CN2600603Y

CN2600603Y - 汽车发动机集中控制装置

Info

Publication number: CN2600603Y
Application number: CN 03233531
Authority: CN
Inventors: 陈渝光; 肖蕙蕙; 张志远; 周鹏; 胡新宇
Original assignee: Chongqing Institute of Technology
Current assignee: Chongqing Institute of Technology
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-01-21
Anticipated expiration: 2013-03-14

Abstract

本实用新型涉及一种汽车发动机集中控制装置，包括有模拟信号输入电路、数字信号输入电路、控制信号输出电路，其特点是设有主电子控制单元和从电子控制单元，主、从电子控制单元的模拟信号输入端和数字信号输入端分别与模拟信号输入电路的输出端和数字信号输入电路的输出端连接，控制信号输出端分别与控制信号输出电路的输入端连接，控制信号输出电路的输出端输出的信号对应并联连接后与装置外部的执行机构连接，控制信号输出电路输出的废气再循环控制的阀脉冲占空比信号直接与执行机构连接，主、从电子控制单元的串行外设接口对应连接，主电子控制单元的实时监控信号输入输出口与从电子控制单元的数据总线连接。

Description

汽车发动机集中控制装置

一、技术领域

本实用新型涉及汽车发动机的控制装置，特别是一种汽车发动机集中控制装置。

二、背景技术

汽车发动机集中控制装置担负发动机数字电子点火控制(ESA)、电子燃油喷射控制(EFI)、怠速稳定控制(ISC)和废气再循环控制(EGR)。该装置的主要目的是保证发动机的动力性和燃油经济性达到最佳，排放污染最小。

数字电子点火单元的控制包括点火提前控制、通电时间控制和爆震控制三个方面，其目的根据发动机的不同工况产生最佳的点火提前角；电子燃油喷射单元主要作用是根据发动机的不同工况配制相应空燃比和定量的可燃混合气供入发动机气缸；怠速稳定控制单元的功能是自动维持发动机怠速稳定运行，废气再循环控制单元的作用是根据发动机的不同工况，将一部分废气送回发动机气缸以有效地减少NO_X的排放量。

一般汽车发动机的点火系统和燃油喷射系统是独立控制的，高档次汽车也有使用集中控制方式的，但一般不具备怠速稳定控制和废气再循环控制，不具备后备控制功能。但是目前所使用的点火装置都带有较大的局限性：

1、汽车最佳点火提前数据和燃油喷射量不仅与发动机的基本性能参数、发动机转速、负荷、暖机状态等有关，同时还与燃油标号、汽车空调、汽车其它用电设备的配置等因素有关。因此汽车点火提前数据和喷油数据具有分散性、非线性和不确定性。目前广泛用的点火和喷油分离控制，实际上很难达到理想的控制效果。

2、适应性差。汽车发动机更换或汽车用电器等变更后，不能便于相应改变发动机控制所需的重要数据，保证发动机处于最佳状态；

3、不具备容错和后备功能。点火装置出现故障后，只能依靠IC组件产生固定的点火脉冲使汽车勉强运行到修理厂，不能保证汽车的正常运行，而燃油喷射系统出现故障后，更难以保证汽车的运行；

4、绝大多数装置没有同时具备点火系统、燃油喷射系统、怠速稳定控制系统和废气再循环控制系统的自诊断功能；

5、不具备通用性和互换性，难以适应不同的点火控制方式和燃油喷射方式；

6、装置的CPU处理能力差，不能适应高级的控制算法。

三、发明内容

本实用新型的目的旨在提供一种适应性好、通用性强、控制效果好，可同时实现发动机的数字电子点火控制，电子燃油喷射控制、怠速稳定控制和废气再循环控制，处理能力强，具有自诊断和后备控制能力的汽车发动机集中控制装置。

本实用新型的目的是这样来实现的：一种汽车发动机集中控制装置，包括有模拟信号输入电路、数字信号输入电路、控制信号输出电路，其特点是：设有主电子控制单元和从电子控制单元，主、从电子控制单元的模拟信号输入端和数字信号输入端分别与模拟信号输入电路的输出端和数字信号输入电路的输出端连接，控制信号输出端分别与控制信号输出电路的输入端连接，控制信号输出电路的输出端输出的点火脉冲信号和缸序判断信号、燃油喷射控制的喷油阀控制信号和冷喷油阀控制信号、怠速稳定控制的电磁阀脉冲电压的占空比信号对应并联连接后与装置外部的执行机构连接，控制信号输出电路输出的废气再循环控制的阀脉冲占空比信号直接与执行机构连接，主、从电子控制单元的串行外设接口对应连接，主电子控制单元的实时监控信号输入输出口与从电子控制单元的数据总线连接。

按本实用新型提供的汽车发动机集中控制装置，实现了高度的集成化和通用化，可以同时实现发动机的数字电子点火控制、电子燃油喷射控制、怠速稳定控制和废气再循环控制。数字信号处理器处理能力强，运行速度快，可采用高级点火提前角控制算法。采用了主、从电子控制单元ECU的双控制单元ECU结构，使其具有自诊断和后备控制功能。主ECU正常工作时，从ECU担任实时监控和发动机集中控制装置的自诊断任务，以便于系统维修；当主ECU出现故障时，从ECU立即接过发动机控制权，保证汽车的正常运行。对于不同的发动机型号、不同的气缸数和车用电器具的不同配置，不同的点火方式(如带ESA的电子提前控制的点火系统，无分电器点火系统)，不同的电喷控制方式(如MPI与SPI式、D、L与LH型等)，不同的控制策略等，该装置均可适用，且控制效果好，处理能力强。

四、附图说明

本实用新型有如下附图：

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型中主电子控制单元的电路原理图；

图3为本实用新型中从电子控制单元的电路原理图。

五、具体实施方式

下面参照附图说明本实用新型的实施方案。如图1所示，一种汽车发动机集中控制装置，包括有模拟信号输入电路1、数字信号输入电路2、控制信号输出电路3、4，其特征在于：设有主电子控制单元ECU1和从电子控制单元ECU2，主、从电子控制单元ECU1、ECU2的模拟信号输入端和数字信号输入端分别与模拟信号输入电路1的输出端和数字信号输入电路2的输出端连接，控制信号输出端分别与控制信号输出电路3、4的输入端连接，控制信号输出电路3、4的输出端输出的点火脉冲信号IGt和缸序判断信号IGda、IGdb、燃油喷射控制的喷油阀控制信号和冷喷油阀控制信号、怠速稳定控制的电磁阀脉冲电压的占空比Rc信号对应并联连接后与装置外部的执行机构连接，控制信号输出电路4输出的废气再循环控制的阀脉冲占空比RG信号直接与执行机构连接，主、从电子控制单元ECU1、ECF2的串行外设接口对应连接，主电子控制单元ECU1的实时监控信号输入输出口与从电子控制单元ECU2的数据总线连接。

主电子控制单元ECU1由数字信号处理器DSP、扩展的定时器U8、接口芯片锁存器U7和与非门U7A构成的扩展四位键盘、扩展的二位显示器电路U9A、U9B、锁存器U10A与或门U11A及锁存器U10B与或门U11B构成的主、从电子控制单元ECU1、ECU2共用的数字信号输入接口和输出接口、JK触发器U2D组成，主、从电子控制单元的共用数字信号输入接口中锁存器U10A的输入端D1-D4口和JK触发器U2D的输入端6脚分别与数字信号输入电路2的输出端输出的起动停止信号、爆震信号、G1、G2、和Ne信号连接，锁存器U10A的D0口与数字信号处理器DSP1的106脚连接，并通过数据总线与从电子控制元ECU2中的数字信号处理电路DSP2数据总线连接，共用输入接口中的或门U11A的一个输入端与从电子控制单元中的数字信号处理器DSP2的A9脚连接，主从电子控制单元的共用数字信号输出接口中锁存器U10B的输出端D0-D3口与控制信号输出电路3的输入端连接，共用数字信号输出接口的或门U11B的一个输入端与从电子控制单元的数字信号处理器DSP2的A11脚连接，数字电路输入电路2输出的R-P信号、IDL信号、空调开关信号、点火确认信号IGf与数字信号处理器DSP1的73、70、69、68脚连接，模拟信号输入电路1输出的水温传感器、负荷、氧传感器、进气温度传感器，蓄电池电压模拟信号分别与数字信号处理器DSP1的A/D转换输入端口74-78脚连接，点火控制信号输出端数字信号处理器DSP1的106、107、109脚与控制信号输出电路3的输入端连接，主电子控制单元ECU1中的数字信号处理器DSP1的串行外设接口45、48、49、51脚与从电子控制单元ECU2中的数字信号处理器DSP2的串行外设接口45、48、49、51脚对应连接，如图2所示。

从电子控制单元ECU2由数字信号处理器DSP2、扩展的定时器U18、接口芯片锁存器U17和与非门U20A构成的扩展四位键盘、扩展的两位显示器U19A、U19B、JK触发器U12D组成，数字信号输入电路2输出的R-P信号、IDL信号、空调开关信号、点火确认信号IGf分别与数字信号处理器DSP2的73、70、69、68脚连接，Ne信号经JK触发器U12D与数字信号处理器DSP2的捕捉单元输入端口64、67脚连接，模拟信号输入电路1输出的水温传感器、负荷、氧传感器、进气温度传感器、蓄电池电压模拟信号分别与数字信号处理器DSP2的A/D转换输入端口74-78脚连接，点火控制信号输出端数字信号处理器DSP2的106、107、109脚与控制信号输出电路4的输入端连接，数字信号处理器DSP2的A9口、A11口分别与主电子控制单元ECU1中的主、从电子控制单元共用的数字信号输入接口中的或门U11A输入端连接和输出接口的或门U11B输入端连接，数字信号处理器DSP2的串行外设接口45、48、49、51脚与主电子控制单元ECU1中数字信号处理器(DSP1)的串行外设接口45、48、49、51脚连接，如图3所示。

在主电子控制单元ECU1中还设有与门U4A、非门U6C及9线插座DB9构成的通用串口U6与外部计算机PC连接，如图2所示。经通用串口U6实现与PC机通讯，进行系统软件升级，重要数据更新和在线系统仿真。

本实用新型采用主、从电子控制单元形成双控制单元结构，具有自诊断和后备控制功能。主电子控制单元ECU1主要用于完成信号的采集处理，实现发动机的电子点火控制ESA、电子燃油喷射控EFI和怠速稳定控制ISC，系统在线监测，以及实现与PC机通讯。从电子控制单元ECU2主要实现废气再循环控制EGR、系统在线监测、自诊断和后备控制功能。从ECU2一方面对主ECU1、点火组件等实施监测，当主ECU1单元正常工作时，从ECU2单元担任实时监测和发动机集中控制装置的自诊断任务，当主ECU1单元出现故障时，从ECU2单元放弃对主ECU1的监测，立即接过对发动机的控制权；另一方面，将废气再循环率控制在5％-20％的范围，启动自诊断程序，从ECU2可完成对发动机控制系统的故障诊断，主、从ECU可通过二位显示器显示故障代码。

ESA控制由爆震传感器构成反馈通道，组成间接闭环控制系统。系统采用集成点火组件完成通电时间控制、恒电流控制、一次电流上升率控制等功能。ECU根据发动机转速和负荷，从存储器的数据中找到相应的基本点火提前角，再根据有关传感器信号值加以修正，得出实际点火提前角。执行机构采用的是集成点火组件。点火组件由完成闭合角控制、恒电流控制、过电压保护、停车断电保护等功能，并能通过缸序判别信号IG_da、IG_db把点火信号IGt送往相应的点火驱动电路，产生点火确认信号IGf。

EFI闭环控制，由燃油供给系、进气系和控制系组成。控制系根据传感器所检测的发动机工况参数，确定最佳的喷油量，并进行必要的α、K_AS、K_AI、K_TW、K_MR、K_FC、T_S等修正，确定最佳喷油持续时间To，以保持混合气浓度在规定的范围内。当冷却水温过低时，启动冷喷油器。

故障自诊断采取两种方式进行自诊断：一是发动机工作时，对主从DSP、点火组件、凸轮位置传感器件进行在线监测，如果出现故障或传感器信号超过规定范围，自诊断系统立即报警，并采取相应处理措施。如果主DSP1发生故障，从DSP2立即接过对发动机的控制权；二是可以在怠速状态下启动自诊断程序，对系统进行全面的诊断。无论采用什么诊断方式，自诊断系统都能将故障以代码的形式储存在ECU内，并可显示故障代码。

ISC控制采用转速负反馈控制方式，即把发动机的实际转速与由发动机冷却水温、空调压缩机负载等因素决定的目标转速进行比较，并通过执行机构修正发动机转速，使之达到目标转速。

EGR控制从ECU根据各传感器信号，如水温、曲轴、点火开关等信号，确定发动机当前工况，控制EGR阀脉冲占空比R_G，以调节进入VCM阀负压室的空气量，得到控制EGR阀不同开度所需各种真空度，从而获得所需的废气再循环EGR率。

Claims

1、一种汽车发动机集中控制装置，包括有模拟信号输入电路(1)、数字信号输入电路(2)、控制信号输出电路(3、4)，其特征在于：设有主电子控制单元(ECU1)和从电子控制单元(ECU2)，主、从电子控制单元(ECU1、ECU2)的模拟信号输入端和数字信号输入端分别与模拟信号输入电路(1)的输出端和数字信号输入电路(2)的输出端连接，控制信号输出端分别与控制信号输出电路(3、4)的输入端连接，控制信号输出电路(3、4)的输出端输出的点火脉冲信号(IGt)和缸序判断信号(IGda、IGdb)、燃油喷射控制的喷油阀控制信号和冷喷油阀控制信号、怠速稳定控制的电磁阀脉冲电压的占空比(Rc)信号对应并联连接后与装置外部的执行机构连接，控制信号输出电路(4)输出的废气再循环控制的阀脉冲占空比(RG)信号直接与执行机构连接，主、从电子控制单元(ECU1、ECF2)的串行外设接口对应连接，主电子控制单元(ECU1)的实时监控信号输入输出口与从电子控制单元(ECU2)的数据总线连接。

2、按权利要求1所述的汽车发动机集中控制装置，其特征在于：主电子控制单元(ECU1)由数字信号处理器(DSP)、扩展的定时器(U8)、接口芯片锁存器(U7)和与非门(U7A)构成的扩展四位键盘、扩展的二位显示器电路(U9A、U9B)、锁存器(U10A)与或门(U11A)及锁存器(U10B)与或门(U11B)构成的主、从电子控制单元(ECU1、ECU2)共用的数字信号输入接口和输出接口、JK触发器(U2D)组成，主、从电子控制单元的共用数字信号输入接口中锁存器(U10A)的输入端D1-D4口和JK触发器(U2D)的输入端6脚分别与数字信号输入电路(2)的输出端输出的起动停止信号、爆震信号、G1、G2和Ne信号连接，锁存器(U10A)的D0口与数字信号处理器(DSP1)的106脚连接，并通过数据总线与从电子控制元(ECU2)中的数字信号处理电路(DSP2)数据总线连接，共用输入接口中的或门(U11A)的一个输入端与从电子控制单元中的数字信号处理器(DSP2)的A9脚连接，主从电子控制单元的共用数字信号输出接口中锁存器(U10B)的输出端D0-D3口与控制信号输出电路(3)的输入端连接，共用数字信号输出接口的或门(U11B)的一个输入端与从电子控制单元的数字信号处理器(DSP2)的A11脚连接，数字电路输入电路(2)输出的R-P信号、HDL信号、空调开关信号、点火确认信号IGf与数字信号处理器(DSP1)的73、70、69、68脚连接，模拟信号输入电路(1)输出的水温传感器、负荷、氧传感器、进气温度传感器，蓄电池电压模拟信号分别与数字信号处理器(DSP1)的A/D转换输入端口74-78脚连接，点火控制信号输出端数字信号处理器(DSP1)的106、107、109脚与控制信号输出电路(3)的输入端连接，主电子控制单元(ECU1)中的数字信号处理器(DSP1)的串行外设接口45、48、49、51脚与从电子控制单元(ECU2)中的数字信号处理器(DSP2)的串行外设接口45、48、49、51脚对应连接。

3、按权利要求1所述的汽车发动机集中控制装置，其特征在于：从电子控制单元(ECU2)由数字信号处理器(DSP2)、扩展的定时器(U18)、接口芯片锁存器(U17)和与非门(U20A)构成的扩展四位键盘、扩展的两位显示器(U19A、U19B)、JK触发器(U12D)组成，数字信号输入电路(2)输出的R-P信号、IDL信号、空调开关信号、点火确认信号IGf分别与数字信号处理器(DSP2)的73、70、69、68脚连接，Ne信号经JK触发器(U12D)与数字信号处理器(DSP2)的捕捉单元输入端口64、67脚连接，模拟信号输入电路(1)输出的水温传感器、负荷、氧传感器、进气温度传感器、蓄电池电压模拟信号分别与数字信号处理器(DSP2)的A/D转换输入端口74-78脚连接，点火控制信号输出端数字信号处理器(DSP2)的106、107、109脚与控制信号输出电路(4)的输入端连接，数字信号处理器(DSP2)的A9脚、A11脚分别与主电子控制单元(ECU1)中的主、从电子控制单元共用的数字信号输入接口中的或门U11A输入端连接和输出接口的或门U11B输入端连接，数字信号处理器(DSP2)的串行外设接口45、48、49、51脚与主电子控制单元(ECU1)中数字信号处理器(DSP1)的串行外设接口45、48、49、51脚连接。

4、按权利要求1或2所述的汽车发动机集中控制装置，其特征在于：在主电子控制单元(ECU1)中还设有与门U4A、非门(U6C)及9线插座(DB9)构成的通用串口(U6)与外部计算机PC连接。