分配泵越来越难以满足国内外日益严格的环保要求，应用电控技术提高机械式VE分配泵的性能已成为延伸其生命周期的关键手段。

目前电控VE分配泵产品主要有德国的ECD-V系列、VP系列，日本的ECD-V、COVEC-F系列等，可实现喷油量控制、发动机转矩控制、喷油正时控制、怠速控制、冷启动控制、废气再循环(EGR)控制等功能，但其ECU结构复杂、成本较高，限制了其推广应用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提供一种不仅集成度高、而且简便实用、成本低廉的分配泵电子控制单元，从而改善车用柴油发动机的排放性能，使之满足欧III排放标准。

为了达到以上目的，本发明的分配泵电子控制单元包括CPU，所述CPU的相应输出控制端口分别接继电器及报警驱动电路、正时阀驱动电路、EGR(Exhaust gas recirculation，尾气再循环)阀驱动电路，此外还包括转速信号调理电路、油门信号调理电路、冷却液温度信号调理电路、正时行程信号调理电路、EGR阀升程信号调理电路、开关量输入信号调理电路、故障诊断输入信号调理电路；来自转速传感器的脉冲信号、来自油门传感器的电压信号、来自冷却液温度传感器的温度信号、来自正时行程传感器的脉宽信号、来自EGR阀的升程信号、来自外部蓄电池的电平信号和来自外部的诊断信号分别经与之对应的所述转速信号调理电路、油门信号调理电路、冷却液温度信号调理电路、正时行程信号调理电路、EGR阀升程信号调理电路、开关量输入信号调理电路和故障诊断输入信号调理电路接所述CPU的对应输入端口。

工作时，转速信号调理电路可接收安装于VE泵或发动机之上的霍尔或磁电式转速传感器输出的转速信号，对其进行滤波、整形，转变为标准的0～5V TTL逻辑电平供CPU测量转速；油门信号调理电路对可变电阻式或霍尔式油门传感器输入信号进行滤波和阻抗变换后送入CPU内置的模拟至数字转换(A/D)通道，供CPU采样以获取当前油门状态；冷却液温度信号调理电路将热敏电阻式冷却液温度传感器的电阻值转变为电压信号，送入CPU内置的A/D转换通道进行采样；正时行程信号调理电路对正时行程传感器输出的脉宽式提前器行程信号进行调理，将其转换为对应的电压信号送入CPU内置的A/D转换通道进行采样；EGR阀升程信号调理电路可连接霍尔式或可变电阻式EGR阀升程传感器，并对其输出信号进行滤波调理后送入CPU内置的A/D转换通道进行采样；开关量输入信号调理电路将启动开关、点火钥匙开关以及离合器状态信号转变为标准的TTL逻辑电平，送入CPU的输入/输出端口供其采样；故障诊断输入信号调理电路接收从预热塞、预热供油电磁阀、回油电磁阀以及高怠速继电器引入的故障诊断信号，将其转换为与短路、断路、粘连等相应故障对应的电压信号，供CPU内置的A/D转换通道采样，并通过CPU运行的软件判别相应故障。之后，继电器及报警驱动电路对CPU输出的继电器以及报警LED控制信号进行功率驱动，并输出至相应的预热继电器、预热供油电磁阀、回油电磁阀、高怠速继电器或者LED指示灯执行相应的控制或状态指示功能；正时阀驱动电路对CPU输出的正时行程PWM控制信号进行功率放大，并输出驱动正时电磁阀。此外，正时阀驱动电路还集成有正时阀短路、断路等故障识别电路，供CPU用于故障诊断；EGR阀驱动电路对CPU输出的EGR阀PWM控制信号进行功率放大，并输出驱动EGR真空电磁阀，同时，EGR阀驱动电路同样集成有EGR阀短路、断路等故障识别电路，供CPU用于故障诊断。

由此可见，本实用新型以简单实用的电路实现了高度集成化和成本低廉化，可以改善车用柴油发动机的排放性能，使之满足欧III排放标准。与现有技术相比，本实用新型的主要优点归纳如下：

(1)信号调理电路对外部传感器的适应范围广，如对转速信号，可采用霍尔式转速传感器或者磁电式转速传感器，油门传感器、ERG阀升程传感器也可采用霍尔式或者可变电阻式，扩大了ECU的应用范围；

(2)针对国产电控喷油装置性能不稳定、可靠性不高的缺陷，采用机械式喷油量控制与电控喷油正时、电控EGR、电控冷启动相结合，提供了一种简便实用、成本低廉的VE型分配泵电控解决方案，可有效改善车用柴油发动机的排放性能，使之满足中国机动车III号(欧III)排放标准；

(3)ECU采用集成程序存储器、数据存储器、A/D转换、PWM、通信等多种外围电路的8位或16位汽车级CPU芯片，集成度、可靠性高；

(4)ECU具有完善的故障在线诊断功能，可记录故障码，方便系统维护。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本实用新型一个实施例的控制单元总体框图。

图2为图1实施例CPU电路原理图。

图3为图1实施例转速信号调理电路原理图。

图4为图1实施例油门信号调理电路原理图。

图5为图1实施例冷却液温度信号调理电路原理图。

图6为图1实施例正时行程信号调理电路原理图。

图7为图1实施例EGR阀升程和蓄电池电压调理电路原理图。

图8为图1实施例开关量和故障诊断输入信号调理电路原理图。

图9为图1实施例输出驱动电路原理图。

图10为图1实施例通信接口电路原理图。

图11为图1实施例的电源电路原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例为一种VE型分配泵电子控制单元，如附图1所示，主要由CPU 1、转速信号调理电路2、油门信号调理电路3、冷却液温度信号调理电路4、正时行程信号调理电路5、EGR阀升程信号调理电路6、开关量输入信号调理电路7、故障诊断输入信号调理电路8、继电器及报警LED驱动电路9、正时阀驱动电路10、EGR阀驱动电路11以及通信电路12组成。反映发动机当前工况的各种传感器输出信号——来自转速传感器的脉冲信号、来自油门传感器的电压信号、来自冷却液温度传感器的温度信号、来自正时行程传感器的脉宽信号、来自EGR阀的行程信号、来自外部蓄电池的电平信号和来自外部的诊断信号(包括预热塞、预热供油电磁阀、回油电磁阀、高怠速继电器的故障诊断信号)分别经与之对应的转速信号调理电路、油门信号调理电路、冷却液温度信号调理电路、正时行程信号调理电路、EGR阀升程信号调理电路、开关量输入信号调理电路和故障诊断输入信号调理电路接CPU1的对应输入端口，这些信号经相应的信号调理电路处理后输入CPU 1，CPU 1根据采集到的各信号状态进行运算、处理和判别，输入分别接继电器及报警驱动电路、正时阀驱动电路、EGR阀驱动电路，对预热电磁阀、预热供油电磁阀、回油电磁阀、高怠速继电器以及喷油正时、EGR阀等进行控制，和故障报警。

如附图2所示，本实施例的CPU选择集成程序存储器、数据存储器、A/D转换器、模拟比较器、PWM、脉冲捕捉、串行通信、SPI接口等多种功能的8位汽车级MC9S08DZ60芯片，并外扩SPI串行接口EEPROM芯片M95128用于存储正时、EGR控制MAP图以及ECU工作参数。

如附图3所示，本实施例的转速信号调理电路由隔直滤波、放大和施密特比较整形电路构成，隔直滤波部分主要由电容C25、C24构成，放大部分主要由放大器U7A构成，比较整形部分主要由U7B及其外围器件构成。来自转速传感器的脉冲信号经所述隔直、滤波、放大和施密特比较整形电路后输入到CPU的对应端口。转速信号调理电路对来自霍尔式和磁电式转速传感器的转速信号进行隔直、滤波、放大和施密特比较整形，将其转换为0～5V标准的TTL脉冲信号，输出至CPU内置的模拟比较器，用于转速测量。对集电极开路输出的霍尔式转速传感器，电路通过上拉电阻R85提供输出级电平适配，二极管D8用于防止外接磁电式传感器时可能产生的高压信号干扰ECU内置供电电源。

如附图4所示，本实施例的油门输入信号调理电路由第一低通滤波和第一阻抗变换电路构成，第一低通滤波部分主要由电容C23构成，第一阻抗变换部分主要由U14B构成。来自可变电阻式或霍尔油门传感器的电压信号经低通滤波和阻抗变换后，输入到CPU对应的内置A/D输入端口，供CPU采集。

如附图5所示，本实施例的冷却液温度信号调理电路由第二低通滤波和第二阻抗变换电路构成，第二低通滤波部分主要由电容C33构成，第二阻抗变换部分主要由U14A及其外围器件构成。来自冷却液温度传感器的温度信号经低通滤波和阻抗变换后，输入到CPU的对应端口，将来自热敏电阻的温度信号经低通滤波、阻抗变换后，输入到CPU对应的内置A/D输入端口，供CPU采集。

如附图6所示，本实施例的正时行程信号调理电路由T型低通滤波和运放电路构成，T型低通滤波部分主要由电容C61、C62构成，运放部分主要运算放大器U14C构成，来自正时行程传感器的脉宽信号经T型低通滤波和运放后，反映行程大小的脉宽信号被转变为直流信号，并被调理到0～5V范围，输入到CPU的对应端口，供CPU采集。

如附图7所示，本实施例EGR阀升程信号调理电路由电容C 34组成的第三低通滤波电路构成，来自EGR阀的信号经低通滤波后，输入到CPU的对应端口；同时还含有蓄电池电压信号调理电路，该电路由分压和滤波电路构成，蓄电池电压信号经分压电阻R77分压衰减及电容C53低通滤波后，接入CPU对应的内置A/D输入端口。

如附图8所示，本实施例的开关量输入信号调理单元电路主要由三极管Q12组成的电平变换电路构成，来自外部蓄电池的电平信号经电平变换，变成内部0～5V TTL电平后，输入到CPU的对应端口；同时，故障诊断输入信号调理电路由稳压电阻网络电路构成，外部故障诊断输入信号通过稳压管Z1和电阻网络转变为固定的电压输出状态，输入到CPU的对应端口，用于判别电磁阀或继电器的断路、短路以及粘连故障。

此外，如附图9所示，本实施例输出驱动电路中MC1413B用于CPU输出的逻辑控制信号的电平转换，其中一路输出直接驱动报警LED，其它输出进一步通过各功率三极管进行功率放大驱动外部继电器以及正时电磁阀和EGR真空电磁阀，除LED驱动外，所有继电器以及电磁阀的驱动均采用高端驱动方式，仅在需要时才对相关继电器或电磁阀进行驱动控制，避免继电器和电磁阀一直处于连接电源的状态，此外，对正时电磁阀和EGR真空电磁阀，输出驱动电路中集成了故障诊断反馈电路，用于正时电磁阀和EGR真空电磁阀的故障诊断。

如附图10所示，本实施例通信电路集成了RS-232C串行通信以及与K线兼容的LIN通信总线，用于ECU与故障诊断仪和计算机的数据交换。

如附图11所示，本实施例电源电路采用具有开关功能低压降线性稳压集成芯片LM2941，当点火钥匙接通电源后，LM2941开始工作为ECU提供电源，ECU上电后由其内置程序控制电源控制信号PWRCTRL输出高电平，避免发动机启动时由于点火开关暂时断电所造成的ECU工作中断，若点火开关断电超过一定时间，ECU可自行关断PWRCTRL信号使得ECU自身断电，停止工作。

本实施例的具体工作过程为：点火钥匙接通电源后，ECU上电，开始运行其内部程序存储器固化的电控程序，初始化系统状态，实时采集当前发动机工作参数，包括冷却液温度、油门、转速、正时行程、EGR阀升程、点火、启动、离合器开关状态以及各故障诊断信号状态，ECU根据初始冷却液温度，决定是否进行冷启动控制，需要进行冷启动控制时，ECU冷启动控制程序模块进行相应的预加热、后加热以及预热供油、回油、高怠速等控制。发动机启动开关打开后，ECU进一步根据存储于EEPROM中的喷油正时MAP以及当前油门、转速进行喷油正时控制，并根据冷却液温度对喷油正时进行修正。发动机启动成功后，ECU根据存储于EEPROM中的EGR控制MAP以及当前油门、转速进行EGR控制，并根据冷却液温度对EGR目标升程进行修正。发动机停机，点火钥匙关闭后，ECU延时数秒自动断电等待下一次发动机启动。

通信电路12提供RS-232C串行通信以及LIN通信接口，用于ECU与外部故障诊断仪或计算机通信，供用户读取故障码或者监控ECU工作状态。

Claims (8)

1.一种分配泵电子控制单元，包括CPU，所述CPU的相应输出控制端口分别接继电器及报警驱动电路、正时阀驱动电路、EGR阀驱动电路，其特征在于：还包括转速信号调理电路、油门信号调理电路、冷却液温度信号调理电路、正时行程信号调理电路、EGR阀升程信号调理电路、开关量输入信号调理电路、故障诊断输入信号调理电路；来自转速传感器的脉冲信号、来自油门传感器的电压信号、来自冷却液温度传感器的温度信号、来自正时行程传感器的脉宽信号、来自EGR阀的升程信号、来自外部蓄电池的电平信号和来自外部的诊断信号分别经与之对应的所述转速信号调理电路、油门信号调理电路、冷却液温度信号调理电路、正时行程信号调理电路、EGR阀升程信号调理电路、开关量输入信号调理电路和故障诊断输入信号调理电路接所述CPU的对应输入端口。

2.根据权利要求1所述的分配泵电子控制单元，其特征在于：所述转速信号调理电路由隔直、滤波、放大和施密特比较整形电路构成，来自转速传感器的脉冲信号经所述隔直、滤波、放大和施密特比较整形电路后输出到所述CPU的对应端口。

3.根据权利要求1所述的分配泵电子控制单元，其特征在于：所述油门信号调理电路由第一低通滤波和第一阻抗变换电路构成，来自油门传感器的电压信号经所述第一低通滤波和第一阻抗变换电路后输出到所述CPU的对应端口。

4.根据权利要求1所述的分配泵电子控制单元，其特征在于：所述冷却液温度信号调理电路由第二低通滤波和第二阻抗变换电路构成，来自冷却液温度传感器的温度信号经所述第二低通滤波和第二阻抗变换电路后输入到CPU的对应端口。

5.根据权利要求1所述的分配泵电子控制单元，其特征在于：所述正时行程信号调理电路由T型低通滤波和运放电路构成，来自正时行程传感器的脉宽信号经所述T型低通滤波和运放电路后输入到CPU的对应端口。

6.根据权利要求1所述的分配泵电子控制单元，其特征在于：所述EGR阀升程信号调理电路由第三低通滤波电路构成，来自EGR阀的信号经所述第三低通滤波电路后输入到CPU的对应端口。

7.根据权利要求1所述的分配泵电子控制单元，其特征在于：所述开关量输入信号调理电路由电平变换电路构成，来自外部蓄电池的电平信号经所述电平变换电路转换为内部TTL电平后输入到CPU的对应端口。

8.根据权利要求1所述的分配泵电子控制单元，其特征在于：所述故障诊断输入信号调理电路由稳压电阻网络电路构成，来自外部的诊断信号经所述稳压电阻网络电路输入到CPU的对应端口。

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