柴油发动机油门控制装置的制作方法

本实用新型涉及发动机控制
技术领域：
，涉及一种柴油发动机油门控制装置。
背景技术：
：目前工程设备上普遍采用电喷技术或电控技术的柴油发动机都自带电子控制器(ElectronicControlUnit，ECU)，可通过CAN总线来进行发动机转速的控制和调节。随着CAN总线技术的普及，以及CAN总线有着接线少、抗干扰强、转速控制方式多样、故障代码可直接读取等优点，越来越多厂商采用带CAN总线的油门位置传感器(总线油门)或通过某种装置将模拟量的油门位置传感器转换为CAN总线报文向发动机控制器(E_ECU)发送油门转速指令。在工程设备中，油门位置传感器(APS)大多采用的档位控制方式，即将油门转速分为多个档位(如10档或11档等)，各档位的目标转速由制造厂家预先标定好，提供给客户使用，这种油门位置传感器又名油门档位传感器，因使用简单方便，已为广大客户所接受。但是存在以下几个问题：1、油门档位传感器档位个数是固定的(目前市场上主流是10档)，客户有特殊需求时，则必须重新订制，时间长成本高；2、油门档位传感器大多是模拟量信号，对供电电压稳定性要求高，往往需要配备独立稳压电源模块，增加成本以及电路设计的复杂性及故障点；3、油门档位传感器是发动机油门控制的关键部件，由于大多工程设备使用环境较恶劣，对其的可靠性要求较高因而价格较高，特别对于参数精度高、环境适应性好的油门档位传感器价格更加昂贵。申请号为200920063042.4的实用新型专利文献公开了一种发动机远程油门调节装置，包括PLC控制器、数值模拟转换模块和三挡自复位开关及发动机电子控制单元，PLC控制器的两个数字输入端分别与远程油门大小的三挡自复位开关的两触电的一端相接，三挡自复位开关的两触点的另一端并接后与PLC控制器的数字输入公共端相接；PLC控制器内的模拟量输出正负端分别与发动机电子控制单元的远程油门调节模拟量输入正、负端相接；PLC控制器的数字量输出继电器触点的两端分别与发动机电子控制单元的远程油门开关指令信号的两端相接。该实用新型虽然可以实现按照动作要求的转速联动调节发动机油门的大小，但是该装置规避了与电控发动机进行CAN总线通讯的问题，通信性能不够，也不能连接CAN设备。申请号为201510195195.4的实用新型专利申请公开了一种总线油门及其控制方法，包括电子油门、发动机ECU、主控制器与无线遥控装置，所述发动机ECU的CAN总线、主控制器的CAN线与无线遥控装置的CAN线并接入CAN1939总线，所述发动机控制器与主控制器通过CAN总线进行信号通讯，所述电子油门的输出信号经U/I隔离放大器转换后进入主控制器。该文献虽然公开了将模拟量的电子油门转换成总线油门，发动机控制器与主控制器通过CAN总线进行信号通讯；但是该总线油门中，当发动机转速由电子油门控制时，由传感器检测油门踏板高度位置，当发动机转速由无线遥控装置上的无线油门控制时，也是由传感器检测无线油门开关位置，都是通过传感器反馈油门节气门位置信号来控制调节当前转速的,对供电电压稳定性要求高,油门档位调节也不能灵活设置。技术实现要素：本实用新型的主要目的是提出一种柴油发动机油门控制装置，旨在解决现有的柴油发动机油门传感器容易出现故障以及档位调节不灵活的问题。为实现上述目的，本实用新型提出的柴油发动机油门控制装置，包括加档点动开关、减档点动开关、发动机油门控制装置和发动机控制器；所述发动机油门控制装置包括依次连接的档位信号处理模块、专用控制器和CAN总线模块；所述加档点动开关、减档点动开关的输出端与档位信号处理模块连接，所述档位信号处理模块包括脉冲信号接收器、光电耦合器和滤波器，用于将所述加档点动开关或减档点动开关传来的脉冲信号转换为数字量信号；所述CAN总线模块连接发动机控制器，所述专用控制器用于根据所述档位信号处理模块传来的数字量信号，提取对应档位的转速信号，并转换为CAN报文信息通过所述CAN总线模块发送至发动机控制器，用以控制发动机以对应的转速运行。优选地，所述发动机油门控制装置连接外围控制装置，所述外围控制装置与所述CAN总线模块连接，所述外围控制装置连接怠速压力开关或怠速压力传感器，用于根据怠速压力开关或怠速压力传感器检测到的液压系统压力信号，经延时后，一路控制调节液压泵的功率，另一路作为怠速信号通过CAN总线发送给所述发动机控制器，控制发动机以怠速转速运行。优选地，所述专用控制器通过CAN总线模块连接怠速压力开关或怠速压力传感器，所述怠速压力开关或怠速压力传感器连接所述发动机油门控制装置内，所述专用控制器用于根据所述怠速压力开关或怠速压力传感器检测到的液压系统压力信号，将怠速指令通过CAN总线模块发送给发动机控制器，控制发动机怠速运行。优选地，所述专用控制器通过CAN总线模块连接显示/输入设备，所述显示/输入设备用于设定和修改发动机油门档位个数、油门档位对应的油门转速、自动怠速的预设延时时间、怠速压力传感器的动作压力值等，并将修改后的数据显示并保存，同时通过CAN总线模块发送给所述专用控制器执行。与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果：一、现有的柴油发动机普遍是采用模拟量的油门位置传感器来实现档位控制，油门位置传感器的参数精度要求高，以及非线性度、重复精度、温度系数、振动和冲击等指标要求，故障率相对高，价格昂贵，本实用新型采用了开关量的点动开关，结构简单，使用寿命长，故障率低，价格低廉且容易获得，大大降低了采购成本和维护成本。二、由于油门档位传感器是模拟量信号，有较高的精度要求，因此需要稳定的稳压电源来给其供电，在实际应用中，出现过在线路上增加稳压电源导致线路发热烧坏线路，也有进口控制器厂商应用户要求在控制器内增加稳压电源导致控制器故障大大上升的案例，本实用新型采用点动开关，没有精度要求，不需要稳压电源，大大减少了故障点和故障率，线路设计简单且可靠性提高。三、现在采用的油门位置传感器是机械定位的，档位个数不能改变，如果档位数量改变或某个档位出现问题，则需要更换油门位置传感器，成本高；而本实用新型点动开关可以很灵活地实现档位自由设定，只需在油门控制装置中预设好最低档位及最高档位即可；并且，设置了最高档位，也有效避免了发动机失速危险。四、由于两个点动开关可能出现同时动作的可能，或者出现故障导致两个开关的输入同时有效，在专用控制器的控制程序中增加了互锁保护功能，即当两个点动开关的输入端同时有效时，程序中将两个输入端均置为无效，防止误触或线路故障导致的意外和危险。五、实用新型专利申请文献200920063042.4《一种发动机远程油门调节装置》中开关与控制器及发动机电子控制单元都是通过电线连接，电线数量多，线路复杂，可靠性降低，提高了维修难度，而且若要获取转速、油压、水温等其它数据，需要更多的传感器和布线，数据传输复杂，数据处理多重复，处理效率低，这种传统老式的油门调节装置早已不能满足现在工程机械电控发动机各检测部分和执行部分的数据通信需求。而现有的采用CAN总线进行信号通讯的发动机油门都是采用油门位置传感器进行发动机转速调节的，采用油门位置传感器不仅对供电电压要求特别高，电压不稳定容易发生危险事故，而且不能实现档位个数自由设定。本实用新型开创性地首次提出点动开关与CAN总线结合的方式，先采用开关量的点动开关实现油门档位的自由设定和灵活调节，油门档位和油门转速一一对应也使油门转速稳定可靠，再采用CAN总线实现油门档位调节装置与发动机控制器或各检测部件的数据通信，采用CAN总线的发动机控制器与油门档位调节装置之间只需两条信号线即可实现信号传递，节省了布线成本，将发动机油门控制装置接入CAN总线后，发动机控制器通过CAN总线模块获取专用控制器发送来的转速指令更快更稳定，发动机控制器也可通过CAN总线直接读取发动机所有数据，如转速、水温、机油压力等数据，可节省安装水温传感器、转速传感器、机油压力传感器等，以及发动机故障诊断信息，数据准确可靠。六、所述CAN总线模块还可以与其它外围控制设备进行通信，将所述发动机油门控制装置内的油门档位数据发送给其它外围控制设备，使其从CAN总线中获取发动机控制装置的转速等信息，再根据连接的水温、机油压力等传感器传来的数据，或外部控制输入的信息，对这些数据进行分析处理，实现其它功能控制输出。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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本实用新型一实施例的提出的柴油发动机油门控制装置的结构原理示意图；图2为图1中的发动机油门控制装置的结构原理示意图；图3为图1中发动机油门控制装置连接外部设备的原理示意图；图4为图1提出的柴油发动机控制装置的控制方法流程图。本实用新型的附图标号说明：标号名称标号名称11加档点动开关23CAN总线模块12减档点动开关3发动机控制器2发动机油门控制装置4显示/输入设备21档位信号处理模块5外围控制装置22专用控制器本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。本实用新型提出一种柴油发动机油门控制装置及其控制方法。图1为本实用新型一实施例的提出的柴油发动机油门控制装置的结构原理示意图；图2为图1中的发动机油门控制装置的结构原理示意图；图3为图1中发动机油门控制装置连接外部设备的原理示意图；图4为图1提出的柴油发动机油门控制装置的控制方法流程图。请参阅图1至图4，柴油发动机油门控制装置，包括加档点动开关11、减档点动开关12、发动机油门控制装置2和发动机控制器3；所述发动机油门控制装置2包括依次连接的档位信号处理模块21、专用控制器22和CAN总线模块23。所述加档点动开关11、减档点动开关12的输出端与档位信号处理模块21连接，所述加档点动开关11、减档点动开关12为两个按完可以自复位的点动开关，分别对应“油门+”和“油门-”功能，即每按一次，分别发送一次“油门+”脉冲信号和“油门-”脉冲信号到所述档位信号处理模块21。不限定地，所述加档点动开关和减档点动开关也可以用一个三挡自复位开关实现。所述档位信号处理模块21包括脉冲信号接收电路、光电耦合电路和滤波电路，通过所述脉冲信号接收电路接收点动开关发来的“油门+”或“油门-”指令，通过光电耦合电路将接收的脉冲信号进行隔离转换，以排除干扰，更好地将脉冲信号进行转化和利用，还通过滤波电路使输出电信号稳定。所述专用控制器22先进行油门标定，将发动机转速与油门进行档位一一对应，其中设定有最高档位值和最低档位值；所述专用控制器22内含档位计数器，在发动机启动时，所述档位计数器置1档。对于所述档位信号处理模块21发送来的脉冲信号，所述专用控制器22先判断该信号是否有效，因为当加档点动开关11和减档点动开关12同时触发，油门档位一个加一个减，所以，若同时接收到一个加档脉冲信号和一个减档脉冲信号，即通过程序判断这两个信号为无效信号，若接收到单个加档脉冲信号或单个减档脉冲信号，则判断该信号为有效信号，由此来确保输入的脉冲信号不是误输入或线路故障或其它干扰信号。然后，所述档位计数器根据接收到有效的脉冲信号的个数进行增加或减小。按动加档点动开关11一次，所述档位计数器的档位值+1，得到目标档位值；所述专用控制器22判断该目标档位值是否等于预设的最高档位值，若是，则维持原档位，若否，则提取所述目标档位值对应的转速值，将其转换为标准CAN报文，通过所述CAN总线模块23将转速指令发送至所述发动机控制器3。按动减档点动开关12一次，所述档位计数器的档位值-1，得到目标档位值；所述专用控制器22判断该目标档位值是否等于预设的最低档位值，若是，则维持原档位，若否，则提取所述目标档位值对应的转速值，将其转换为标准CAN报文，通过所述CAN总线模块23将转速指令发送至所述发动机控制器3。所述发动机控制器3根据收到的CAN报文信号，控制发动机运行在相应的转速。由此使得，一、现有的柴油发动机普遍是采用模拟量的油门位置传感器来实现档位控制，油门位置传感器的参数精度要求高，以及非线性度、重复精度、温度系数、振动和冲击等指标要求，故障率相对高，价格昂贵，本实用新型采用了开关量的点动开关，结构简单，使用寿命长，故障率低，价格低廉且容易获得，大大降低了采购成本和维护成本。二、由于油门档位传感器是模拟量信号，有较高的精度要求，因此需要稳定的稳压电源来给其供电，在实际应用中，出现过在线路上增加稳压电源导致线路发热烧坏线路，也有进口控制器厂商应用户要求在控制器内增加稳压电源导致控制器故障大大上升的案例，本实用新型采用点动开关，没有精度要求，不需要稳压电源，大大减少了故障点和故障率，线路设计简单且可靠性提高。三、现在采用的油门位置传感器是机械定位的，档位个数不能改变，如果档位数量改变或某个档位出现问题，则需要更换油门位置传感器，成本高；而本实用新型点动开关可以很灵活地实现档位自由设定，只需在油门控制装置中预设好最低档位及最高档位即可；并且，设置了最高档位，也有效避免了发动机失速危险。四、由于两个点动开关可能出现同时动作的可能，或者出现故障导致两个开关的输入同时有效，在专用控制器的控制程序中增加了互锁保护功能，即当两个点动开关的输入端同时有效时，程序中将两个输入端均置为无效，防止误触或线路故障导致的意外和危险。五、实用新型专利申请文献200920063042.4《一种发动机远程油门调节装置》中开关与控制器及发动机电子控制单元都是通过电线连接，电线数量多，线路复杂，可靠性降低，提高了维修难度，而且若要获取转速、油压、水温等其它数据，需要更多的传感器和布线，数据传输复杂，数据处理多重复，处理效率低，这种传统老式的油门调节装置早已不能满足现在工程机械电控发动机各检测部分和执行部分的数据通信需求。而现有的采用CAN总线进行信号通讯的发动机油门都是采用油门位置传感器进行发动机转速调节的，采用油门位置传感器不仅对供电电压要求特别高，电压不稳定容易发生危险事故，而且不能实现档位个数自由设定。本实用新型开创性地首次提出点动开关与CAN总线结合的方式，先采用开关量的点动开关实现油门档位的自由设定和灵活调节，油门档位和油门转速一一对应也使油门转速稳定可靠，再采用CAN总线实现油门档位调节装置与发动机控制器或各检测部件的数据通信，采用CAN总线的发动机控制器与油门档位调节装置之间只需两条信号线即可实现信号传递，节省了布线成本，将发动机油门控制装置接入CAN总线后，发动机控制器通过CAN总线模块获取专用控制器发送来的转速指令更快更稳定，发动机控制器也可通过CAN总线直接读取发动机所有数据，如转速、水温、机油压力等数据，可节省安装水温传感器、转速传感器、机油压力传感器等，以及发动机故障诊断信息，数据准确可靠。进一步地，所述专用控制器22通过CAN总线模块23连接怠速压力开关或怠速压力传感器，所述怠速压力开关或怠速压力传感器连接所述发动机油门控制装置2。所述发动机油门控制装置2通过怠速压力开关或怠速压力传感器检测液压系统压力信号，并发送至所述专用控制器，所述专用控制器判断该液压系统压力信号稳定有效后，经过预设时间的延时，将怠速指令转换成CAN总线报文，并通过所述CAN总线模块发送给发动机控制器，以控制发动机在怠速运行。所述怠速压力开关用于检测液压系统压力，因为当检测到液压系统压力低时，表明发动机不对外做功，这个时候如果发动机工作的转速高则油耗高。当检测到液压系统压力低时，所述怠速压力开关的动作信号通过CAN总线模块23传输至所述专用控制器22，所述专用控制器22经过逻辑判断该动作信号有效(即经过延时与滤波处理后，确认该动作信号是由怠速压力开关触发的持续性的稳定信号)后，经过预设时间的延时，将怠速指令转换为CAN总线报文通过所述CAN总线模块23发送给所述发动机控制器3，使发动机控制器3控制发动机转速降下来，以达到节能减耗的作用。当液压系统压力升高时，表明发动机开始工作了，所述怠速压力开关的动作信号通过CAN总线模块23传输至所述专用控制器22，所述专用控制器22通过调取当前档位转速值，并将其转换为CAN总线报文通过所述CAN总线模块发送给所述发动机控制器3，控制发动机转速升高回到原来的正常转速，以保证设备正常工作。同理，所述怠速压力传感器用于采集液压系统的压力数值，也是用于实现发动机自动怠速。所述专用控制器22的程序中有一个设定值，所述专用控制器22接收到所述怠速压力传感器传来的压力数值后，会不断将这个压力数值与程序里设定值进行比较，当达到设定值时，就会进行怠速动作，通过CAN总线控制发动机控制器3调节转速，当压力低于设定压力值时，降低发动机转速以怠速转速运行，当压力高于设定值时，转速则回到原来的正常工作转速。或者，所述发动机油门控制装置2连接外围控制装置5，所述外围控制装置5与所述CAN总线模块23连接，所述外围控制装置5连接怠速压力开关或怠速压力传感器；所述怠速压力开关或怠速压力传感器将液压系统压力信号发送至所述外围控制装置5，所述外围控制装置5通过CAN总线模块23获取所述专用控制器22内的档位信息和转速信息，所述外围控制装置根据液压系统压力信号、档位信息和转速信息控制外部的电比例阀，进而调节发动机液压泵的功率。由此，当机器不工作时，所述外围控制装置5将所述怠速压力开关或怠速压力传感器检测到的压力电信号，经延时后，一路控制液压泵的排量调到最小值，另一路作为怠速信号，所述发动机控制器3通过CAN总线获取怠速信号，控制发动机以怠速转速运行。进一步地，所述专用控制器22通过所述CAN总线模块23连接显示/输入设备4。所述显示/输入设备可以为触摸显示屏、带按键显示屏或其它显示输入设备。所述显示/输入设备与发动机油门控制装置2通过CAN总线连接，所述显示/输入设备通过定制的通讯协议进行数据传输，通过显示/输入设备可以对油门档位对应的油门转速进行设定和修改，包括自动怠速的预设延时时间、怠速压力传感器的动作压力值等，修改后的数据由显示/输入设备保存并通过CAN总线发送给发动机油门控制装置2并执行。由此使得，所述CAN总线模块23还可以与其它外围控制设备进行通信，将所述发动机油门控制装置2内的油门档位数据发送给其它外围控制设备，使其从CAN总线中获取发动机控制装置3的转速等信息，再根据连接的水温、机油压力等传感器传来的数据，或外部控制输入的信息，对这些数据进行分析处理，实现其它功能控制输出。本实用新型所述柴油发动机油门控制装置的控制方法，包括：S1，档位信号处理模块接收加档点动开关或减档点动开关传来的脉冲信号；S2，所述档位信号处理模块对脉冲信号进行预处理，转换为数字量信号；S3，专用控制器预先通过油门标定，将发动机转速与油门档位一一对应,且在发动机启动时,档位加减计数器置1档；S4，所述专用控制器接收所述档位信号处理模块传来的数字量信号，判断该信号是否有效，若有效，则在当前油门档位上加1或减1，得到目标档位；S5，所述专用控制器判断目标档位数值是否高于预设最高档位数值或低于预设最低档位数值，若是，则维持原档位，若否，则提取出目标档位数值对应的转速值，并将该转速值转换为CAN报文信号，再通过CAN总线模块发送至发动机控制器；S6，所述发动机控制器根据收到的CAN报文信号，控制发动机运行在相应的转速。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页1 2 3