双燃料柴油机燃烧模式切换控制器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种双燃料柴油机燃烧模式切换控制器，包括单片机，串接在柴油喷嘴低端与原厂ECU低边驱动之间的阻断模块、与原厂ECU低边驱动相连的喷油脉冲捕获电路、与柴油喷嘴高端相连的高端驱动电路，与柴油喷嘴低端相连的低端驱动电路、选择指令处理电路、与油门踏板传感器相连的油门踏板处理电路、曲轴接口电路，所述单片机分别与喷油脉冲捕获电路、选择指令处理电路、油门踏板处理电路及曲轴接口电路连接。本发明实现燃烧模式切换、功率驱动、掺烧比控制、喷油定时控制功能。
【专利说明】双燃料柴油机燃烧模式切换控制器
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车电子领域，特别涉及双燃料柴油机燃烧模式切换控制器。
【背景技术】
[0002]为了使高压共轨柴油机也能燃用天然气燃料，除了要加装一套天然气供气装置夕卜，还要增加一套由软件控制的电子切换装置，既可以由软件根据发动机运行工况自动选择燃烧模式，也可以让驾驶员手动选择原有的纯柴油模式还是新的双燃料模式。纯柴油模式的燃烧本质是压燃，双燃料模式燃烧的本质是少量柴油被压燃后点燃发动机气缸内剩余的天然气，柴油不仅充当燃料，而且充当点火装置的角色。更进一步，双燃料模式又可分为被动掺烧与主动掺烧两种。被动掺烧是指柴油仍由原厂柴油ECU(电子控制单元)负责喷射控制，新增的掺烧ECU仅负责屏蔽原厂ECU的部分驱动脉冲和控制天然气供应。在双燃料被动掺烧模式下，柴油喷射规律仍采用原纯柴油模式下设计好的规律。主动掺烧是指新增的掺烧ECU，不仅负责天然气供应控制，还能脱离原厂ECU独立控制柴油喷射，此时柴油喷射可按双燃料掺烧重新优化设计。但不管哪种模式，都需要一套电子装置，切换柴油喷嘴控制权。所以双燃料燃烧模式切换装置的设计既要降低切换装置的复杂性以提高系统可靠性，又希望能主动控制柴油喷嘴，有足够的灵活性以便于系统优化。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种双燃料柴油机燃烧模式切换控制器。
[0004]本发明采用如下技术方案:
[0005]一种双燃料柴油机燃烧模式切换控制器，包括单片机、串接在柴油喷嘴低端与原厂ECU低边驱动之间的阻断模块、与原厂ECU低边驱动相连的喷油脉冲捕获电路、与柴油喷嘴高端相连的高端驱动电路，与柴油喷嘴低端相连的低端驱动电路、选择指令处理电路、与油门踏板传感器相连的油门踏板处理电路、曲轴接口电路，所述单片机分别与喷油脉冲捕获电路、选择指令处理电路、油门踏板处理电路及曲轴接口电路连接。
[0006]所述阻断模块由IGBT管SW与功率电阻Rl并联构成，所述IGBT管SW的集电极与柴油喷嘴低端相连，所述IGBT管SW的发射极与原厂ECU低边驱动场效应管的漏极相连，所述IGBT管SW的门极由单片机驱动控制。
[0007]所述高端驱动电路包括与电池相连接的第一场效应管HS1、与升压电压相连的第二场效应管HS2及串接在第一场效应管HSl及柴油喷嘴高端之间的隔离二极管D1。
[0008]所述低端驱动电路包括第三场效应管LS，所述第三场效应管LS —端与柴油喷嘴低端连接，另一端与电流测量电阻R2的一端连接，所述电流测量电阻R2的另一端接地。
[0009]所述单片机具体为32位TM320F28035，且内置并行处理控制规律加速器。
[0010]所述油门踏板位置处理电路包括差动平衡放大器及油门踏板位置传感器，所述差动平衡放大器与油门踏板位置传感器连接。[0011]所述选择指令处理电路包括纯柴油模式、双燃料被动燃烧及双燃料主动掺烧模式。
[0012]所述喷油脉冲捕获电路由隔离二极管D4及比较器Vl构成，所述比较器的正端经隔离二极管D4及限流电阻R3上拉至电源Vcc。
[0013]本发明的有益效果:
[0014](I)既能实现最简洁的被动掺烧控制，又能实现复杂但性能最优的主动掺烧控制，大大提高柴油/天然气双燃料系统适用范围；
[0015](2)通过获取发动机曲轴位置计算发动机转速，结合油门踏板位置变化信息，既能精确控制双燃料掺烧比，又能控制最佳喷油定时；
[0016](3)采用双核单片机(主CPU+辅CLA)，单片机的主CPU核负责掺烧控制。单片机的辅CLA核负责原厂ECU柴油喷射脉冲宽度的精确测量，避免主CPU计算负荷过重，单一CPU无法完成所有高速运算功能，无需外扩可编程逻辑阵列。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明双燃料柴油机燃烧模式切换控制器的结构示意图；
[0018]图2是图1中喷油脉冲捕获电路的示意图；
[0019]图3(a)是图1中选择指令处理电路中SW2的电路示意图，图3(b)是图1中选择指令处理电路中SW3的电路意图；
[0020]图4是图1中油门踏板处理电路示意图；
[0021]图5是本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0023]实施例
[0024]如图1所示，一种双燃料柴油机燃烧模式切换控制器，包括单片机，串接在柴油喷嘴低端与原厂ECU低边驱动之间的阻断模块、与原厂ECU低边驱动相连的喷油脉冲捕获电路、与柴油喷嘴高端相连的高端驱动电路，与柴油喷嘴低端相连的低端驱动电路、选择指令处理电路、与油门踏板传感器相连的油门踏板处理电路、曲轴接口电路，所述单片机分别与喷油脉冲捕获电路、选择指令处理电路、油门踏板处理电路及曲轴接口电路连接。
[0025]所述单片机具体为32位TM320F28035，且内置并行处理控制规律加速器(CLA)，单片机是整个燃烧模式切换控制器的核心，当驾驶员通过选择指令处理电路选择被动掺烧模式，单片机中的CLA记录喷油脉冲捕获电路输入的原厂ECU喷油驱动脉冲宽度，从而统计出当前工况发动机所需的燃料量。
[0026]如图1所示，所述阻断模块由IGBT管SW与功率电阻Rl并联构成。IGBT管SW的集电极与柴油喷嘴低端相连，所述IGBT管SW的发射极与原厂ECU低边驱动场效应管的漏极相连，所述IGBT管SW的门极由单片机驱动控制。
[0027]如图2所示，所述喷油脉冲捕获电路由隔离二极管D4及比较器V1构成，所述比较器的正端经隔离二极管D4及限流电阻R3上拉至电源Vcc，处理后的脉冲经单片机的通用输入输出GPIO接口输入至单片机的CLA。
[0028]VD为原厂E⑶低边驱动场效应管的漏极电压。燃烧切换控制器内部电压Vcc经限流电阻R3和隔离二极管D4与VD相连。VD还与比较器V1的正输入端相连，VT是控制器提供的比较参考电压，与比较器V1的负输入端相连。当原厂E⑶的低边场效应管开通时，VD<VT,比较器输出低电平，当原厂E⑶低边场效应管关断时，VD>VT,比较器输出高电平，比较器Vl的输出接至单片机的GPIO 口，单片机内部的CLA以4us采样周期不断检测GPIO 口的电平高低，从而累加计算原厂ECU的柴油喷油脉冲宽度，单片机的CPU根据所捕获的喷油脉宽计算出发动机所需的燃料供应量。
[0029]如图1所示，所述高端驱动电路包括与电池VBatt相连接的第一场效应管HSl、与升压电压Vboost2相连的第二场效应管HS2及串接在第一场效应管HSl及柴油喷嘴高端之间的隔离二极管D1，所述Vboost2是单片机外部的DC/DC升压器把电池电压升至Vboost2。该高压主要是为了快速开启喷油嘴。
[0030]所述低端驱动电路包括第三场效应管LS，所述第三场效应管LS —端与柴油喷嘴低端连接，另一端与电流测量电阻R2的一端连接，用于测量驱动电流，所述电流测量电阻R2的另一端接地。
[0031]如图3(a) (b)所示为选择指令处理电路，开关SW2负责选择纯柴油模式和双燃料模式；开关SW3负责选择被动掺烧和主动掺烧；开关信号经缓冲器芯片74HCT244的缓冲器输入至单片机的GPIO 口。
[0032]如图4所示为油门踏板处理电路，所述切换控制器与原厂柴油电控系统共用油门踏板位置传感器。为确保不干扰原厂电控系统，采用具有极大输入阻抗的平衡差动放大电路。踏板位置信号TOL+经电阻R7接至运算放大器V4的正输入端，PDL-经电阻R8接至V5的正输入端，V4、V5的输出经电阻接至运算放大器V6的正负输入端，构成平衡差动放大器，既能滤除位置传感器受到的共模干扰，又不影响位置传感器的信号输出。
[0033]图5为燃烧模式切换控制器中单片机的工作流程框图。当单片机上电后，其内部的CPU与CLA同时上电初始化，CPU与CLA并行运算。
[0034]CLA仅执行一个软件任务，即捕获原厂ECU各个柴油喷嘴的驱动脉冲宽度，并把捕获的信息放在单片机内部的通信缓冲器中。所以每隔4微妙产生CLA软件中断服务，在中断响应服务中，CLA扫描相应GPIO的电平状态，从而统计原厂ECU的柴油喷射脉冲宽度。
[0035]初始化后，切换控制器判断驾驶员的选择，是纯柴油模式还是掺烧模式，若选为掺烧模式，则进一步判断是主动掺烧模式还是被动掺烧模式。
[0036]当选择双燃料被动掺烧模式时，CPU根据预设的数据和CLA捕获的信息，阻断原厂ECU的部分柴油驱动脉冲，实现减少柴油喷射量的目的。
[0037]如果驾驶员选择主动掺烧模式，则IGBT功率管SW完全关断，阻断原厂ECU的全部柴油喷射驱动脉冲，使喷油嘴不受原厂ECU控制，同时柴油喷嘴由掺烧ECU控制。大功率电阻Rl并联在SW的集电极与发射极之间，当SW断开时，它使原厂ECU的低边驱动经本电阻与柴油喷嘴连接，当原厂ECU高边、低边功率场效应管导通时，则仍有一定电流流过原厂ECU的低边驱动管，保证脉冲捕捉电路仍能捕捉到原厂ECU的柴油驱动脉冲。与此同时，流经Rl电阻的电流较小，不足以开启柴油喷嘴电磁阀，不产生机械运动，不会往发动机气缸喷柴油。[0038]当选择主动掺烧模式，单片机的CPU通过测量油门踏板位置、油门加减速状况、发动机曲轴转速，自主计算总体的燃料供应量，确定柴油/天然气的掺烧比，通过控制高边驱动第一、第二场效应管HSl及HS2与低边驱动第三场效应管LS在最优的喷油时刻开始喷油，既控制柴油喷射量，又控制喷油定时。
[0039]当驾驶员选择纯柴油模式时，在该模式下，IGBT导通，且掺烧E⑶关闭自己的柴油喷射驱动HS与LS，喷油嘴仅受原厂ECU控制。
[0040]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种双燃料柴油机燃烧模式切换控制器，其特征在于，包括单片机、串接在柴油喷嘴低端与原厂ECU低边驱动之间的阻断模块、与原厂ECU低边驱动相连的喷油脉冲捕获电路、与柴油喷嘴高端相连的高端驱动电路，与柴油喷嘴低端相连的低端驱动电路、选择指令处理电路、与油门踏板传感器相连的油门踏板处理电路、曲轴接口电路，所述单片机分别与喷油脉冲捕获电路、选择指令处理电路、油门踏板处理电路及曲轴接口电路连接。
2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述阻断模块由IGBT管(SW)与功率电阻(Rl)并联构成，所述IGBT管(SW)的集电极与柴油喷嘴低端相连，所述IGBT管(SW)的发射极与原厂ECU低边驱动场效应管的漏极相连，所述IGBT管(SW)的门极由单片机驱动控制。
3.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述高端驱动电路包括与电池相连接的第一场效应管(HSl)、与升压电压相连的第二场效应管(HS2)及串接在第一场效应管(HSl)及柴油喷嘴高端之间的隔离二极管(Dl)。
4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述低端驱动电路包括第三场效应管(LS)，所述第三场效应管(LS) —端与柴油喷嘴低端连接，另一端与电流测量电阻(R2)的一端连接，所述电流测量电阻(R2)的另一端接地。
5.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述单片机具体为32位TM320F28035，且内置并行处理控制规律加速器。
6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述油门踏板位置处理电路包括差动平衡放大器及油门踏板位置传感器，所述差动平衡放大器与油门踏板位置传感器连接。
7.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述选择指令处理电路包括纯柴油模式、双燃料被动燃烧及双燃料主动掺烧模式。
8.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述喷油脉冲捕获电路由隔离二极管(D4)及比较器(Vl)构成，所述比较器的正端经隔离二极管(D4)及限流电阻(R3)上拉至电源(Vcc)。
【文档编号】F02D19/08GK104005864SQ201410220357
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】肖兵, 占文喜 申请人:华南理工大学