CN202578924U

CN202578924U - 车用柴油机高压喷射系统电子控制单元

Info

Publication number: CN202578924U
Application number: CN 201220224202
Authority: CN
Inventors: 王洪荣; 王永富; 张衡; 杨勇; 高静; 刘志; 甘海云; 唐函含; 蒲紫光
Original assignee: China Automotive Engineering Research Institute Co Ltd
Current assignee: China Automotive Engineering Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-18

Abstract

一种车用柴油机高压喷射系统电子控制单元，其特征在于：它包括中央控制模块、输入采集电路模块、功率驱动电路模块、喷油器电磁阀驱动、高压油泵电磁阀驱动、EGR电磁阀驱动、预热电磁阀驱动、电源管理模块、通信处理模块、CAN通信模块、RS232通信模块和K线通信模块等。采用SPC563M64作为微处理器，主频达64MHz；采用eTPU实现转速、相位采集，并通过eTPU实现喷射脉宽控制；电控单元升压80V，采用高、低电压组合驱动电路设计和可编程逻辑器件软件编程实现高速电磁阀驱动电路逻辑控制；电控单元配备的通信接口和软件符合CCP协议，通过标定软件可以方便地进行喷射控制参数调整修改，满足先进柴油机的控制要求。

Description

车用柴油机高压喷射系统电子控制单元

技术领域

本实用新型涉及汽车电子领域，特别是车用柴油机高压喷射系统的电子控制单元。

背景技术

柴油机相对汽油机节能30％，在工业、农业和交通运输业广泛地使用，受到越来越多的亲睐。世界各国排放法规的日益严格和能源的严重短缺，迫使柴油机朝着低污染、低油耗和高比功率的方向发展。而降低柴油机排放、提高动力性、经济性的关键在于改善其燃烧过程。而改善燃烧过程则在于喷油系统、进气系统和燃烧室结构三者进行良好的组合和匹配，其中喷油喷射系统起着最为重要的作用。燃油喷射特性与雾化质量对提高柴油机的作功能力和改善柴油机工作特性、降低燃油消耗率和减少排气污染等都有着极其重要的影响。传统柴油机采用机械供油，喷油压力、供油角度和喷射量等参数不能灵活控制，不能满足动力性、经济性和排放性等要求日益严格的柴油机的控制要求。柴油机电控高压共轨燃油喷射系统，在柴油机全负荷范围内可实现喷油规律、喷油压力和能量转换过程的最优控制，在降低发动机油耗和排放、提高发动机及整车性能等方面具有较强的优势。柴油机电子控制管理技术是影响柴油机综合性能的重要部分，广泛应用电子控制燃料喷射系统是一个必然趋势。柴油机在引入电控高压共轨系统之后，喷射油量、相位和喷射次数等参数可以灵活控制，电控单元根据不同的工作条件、环境因素、排放要求、附件使用情况等来进行一次或多次喷射，并且控制其他相应的部件工作，需要处理的信息不断增加，电控单元的控制自由度和复杂性不断地加大。为适应共轨柴油机电控单元的多因数协调控制要求，急需开发一款适用于车用柴油机高压喷射系统的新型电子控制单元。

发明内容

本实用新型的目的是根据新型共轨车用柴油机高压喷射系统的控制功能及特点，设计一款适用于车用柴油机高压喷射系统的电子控制单元。

为了实现上述目的本实用新型采用如下技术方案：

一种车用柴油机高压喷射系统电子控制单元，包括中央控制模块、输入采集电路模块、功率驱动电路模块、电源管理模块、通信处理模块、喷油器电磁阀驱动、高压油泵电磁阀驱动、EGR电磁阀驱动、预热电磁阀驱动、CAN通信模块、RS232通信模块和K线通信模块。

其中所述输入采集电路模块采集曲轴转速、凸轮位置、共轨压力、冷却水温、油门位置和进气流量数据输入中央控制模块处理；中央控制模块根据这些数据进行启动、怠速、加速、减速、排放优化、巡航控制分析，并将分析结果通过功率驱动电路模块控制喷油器电磁阀、高压油泵电磁阀、EGR电磁阀和预热电磁阀动作。

所述中央控制模块还通过通信处理模块连接CAN通信模块、RS232通信模块和K线通信模块与外界通信。

所述电源管理模块将12V车载电源转换为5V、3.3V和80V分别给传感器供电、MCU供电和驱动供电。

上述功率驱动电路模块中控制喷油器电磁阀的具体电路如下：

场效应管Q2的栅极顺接二极管D2正极，再通过喷油器线圈L与场效应管Q3的漏极连接，场效应管Q3的栅极通过电阻R1接地；场效应管Q3的栅极和场效应管Q2的漏极之间连接电容C1，场效应管Q3的漏极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接场效应管Q2的漏极；场效应管Q1的栅极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极与喷油器线圈L一极和二极管D2负极共接；80V电源连接场效应管Q2的漏极，12V电源连接场效应管Q1的漏极；喷射脉冲信号分解S1、喷射脉冲信号分解S2和喷射脉冲信号分解S3分别接入场效应管Q1、Q2和Q3的源极。场效应管Q1的漏极与栅极、Q2的漏极与栅极和Q3的漏极与栅极间均连接有稳压二极管。

本实用新型所提供的车用柴油机高压喷射系统电子控制单元，具有强大而实用的软硬件综合能力及高度的可靠性，具有丰富的输入输出接口，满足现代汽车动力总成控制系统的多输入、多输出、高精度、柔性控制的需求。在硬件驱动上，采用升压驱动，高压部分80V，保证高速喷油器电磁阀能够迅速打开，在整体设计上，采用EMC电磁兼容设计，满足很强的电磁兼容品质。

附图说明

图1为本实用新型的控制系统配置原理框图；

图2为电控单元喷油器高速电磁阀驱动原理图；

图中：1-中央控制模块；2-输入采集电路模块；3-功率驱动电路模块；4-电源管理模块；5-通信处理模块；6-曲轴转速；7-凸轮位置；8-共轨压力；9-冷却水温；10-油门位置；11-进气流量；12-传感器供电；13-驱动供电；14-MCU供电；15-喷油器电磁阀驱动；16-高压油泵电磁阀驱动；17- EGR电磁阀驱动；18-预热电磁阀驱动；19- CAN通信模块；20- RS232通信模块；21-K线通信模块。

具体实施方式

参见图1，一种车用柴油机高压喷射系统电子控制单元,包括中央控制模块1、输入采集电路模块2、功率驱动电路模块3、电源管理模块4、通信处理模块5、喷油器电磁阀驱动15、高压油泵电磁阀驱动16、EGR电磁阀驱动17、预热电磁阀驱动18、CAN通信模块19、RS232通信模块20和K线通信模块21。

其中：所述输入采集电路模块2采集曲轴转速6、凸轮位置7、共轨压力8、冷却水温9、油门位置10和进气流量11数据输入中央控制模块1处理；中央控制模块1根据这些数据进行启动、怠速、加速、减速、排放优化、巡航控制分析，并将分析结果通过功率驱动电路模块3控制喷油器电磁阀驱动15、高压油泵电磁阀驱动16、EGR电磁阀驱动17和预热电磁阀驱动18动作。

所述中央控制模块1还通过通信处理模块5连接CAN通信模块19、RS232通信模块20和K线通信模块21与外界通信。K线通信模块21采用MC33199芯片，KWP2000协议采用K线和L线，其中K线为数据传输线，用于双向传递数据，L线为单向传输，通常情况下为高电平，只在初始化时传递从诊断设备到车辆总线的ECU地址。CAN通讯采用双绞线，信号使用差分电压传送，两条信号线被称为CAN_H和CAN_L。由于设计中的电控单元的微处理器SPC563M64带有CAN2.0控制器，电路设计时只需要用CAN收发器进行电平转换就可以完成通讯功能，这里我们选用恩智浦(前飞利浦)高速CAN收发器TJA1050，波特率可达1Mbps。采用基于国际标准的CCP标定协议开发标定软件，可方便地实现数据的在线显示、标定修改。

所述电源管理模块4将12V车载电源转换为5V、3.3V和80V分别给传感器供电12、MCU供电14和驱动供电13。采用电源芯片，将车载电源电压12V转换为传感器供电所需的5V和为控制芯片及其它集成电路所需的3.3V供电；采用电容蓄能升压电路，将车载电源12V升高到80V,为喷油器高速电磁阀驱动高压供电。

中央控制模块1采用意法公司的SPC563M64作为微控制器核心，主频64MHz，集成两路eTUP功能；SPC563M64的eTPU模块实现发动机的转速采集、相位判缸和燃油喷射脉冲控制功能。喷油器电磁阀驱动15采用可编程逻辑波形与高、低压组合（80V与12V组合）协同驱动，车载电源12V为电磁阀低压驱动供电，12V电压通过升压电路到达80V后作为电磁阀高压驱动供电，高低、压驱动的控制由可编程逻辑器件通过软件编程控制，从而实现喷油器高速电磁阀快速开启，驱动电流达到峰值的时间小于0.1ms。EGR电磁阀驱动17、高压油泵电磁阀驱动16以及继电器的驱动采用集成芯片TLE6244X控制，通过与微控制器的SPI通讯来配置驱动模式。采用控制器的eTPU来进行发动机曲轴转速采集、凸轮相位判缸和触发燃油喷射脉冲，eTPU独立于MCU运行，精简了软件程序，提高了软件的执行效率及可靠性。采用EMC板级分析进行电路设计，具有较强的EMC性能；电路板与电控单元壳体耦合散热、抗震设计，电控系统散热好、可靠性高。

上述的硬件电路为6层印刷电路板（PCB），采用EMC板级分析进行电路设计，具有较强的EMC性能；电路板与电控单元壳体耦合散热设计，BDM采用10针标准接口，并设计有防插反接头及插反后得ECU保护电路。

参见图2，功率驱动电路模块3中控制喷油器电磁阀驱动15的具体电路如下：

场效应管Q2的栅极顺接二极管D2正极，再通过喷油器线圈L与场效应管Q3的漏极连接，场效应管Q3的栅极通过电流取样电阻R1接地；场效应管Q3的栅极和场效应管Q2的漏极之间连接蓄能电容C1，场效应管Q3的漏极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接场效应管Q2的漏极；场效应管Q1的栅极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极与喷油器线圈L一极和二极管D2负极共接；80V电源连接场效应管Q2的漏极，12V电源连接场效应管Q1的漏极；喷射脉冲信号分解S1、喷射脉冲信号分解S2和喷射脉冲信号分解S3分别接入场效应管Q1、Q2和Q3的源极。场效应管Q1的漏极与栅极、Q2的漏极与栅极和Q3的漏极与栅极间均连接有稳压二极管。

喷射脉冲信号经过可编程逻辑芯片（CPLD）编程处理后，形成3路脉冲信号：喷射脉冲信号分解S1、喷射脉冲信号分解S2和喷射脉冲信号分解S3，按上述电路分别驱动3个场效应关管Q1、Q2和Q3。硬件无需改变，软件编程调整CPLD的程序即可调整S1、S2和S3的波形，从而调整喷射电磁阀驱动电流形状。

Claims

1.一种车用柴油机高压喷射系统电子控制单元，包括中央控制模块（1）、输入采集电路模块（2）、功率驱动电路模块（3）、电源管理模块（4）、通信处理模块（5）、喷油器电磁阀驱动（15）、高压油泵电磁阀驱动（16）、EGR电磁阀驱动（17）、预热电磁阀驱动（18）、CAN通信模块（19）、RS232通信模块（20）和K线通信模块（21）；其特征在于：

所述输入采集电路模块（2）采集曲轴转速（6）、凸轮位置（7）、共轨压力（8）、冷却水温（9）、油门位置（10）和进气流量（11）数据输入中央控制模块（1）处理；中央控制模块（1）根据这些数据进行启动、怠速、加速、减速、排放优化、巡航控制分析，并将分析结果通过功率驱动电路模块（3）控制喷油器电磁阀驱动（15）、高压油泵电磁阀驱动（16）、EGR电磁阀驱动（17）和预热电磁阀驱动（18）动作；

所述中央控制模块（1）还通过通信处理模块（5）连接CAN通信模块（19）、RS232通信模块（20）和K线通信模块（21）与外界通信；

所述电源管理模块（4）将12V车载电源转换为5V、3.3V和80V分别给传感器供电、MCU供电和驱动供电。

2.根据权利要求1所述车用柴油机高压喷射系统电子控制单元，其特征在于：所述功率驱动电路模块（3）中控制喷油器电磁阀驱动（15）的具体电路如下：

场效应管Q2的栅极顺接二极管D2正极，再通过喷油器线圈L与场效应管Q3的漏极连接，场效应管Q3的栅极通过电阻R1接地；场效应管Q3的栅极和场效应管Q2的漏极之间连接电容C1，场效应管Q3的漏极连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接场效应管Q2的漏极；场效应管Q1的栅极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极与喷油器线圈L一极和二极管D2负极共接；80V电源连接场效应管Q2的漏极，12V电源连接场效应管Q1的漏极；喷射脉冲信号分解S1、喷射脉冲信号分解S2和喷射脉冲信号分解S3分别接入场效应管Q1、Q2和Q3的源极。

3.根据权利要求2所述车用柴油机高压喷射系统电子控制单元，其特征在于：所述场效应管Q1的漏极与栅极、Q2的漏极与栅极和Q3的漏极与栅极间均连接有稳压二极管。