CN208153170U - 一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，装置包括控制模块、智能门控驱动模块、DC‑DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块；所述控制模块通过智能门控驱动模块分别连接DC‑DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块。与现有技术相比，本实用新型克服了传统式采用分立器件设计喷油控制单元的缺点，具备较高的集成度，能够实现智能化的驱动控制，成本低，并且可广泛应用于六缸及以下电控柴油机燃油喷射系统中，具有良好的控制效果。

Description

一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置

技术领域

本实用新型涉及柴油机驱动控制技术领域,具体地说是一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置。

背景技术

为了适应不断严格的排放法规，时间压力式电控燃油喷射系统在柴油机上得到广泛应用。柴油机工作时，主要通过控制喷油器和油泵控制阀实现燃油喷射的柔性控制，这也是电控燃油喷射系统的核心功能。通过对喷油压力、喷油量和喷油时刻的精确控制，使柴油机排放性能、动力性能和经济性能达到最佳匹配。

传统的共轨式柴油机燃油喷射控制多采用分立器件设计方案，其中包含的各功能模块都是利用分立器件搭建电路模块以实现燃油喷射控制功能，因此电路集成度低，成本高，控制逻辑实现较为复杂，并且匹配不同厂家的执行器往往需要变更硬件电路设计，通用性较差。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供了一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，以解决现有技术中柴油机燃油喷射控制电路集成度低、成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，所述装置包括控制模块、智能门控驱动模块、DC-DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块；所述控制模块通过智能门控驱动模块分别连接DC-DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块。

进一步地，所述控制模块包括微控制器及其外围电路，所述外围电路包括与微控制器连接的电源电路、时钟电路、复位电路、刷写电路和看门狗电路，所述微控制器的AD管脚输出轨压信号，多个ETPU管脚分别输出曲轴信号、凸轮轴信号、油泵控制阀的控制信号和各喷油器的控制信号。

进一步地，所述智能门控驱动模块包括智能门控驱动芯片，型号为PT2000。

进一步地，所述DC-DC升压模块包括电阻R1，电阻R1的一端连接智能门控驱动芯片的G_LS7或G_LS8管脚，另一端分别连接电容C4的一端和MOS管Q1的栅极，电容C4的另一端和MOS管的源极均连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R2的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，所述MOS管Q1的漏极分别连接电感L1的一端和二极管D1的正极，电感L1的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端还接入供电电源，所述二极管D1的负极分别连接电容C1和电容C2的一端，电容C1和电容C2的另一端均连接电阻R2的一端，二极管D1的正极输出高压电源。

进一步地，所述喷油驱动模块包括采样电阻R3，采样电阻R3的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，采样电阻R3的一端接地，另一端分别连接电容C10的一端、MOS管Q5的源极和MOS管Q4的源极，电容C10的另一端分别连接电阻R8的一端和MOS管Q5的栅极，电阻R8的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q5的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D5的正极和其一喷油器的一端；MOS管Q4的源极还连接电容C9的一端，电容C9的另一端分别连接电阻R7的一端和MOS管Q4的栅极，电阻R7的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q4的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D4的正极和其二喷油器的一端，其一喷油器和其二喷油器的另一端均连接二极管D3的负极、二极管D2的负极和MOS管Q2的源极，二极管D3的正极接地，二极管D2的正极分别连接MOS管Q3的源极、电容C7的一端和电容C8的一端，电容C8的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C7的另一端分别连接电阻R6的一端和MOS管Q3的栅极，电阻R6的另一端连接智能门控驱动芯片的G_HSx，MOS管Q3的漏极连接供电电源，MOS管Q2的源极还分别连接电容C5的一端和电容C6的一端，电容C6的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C5的另一端分别连接电阻R5的一端和MOS管Q2的栅极，电阻R5的另一端连接智能门控芯片的G_HSx管脚，MOS管Q2的漏极分别连接高压电源、电容C15的一端、二极管D4的负极和二极管D5的负极，电容C15的另一端接地。

进一步地，所述油泵控制阀驱动模块包括采样电阻R4，采样电阻R4的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，采样电阻R4的一端接地，另一端分别连接电容C14的一端和MOS管Q7的源极，电容C14的另一端分别连接MOS管Q7的栅极和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q7的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D7的正极和油泵控制阀的一端，油泵控制阀的另一端分别连接二极管D6的负极、MOS管Q6的源极、电容C12的一端和电容C13的一端，二极管D6的正极接地，电容C13的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C12的另一端分别连接电阻R9的一端和MOS管Q6的栅极，电阻R9的另一端连接智能门控驱动芯片的G_HSx管脚，MOS管Q6的漏极分别连接供电电源、电容C11的一端和二极管D7的负极，电容C11的另一端接地。

实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

1、DC-DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块的驱动控制均是由集成式智能门控驱动芯片完成，克服了传统式采用分立器件设计喷油控制单元的缺点，具备较高的集成度，能够实现智能化的驱动控制，成本低。

2、智能门控驱动芯片根据微控制器发出的控制信号实时驱动喷油器和油泵控制阀达到精确控制喷油和轨压的目的，同时具备完善的故障诊断和保护功能。在硬件不变的情况下通过软件参数设置就可以改变各阶段电流的大小、延迟时间以及升压电源的电压值，能够满足不同型号的喷油器和油泵控制阀的匹配要求，可广泛应用于六缸及以下电控柴油机燃油喷射系统中，具有良好的控制效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型控制模块的结构示意图；

图3是本实用新型DC-DC升压模块的电路示意图；

图4是本实用新型喷油驱动模块的电路示意图；

图5是本实用新型油泵控制阀驱动模块的电路示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型的柴油机电控共轨系统的智能驱动装置包括控制模块、智能门控驱动模块、DC-DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块。控制模块通过智能门控驱动模块分别连接DC-DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块。DC-DC升压模块用于升压电源的控制，喷油器驱动模块用于驱动喷油器，油泵控制阀驱动模块用于驱动油泵控制阀。

如图2所示，控制模块包括微控制器及其外围电路，微控制器采用恩智浦公司的32位单片机MPC5745R，驱动信号由MPC5745R内部的时间处理单元ETPU产生，MPC5745R的AD管脚输出轨压信号，多个ETPU管脚分别输出曲轴信号、凸轮轴信号、油泵控制阀的控制信号和各喷油器的控制信号。外围电路包括与微控制器连接的电源电路、时钟电路、复位电路、刷写电路和看门狗电路。

控制模块控制喷油正时和喷油量是通过开启和关闭喷油器电磁阀实现的，电磁阀的通电时刻确定喷油始点，其通电持续时间和共轨压力共同确定喷油量。控制模块根据发动机曲轴信号和凸轮轴信号进行判缸并确定当前的喷射缸序，当到达某一缸的喷射时刻，由ETPU模块发出喷油控制信号STARTx输出至喷油驱动模块，完成喷油控制功能。目标喷油压力是通过最终的喷油量和转速计算得出，然后结合实际采集的轨压信号得到实际轨压控制量，查询软件MAP得到相应的油泵控制信号，由ETPU模块发出STARTx信号输出至油泵控制阀驱动模块，完成共轨压力的闭环控制。

智能门控驱动模块包括智能门控驱动芯片，型号为PT2000，内部集成故障诊断功能，能够实现电磁阀的开路、短路等故障诊断。

如图3所示，DC-DC升压模块包括电阻R1，电阻R1的一端连接智能门控驱动芯片的G_LS7或G_LS8管脚，另一端分别连接电容C4的一端和MOS管Q1的栅极，电容C4的另一端和MOS管的源极均连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R2的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，所述MOS管Q1的漏极分别连接电感L1的一端和二极管D1的正极，电感L1的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端还接入供电电源，所述二极管D1的负极分别连接电容C1和电容C2的一端，电容C1和电容C2的另一端均连接电阻R2的一端，二极管D1的正极输出高压电源。

DC-DC升压电源用于将供电电压升压为喷油驱动所需的高压。升压电源的控制由PT2000来实现，智能门控驱动芯片PT2000内部集成用于DC-DC转换的电流检测和电压反馈模块，通过设定流过采样电阻R2的最大值和最小值以及输出电压的最大值和最小值，控制外部MOS管的导通和关闭达到升压和稳压的目的。

在升压开始阶段，智能门控驱动芯片PT2000处于使能异步模式，PT2000通过电阻R2检测流过电路中的电流与内部设定的电流最大值和最小值实时比较，触发Q1的导通和关闭。当电流低于设定电流的最小值时，Q1导通，二极管D1反向截止，流经电感L1的电流持续增加，电感L1储存一定的能量；当电流达到电流设定的最大值时，Q1关闭，电流流经二极管D1给电容充电，直到输出电压达到设定电压的最大值，PT2000进入使能同步模式，这时Q1一直处于关闭状态，直到输出电压达到电压设定的最小值。根据工作条件的不同，实时进行调节控制输出的占空比和频率，从而达到升压和稳压的目的。

如图4所示，以六缸机为例图中示出了采用三个BANK(控制体)实现六缸柴油机喷油的驱动电路图，喷射缸序为1-5-3-6-2-4，并支持三缸同时喷射的情况。六缸以下的柴油机喷油控制与此类同。以BANK为例，喷油驱动模块包括采样电阻R3，采样电阻R3的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，采样电阻R3的一端接地，另一端分别连接电容C10的一端、MOS管Q5的源极和MOS管Q4的源极，电容C10的另一端分别连接电阻R8的一端和MOS管Q5的栅极，电阻R8的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q5的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D5的正极和其一喷油器的一端；MOS管Q4的源极还连接电容C9的一端，电容C9的另一端分别连接电阻R7的一端和MOS管Q4的栅极，电阻R7的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q4的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D4的正极和其二喷油器的一端，其一喷油器和其二喷油器的另一端均连接二极管D3的负极、二极管D2的负极和MOS管Q2的源极，二极管D3的正极接地，二极管D2的正极分别连接MOS管Q3的源极、电容C7的一端和电容C8的一端，电容C8的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C7的另一端分别连接电阻R6的一端和MOS管Q3的栅极，电阻R6的另一端连接智能门控驱动芯片的G_HSx，MOS管Q3的漏极连接供电电源，MOS管Q2的源极还分别连接电容C5的一端和电容C6的一端，电容C6的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C5的另一端分别连接电阻R5的一端和MOS管Q2的栅极，电阻R5的另一端连接智能门控芯片的G_HSx管脚，MOS管Q2的漏极分别连接高压电源、电容C15的一端、二极管D4的负极和二极管D5的负极，电容C15的另一端接地。

喷油驱动模块通过设定峰值驱动电流、保持电流、延迟时间等控制参数，通过电阻R3实时反馈电路中的驱动电流值，在不同驱动阶段控制高低边MOS管的导通和关闭，实现喷油器的精确控制。采用Peak&Hold1&Hold2电流驱动方式以驱动喷油器1为例说明其工作过程。

智能门控驱动芯片PT2000检测到STARTx信号的上升沿，进入喷油器的峰值电流驱动阶段。在此驱动阶段，控制高边MOS管Q2和低边MOS管Q4导通，高压电源通过高端驱动加到喷油器1的上端，电路中电流持续上升直到达到峰值电流。当电流上升到峰值电流时，Q2关闭，此时进入Bypass阶段(电流下降阶段)，电流开始下降，当计时器到达设定值时，进入保持电流驱动阶段1(hold1阶段)，此时高边MOS管Q3和低边MOS管Q4导通，电流开始上升，直到上升到保持电流1的上限值，MOS管Q3关断，电路中电流开始下降，电流下降到保持电流1的下限值，高边MOS管Q3和低边MOS管Q4又导通，当计时器到达设定值时，进入保持电流驱动阶段2，此时高边MOS管Q3和低边MOS管Q4导通，电流开始上升，直到上升到保持电流2的上限值，MOS管Q3关断，电路中电流开始下降，电流下降到保持电流2的下限值，高边MOS管Q3和低边MOS管Q4又导通，直到STARTx信号变为低电平喷油结束。

如图5所示，油泵控制阀驱动模块包括采样电阻R4，采样电阻R4的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，采样电阻R4的一端接地，另一端分别连接电容C14的一端和MOS管Q7的源极，电容C14的另一端分别连接MOS管Q7的栅极和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q7的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D7的正极和油泵控制阀的一端，油泵控制阀的另一端分别连接二极管D6的负极、MOS管Q6的源极、电容C12的一端和电容C13的一端，二极管D6的正极接地，电容C13的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C12的另一端分别连接电阻R9的一端和MOS管Q6的栅极，电阻R9的另一端连接智能门控驱动芯片的G_HSx管脚，MOS管Q6的漏极分别连接供电电源、电容C11的一端和二极管D7的负极，电容C11的另一端接地。

根据油泵控制阀的电流流量特性，随着驱动电流的增大，流量逐渐减小直至关闭。为了实现油泵控制阀的快速响应驱动采用Peak&Hold电流方式，通过设定峰值驱动电流、保持电流、延迟时间等控制参数，实现油泵控制阀的精确控制。具体工作过程如下：

智能门控芯片PT2000检测到STARTx信号的上升沿，进入油泵控制阀的峰值电流驱动阶段。在此驱动阶段，控制高边MOS管Q6和低边MOS管Q7导通，供电电源通过高端驱动加到油泵控制阀的上端，电路中电流持续上升直到达到峰值电流。当电流上升到峰值电流时，Q6关闭，此时进入Bypass阶段，电流开始下降，当计时器到达设定值时，进入保持电流驱动阶段，此时高边MOS管Q6和低边MOS管Q7导通，电流开始上升，直到上升到保持电流的上限值，MOS管Q6关断，电路中电流开始下降，电流下降到保持电流的下限值，高边MOS管Q6和低边MOS管Q7又导通，直到STARTx信号变为低电平控制结束。

喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块中高低边MOS管的控制由PT2000来实现，通过电流采样实时采集流经电磁阀的瞬态电流，与设置的各阶段电流值进行比较，控制高低边MOS管的导通与关闭，从而实现电磁阀基于电流驱动方式的控制。

智能门控驱动模块还包括诊断单元，诊断单元包括预诊断和自动诊断两个阶段完成，预诊断阶段在开启信号STARTx变为高电平之前进行，预诊断结束后进入自动诊断阶段直到STARTx变为低电平结束。PT2000内部设有多个比较器，通过检测多个引脚处的实时电压值与设定的电压比较限值实时进行比较，根据比较器反馈得到输出值判断出短路或开路故障，完成喷油器和油泵控制阀的故障诊断功能。

PT2000内部设有多个电压比较器，通过检测多个引脚处的电压反馈与设定电压比较限值实时进行比较，得出LSx_Vds_fbk、HSx_src_fbk、HSx_Vds_Vbat_fbk的状态与正常状态进行比较从而判断故障状态，根据比较器反馈得到输出值可以判断出执行器的短路、开路等故障，完成故障诊断功能。通过SPI总线接口，实现与单片机诊断信息的交互，可以完成的故障诊断项有：喷油器或油泵控制阀高边对地短路；喷油器或油泵控制阀高边MOS管的源极和漏极短路；喷油器或油泵控制阀低边MOS管的源极和漏极短路；喷油器或油泵控制阀开路；喷油器或油泵控制阀低边对电源短路；喷油器或油泵控制阀低边对地短路。

以上所述只是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，其特征是：所述装置包括控制模块、智能门控驱动模块、DC-DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块；所述控制模块通过智能门控驱动模块分别连接DC-DC升压模块、喷油器驱动模块和油泵控制阀驱动模块。

2.根据权利要求1所述的一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，其特征是：所述控制模块包括微控制器及其外围电路，所述外围电路包括与微控制器连接的电源电路、时钟电路、复位电路、刷写电路和看门狗电路，所述微控制器的AD管脚输出轨压信号，多个ETPU管脚分别输出曲轴信号、凸轮轴信号、油泵控制阀的控制信号和各喷油器的控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，其特征是：所述智能门控驱动模块包括智能门控驱动芯片，型号为PT2000。

4.根据权利要求3所述的一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，其特征是：所述DC-DC升压模块包括电阻R1，电阻R1的一端连接智能门控驱动芯片的G_LS7或G_LS8管脚，另一端分别连接电容C4的一端和MOS管Q1的栅极，电容C4的另一端和MOS管的源极均连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R2的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，所述MOS管Q1的漏极分别连接电感L1的一端和二极管D1的正极，电感L1的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端还接入供电电源，所述二极管D1的负极分别连接电容C1和电容C2的一端，电容C1和电容C2的另一端均连接电阻R2的一端，二极管D1的正极输出高压电源。

5.根据权利要求3所述的一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，其特征是：所述喷油驱动模块包括采样电阻R3，采样电阻R3的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，采样电阻R3的一端接地，另一端分别连接电容C10的一端、MOS管Q5的源极和MOS管Q4的源极，电容C10的另一端分别连接电阻R8的一端和MOS管Q5的栅极，电阻R8的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q5的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D5的正极和其一喷油器的一端；MOS管Q4的源极还连接电容C9的一端，电容C9的另一端分别连接电阻R7的一端和MOS管Q4的栅极，电阻R7的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q4的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D4的正极和其二喷油器的一端，其一喷油器和其二喷油器的另一端均连接二极管D3的负极、二极管D2的负极和MOS管Q2的源极，二极管D3的正极接地，二极管D2的正极分别连接MOS管Q3的源极、电容C7的一端和电容C8的一端，电容C8的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C7的另一端分别连接电阻R6的一端和MOS管Q3的栅极，电阻R6的另一端连接智能门控驱动芯片的G_HSx，MOS管Q3的漏极连接供电电源，MOS管Q2的源极还分别连接电容C5的一端和电容C6的一端，电容C6的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C5的另一端分别连接电阻R5的一端和MOS管Q2的栅极，电阻R5的另一端连接智能门控芯片的G_HSx管脚，MOS管Q2的漏极分别连接高压电源、电容C15的一端、二极管D4的负极和二极管D5的负极，电容C15的另一端接地。

6.根据权利要求3所述的一种柴油机电控共轨系统的智能驱动装置，其特征是：所述油泵控制阀驱动模块包括采样电阻R4，采样电阻R4的两端连接智能门控驱动芯片的VENSEPz管脚，采样电阻R4的一端接地，另一端分别连接电容C14的一端和MOS管Q7的源极，电容C14的另一端分别连接MOS管Q7的栅极和电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接智能门控驱动芯片的G_LSy管脚，MOS管Q7的漏极分别连接智能门控驱动芯片的D_LSy管脚、二极管D7的正极和油泵控制阀的一端，油泵控制阀的另一端分别连接二极管D6的负极、MOS管Q6的源极、电容C12的一端和电容C13的一端，二极管D6的正极接地，电容C13的另一端连接智能门控驱动芯片的B_HSx管脚，电容C12的另一端分别连接电阻R9的一端和MOS管Q6的栅极，电阻R9的另一端连接智能门控驱动芯片的G_HSx管脚，MOS管Q6的漏极分别连接供电电源、电容C11的一端和二极管D7的负极，电容C11的另一端接地。