CN205592057U - 一种电热塞预热控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电热塞预热控制装置，其特征在于：它包括电源、发电机、GPCU、CAN总线、ECU和电热塞；所述电源负极接地，正极分别连接所述发电机和GPCU，所述GPCU通过所述CAN总线与所述ECU进行通信，用于接收所述ECU发出的加热控制信号；所述GPCU还连接有各缸所述电热塞；其中，所述GPCU为电热塞控制单元。本实用新型采用的GPCU独立于ECU，能够实现自主计算和加热温度和功率的闭环控制控制，满足电热塞动态加热、能量消耗优化、低电量补偿和故障诊断等需求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种预热控制装置，特别是关于一种在发动机电子控制领域中应用的电热塞预热控制装置。
背景技术
电热塞常用于柴油发动机，利用电阻的焦耳效应在发动机冷启动时对进气进行预热，提高进气温度，保证发动机正常启动以及提高启动速度。同时，在节能减排的大背景下，电热塞也被用来优化启动暖机时缸内的燃烧过程，以降低发动机排放和降低燃烧噪声。不仅如此，电热塞预热功能也能够降低燃油的消耗，提升发动机的经济性。上述功能的实现，离不开电热塞控制单元的控制。
传统的基于集成电路式的电热塞控制单元(Glow Plug Control Unit，简称GPCU)，需要接收发动机电控单元(Engine Control Unit，简称ECU)发送的通断指令，不能进行独立自主的控制。由于结构形式的局限，故障诊断功能受限，同时不能进行故障诊断信息的存储。当利用电热塞进行燃烧优化时，需要对加热过程进行复杂的控制，以实现动态加热，温度控制等功能，而传统的电热塞控制单元是不能够实现的。
综上所述，随着电热塞控制单元功能需求的多样化和复杂化，传统的集成电路式控制单元已经不能够满足发动机正常使用的需要。因此，具有独立自主的运算功能、能够实现复杂加热过程控制的新型电热塞控制器的出现就很有必要。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种电热塞预热控制装置，该装置能够独立于发动机ECU，实现自主的计算和控制，满足诸如动态加热、提升加热响应速度、能量消耗优化和低电量补偿等新的功能性需求。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种电热塞预热控制装置，其特征在于：它包括电源、发电机、GPCU、CAN总线、ECU和电热塞；所述电源负极接地，正极分别连接所述发电机和GPCU，所述GPCU通过所述CAN总线与所述ECU进行通信，用于接收所述ECU发出的加热控制信号；所述GPCU还连接有各缸所述电热塞；其中，所述GPCU为电热塞控制单元。
优选地，所述GPCU包括数字核心模块、电源模块、通信模块、采集模块和电热塞驱动模块；所述数字核心模块由所述电源模块供电，所述数字核心模块经所述通信模块与所述ECU通信，所述数字核心模块还与所述采集模块进行信息交互；所述电热塞驱动模块由所述数字核心模块驱动工作。
进一步，所述数字核心模块内设置有微型控制器MCU、PWM和存储器；所述MCU根据电热塞的工作电压信号、电流信号以及故障诊断信号得到控制所述电热塞通断的PWM控制信号的占空比，利用脉冲宽度调制器产生相应占空比的PWM波，将PWM波提供给所述电热塞驱动模块中的智能驱动芯片来控制所述电热塞的通断；所述数字核心模块中的所述存储器用于记录GPCU的错误信息。
进一步，所述通讯模块通过CAN的收发器、CAN控制器接口与所述ECU进行通信。
进一步，所述采集模块中设置有各缸电热塞电压采集电路、电流采集芯片、故障诊断单元以及多个模数转换器，所述模数转换器将采集到的所述电热塞的工作电压和电流信号和故障诊断信号进行模数转换，将得到的数字信号反馈给所述MCU。
进一步，所述电热塞电压采集电路包括第一电阻、第二电阻和电压检测输出端；所述电热塞一端接地，另一端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻另一端分别连接所述第二电阻和电压检测输出端，所述第二电阻另一端接地，所述电压检测输出端将检测到得电压信号经所述模数转换器传输至所述MCU。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型采用的电热塞控制通过独立自主的微控制器实现，更加灵活方便；ECU不需要增加额外代码，便于灵活地进行功能拓展；能够实时进行故障诊断，同时具有错误诊断信息存储功能。2、本实用新型通过GPCU能够满足电热塞复杂的加热需求，以此来解决发动机冷启动问题以及进行发动机经济性、排放、噪声和震动的优化。3、本实用新型采用的GPCU能够通过采集模块中的故障诊断单元将故障信号输入到数字核心中的微处理器实现对电热塞以及控制系统的全面监控，实现过温、过载、短路保护和开路检测功能。4、本实用新型通过电热塞加热电流和电压的精确采集能够进行电热塞加热温度，加热功率的精确闭环控制。MCU通过脉冲宽度调制器对PWM波的占空比进行灵活调节，改变电热塞端的有效电压，对发动机电热塞的预热功能进行精确控制，满足发动机对于不同预热温度的需求，解决发动机冷启动问题。5、本实用新型通过对电热塞工作电流和电压的精确采集能够实现低电量的补偿。在电源模块输出电压衰减的情况下，数字核心模块中的MCU能够实时采集电热塞的工作电压，并通过脉冲宽度调制器增加PWM控制信号的占空比，使得电热塞的加热量维持恒定，实现加热量的闭环控制。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型的电热塞控制单元结构示意图；
图3是本实用新型的电热塞工作电压采集电路；
图4是本实用新型的电热塞驱动电压信号时序图；
图5是本实用新型的低电池电量下电热塞驱动功率补偿示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型提供一种电热塞预热控制装置，其包括电源1、发电机2、电热塞控制单元(GPCU)3、CAN总线4、发电机电控单元(ECU)5和电热塞6。电源1负极接地(GND)，正极分别连接发电机2和GPCU 3，GPCU 3由电源1供电，电源1通过发电机2实现补充损耗的电量。GPCU 3通过CAN总线4与ECU5进行通信，用于接收ECU5发出的加热控制信号。GPCU 3还连接有各缸电热塞6，以控制对各缸电热塞6的加热过程。
如图2所示，GPCU 3包括数字核心模块7、电源模块8、通信模块9、采集模块10和电热塞驱动模块11。数字核心模块7由电源模块8供电，数字核心模块7经通信模块9与ECU5通信，数字核心模块7还与采集模块10进行信息交互。电热塞驱动模块11由数字核心模块7驱动工作。
数字核心模块7内设置有微型控制器MCU12、PWM和存储器13；MCU12根据电热塞的工作电压信号、电流信号以及故障诊断信号得到控制电热塞6通断的PWM控制信号的占空比，利用脉冲宽度调制器产生相应占空比的PWM波，将PWM波提供给电热塞驱动模块11中的智能驱动芯片14来控制电热塞6的通断。这样，数字核心模块7中的MCU12就可以通过控制智能驱动芯片14实现电热塞6的加热和停止加热。数字核心模块7中的存储器13用于记录GPCU 3的错误信息。电源模块8通过一个稳压器向数字核心模块7提供稳定的供电电压。通讯模块9通过CAN的收发器、CAN控制器接口与发动机的ECU5进行通信，接收ECU5发出的加热控制信号。采集模块10中设置有各缸电热塞电压采集电路、电流采集芯片、故障诊断单元以及多个模数转换器15，模数转换器15将精确采集到的电热塞6的工作电压和电流信号进行模数转换，将得到的数字诊断信号反馈给MCU12，由MCU12根据诊断信号实现电热塞控制系统的全面诊断。
上述实施例中，如图3所示，采集模块10中设置有电热塞工作电压采集电路该电路包括第一电阻16、第二电阻17和电压检测输出端18。电热塞6一端接地(GND)，另一端连接第一电阻16的一端，第一电阻16另一端分别连接第二电阻17和电压检测输出端18，第二电阻17另一端接地，电压检测输出端18将检测到得电压信号经模数转换器15传输至MCU12。使用时，由于两个已知阻值的第一电阻16、第二电阻17与电热塞6并联。通过采集其中一个已知电阻两端的电压信号，即可以计算出电热塞的工作电压。需要注意的是，已知第一电阻16、第二电阻17的总阻值应远远大于电热塞6的电阻，以降低并联电路的分流作用引起的能量消耗。被直接进行电压信号采集的第一电阻16与第二电阻17的阻值比应考虑到采集电压信号的ADC的耐受电压和测量精度。
如图4所示，当发动机对于电热塞6的预热需求分别为低加热温度需求19、高加热温度需求20和中等加热温度需求21(温度需求可以是任意的，不局限于特定的温度需求)时，在电源模块供电电压22保持恒定的条件下，数字核心将会分别输出低占空比23、高占空比24和中等占空比25的PWM控制信号，控制电热塞加热电路的通断，其中，“1”表示加热电路接通，电热塞开始加热，“0”表示加热电路断开。在供电电压不变的条件下，PWM控制信号的占空比通过数字核心中的MCU12根据加热的温度需求计算得到，脉冲宽度调制器输出相应占空比的PWM波。电热塞接通时，在26、27、28电热塞的实际工作电压与电池电压保持一致，通电时间比例分别与PWM控制信号23、24、25的占空比保持一致。
如图5所示，当发动机对于电热塞的预热需求29保持恒定，电源模块的供电电压出现衰减现象时，从30到31。数字核心对采集模块输出的工作电压信号进行计算和分析，检测到工作电压的衰减，为了保证电热塞的加热量不会随着供电电压的衰减产生明显变化，根据加热量的闭环控制算法，输出具有更大的占空比的PWM控制信号，从32到33，增大电热塞加热电路的接通时间比例，对实际加热量进行低电量补偿。占空比的具体数值由数字核心中的MCU12计算得到，脉冲宽度调制器输出相应占空比的PWM波。电热塞接通时的工作电压与电池电压保持一致，如34处电压与30处一致，35处与31处一致；通电时间比例与PWM控制信号的占空比保持一致，34处电压占空比与32处信号占空比一致，35处信号占空比与33处信号占空比一致。可以看到，在电源模块的输出电压衰减后，电热塞通过增大加热电路的接通时间比例以保证恒定的加热量。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (6)
1.一种电热塞预热控制装置，其特征在于：它包括电源、发电机、GPCU、CAN总线、ECU和电热塞；所述电源负极接地，正极分别连接所述发电机和GPCU，所述GPCU通过所述CAN总线与所述ECU进行通信，用于接收所述ECU发出的加热控制信号；所述GPCU还连接有各缸所述电热塞；其中，所述GPCU为电热塞控制单元。
2.如权利要求1所述的一种电热塞预热控制装置，其特征在于：所述GPCU包括数字核心模块、电源模块、通信模块、采集模块和电热塞驱动模块；所述数字核心模块由所述电源模块供电，所述数字核心模块经所述通信模块与所述ECU通信，所述数字核心模块还与所述采集模块进行信息交互；所述电热塞驱动模块由所述数字核心模块驱动工作。
3.如权利要求2所述的一种电热塞预热控制装置，其特征在于：所述数字核心模块内设置有微型控制器MCU、PWM和存储器；所述MCU根据电热塞的工作电压信号、电流信号以及故障诊断信号得到控制所述电热塞通断的PWM控制信号的占空比，利用脉冲宽度调制器产生相应占空比的PWM波，将PWM波提供给所述电热塞驱动模块中的智能驱动芯片来控制所述电热塞的通断；所述数字核心模块中的所述存储器用于记录GPCU的错误信息。
4.如权利要求2或3所述的一种电热塞预热控制装置，其特征在于：所述通信模块通过CAN的收发器、CAN控制器接口与所述ECU进行通信。
5.如权利要求3所述的一种电热塞预热控制装置，其特征在于：所述采集模块中设置有各缸电热塞电压采集电路、电流采集芯片、故障诊断单元以及多个模数转换器，所述模数转换器将采集到的所述电热塞的工作电压和电流信号和故障诊断信号进行模数转换，将得到的数字信号反馈给所述MCU。
6.如权利要求5所述的一种电热塞预热控制装置，其特征在于：所述电热塞电压采集电路包括第一电阻、第二电阻和电压检测输出端；所述电热塞一端接地，另一端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻另一端分别连接所述第二电阻和电压检测输出端，所述第二电阻另一端接地，所述电压检测输出端将检测到得电压信号经所述模数转换器传输至所述MCU。
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