CN1217094C - 柴油/天然气双燃料发动机电子控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种柴油/天然气双燃料发动机的电子控制系统，选用摩托罗拉MC68332 32位微处理器，包括微控制器模块、数据采集模块、功率驱动及保护模块、电源模块、通信模块和显示及报警模块。微控制器模块由晶振、存储器和复位芯片组成。数据采集模块由模拟信号采集电路、开关量信号采集电路和脉冲信号采集电路组成。功率驱动及保护模块由功率驱动管和功率栅极驱动芯片组成。电源模块采用降压型PWM开关电源；通信模块采用MAX202芯片。显示及报警模块由一三极管和与其连接的指示灯组成；本发明的优点是：具有高抗干扰能力和可靠性，可以实现发动机工况判断、工作模式选择、MAP修正、故障诊断等功能。
Description
所属领域：
本发明属于一种电子控制系统，特别涉及一种全电控柴油/天然气双燃料发动机电子控制系统。
背景技术：
目前国内生产的柴油/天然气双燃料发动机对柴油量的控制一般在原机的柴油供给系统基础上添加一套机械限油装置，不能精确控制油量，排放指标差。在天然气供给方面，大多是采用机械混合器或单点电控装置，机械混合器是依据Venturi或孔板流量剂原理，通过机械弹簧根据空气进气量推动天然气控制阀完成天然气供给量的控制，这种装置在环境因素变化时很难精确控制天然气量和过量空气系数。相比之下电控单点喷射混合器虽然可以精确控制天然气量，但是它同机械混合器同样存在如下缺陷：1、由于天然气与空气的比重差很大，造成进气歧管中进气分层，各汽缸之间混合气的空燃比差异大，易爆震和高排放。2、对于增压机和二冲程机，由于气门重叠角大，造成扫气短路，使HC排放增大。3、带有进气门，使部分负荷经济性恶化。基于上述原因，我们研制出了全电控柴油/天然气双燃料发动机，从而实现低排放、高效率和高经济性的技术要求。而该技术方案的核心是要开发出高性能的电子控制系统。
发明内容：
本发明的目的就在于提供一种全电控柴油/天然气双燃料发动机的电子控制系统，它可根据发动机的运行工况和司机的操作要求实时控制引燃柴油量、各缸天然气喷射量和喷射定时以及过量空气系数，实现过量空气系数的最优控制。
本发明的技术方案是：一种全电控柴油/天然气双燃料发动机的电子控制系统，其特征在于：选用摩托罗拉MC68332 32位微处理器，包括微控制器模块、数据采集模块、功率驱动及保护模块、电源模块、通信模块和显示及报警模块；其中微控制器模块由晶振、存储器和复位芯片组成，它们均与MC68332 32位微处理器连接；数据采集模块由模拟信号采集电路、开关量信号采集电路和脉冲信号采集电路组成，模拟信号采集电路包括滤波电路和A/D模数转换器；滤波电路的输入端与发动机传感器连接，输出端与A/D模数转换器的输入端连接，A/D模数转换器的输出端与MC68332 32位微处理器的接口连接；开关量信号采集电路中的低通滤波器的输入端接启动开关的输出端，输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与MC68332 32位微处理器的接口连接；脉冲信号采集电路中的滤波电路的输入端与发动机传感器的输出端连接，滤波电路的输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与单稳态电路的输入端连接，单稳态电路的输出端与MC6833232位微处理器的接口连接；功率驱动及保护模块由功率驱动管TMOS和功率栅极驱动芯片IR2127组成，功率栅极驱动芯片IR2127的输入端分别与电磁阀和比例电磁铁的输出端连接，输出端与功率驱动管连接；电源模块采用以MAX727为主芯片构成的降压型PWM开关电源；通信模块采用MAX202芯片，该芯片的输入端与MC68332 32位微处理器的SCI接口连接，输出端与PC机连接；显示及报警模块由一与MC68332 32位微处理器连接的三极管和与其连接的指示灯组成。上述电源模块的输入端反向并联瞬变电压抑制二极管TVS。
本发明的优点是：本发明充分利用MC68332 32位微处理器极为丰富的硬件资源和强大的软件功能，采用较少的外围器件，实现复杂的控制，具有高抗干扰能力和可靠性。可以实现发动机工况判断(启动、怠速、加速、减速、超速工况)、工作模式选择(纯柴油、双燃料工作)、MAP修正(天然气喷射量、柴油喷射量、停缸数)、故障诊断、在线通讯、限速、无烟启动等功能。
附图说明：
图1为电子控制系统示意图
图2为电子控制系统的逻辑框图
图3为微处理器模块框图
图4为模拟信号采集电路的框图
图5为开关量信号采集电路框图
图6为脉冲量信号采集电路框图
图7为电源模块电路图
具体实施方式：
本发明中的电子控制系统可实现发动机工况判断(启动、怠速、加速、减速、超速工况)、工作模式选择(纯柴油、双燃料工作)、MAP修正(天然气喷射量、柴油喷射量)和故障诊断。当发动机运行时，电子控制单元首先要根据冷却水温、机油温度、压力、发动机转速、油门踏板位置进行工况的判断，再根据所在的工况选择工作模式，进行控制MAP的运行。为了保证发动机在MAP存储的最优过量空气系数下工作，电子控制单元可以根据发动机运行的实际情况(进气温度、压力、天然气温度、压力)实时修正天然气的喷射量、停缸数、柴油喷射量。发动机运行时，故障诊断模块时时监测各个系统的工作情况，当发生一些意外情况时，报警系统会发出警报并将发动机转入纯柴油工作模式。通讯系统可以方便地用于发动机的维修和检查。
如图1、2所示：发动机传感器的输出端与电子控制系统的输入端连接，电子控制系统的输出端与天然气喷嘴和比例电磁铁连接。上述电子控制系统选用摩托罗拉MC68332 32位微处理器，其中的功能模块包括微控制器模块、数据采集模块、功率驱动及保护模块、电源模块、通信模块和显示及报警模块。如图3所示：微控制器模块由MC68332 32位微处理器、晶振、存储器RAM、ROM和复位芯片Max707组成；如图4所示：数据采集模块由模拟信号采集电路、开关量信号采集电路和脉冲信号采集电路组成，模拟信号采集电路包括由电容和电阻组成的RC滤波电路和TLC1543模数转换器，滤波电路的输入端与天然气和空气的温度及压力、水温、机油温度、蓄电池电压、油泵齿条的位置反馈信息、油门踏板信号等传感器连接，输出端与TLC1543模数转换器的输入端连接，TLC1543模数转换器利用四根信号线Address、Data-Out、Clock、CS与MC6833232微处理器的SPI接口的MOSI、MISO、SCK、PCSI连接；其中温度信号和蓄电池电压要经过预处理后输入滤波电路。如图5所示：开关量信号采集电路中的低通滤波器的输入端接启动开关的输出端，输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与MC6833232微处理器的I/O接口连接。如图6所示：脉冲信号(主要包括同步、角标信号)采集电路中的滤波电路的输入端与传感器的输出端连接，滤波电路的输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与单稳态电路的输入端连接，单稳态电路的输出端与MC6833232微处理器的TPU模块连接；单稳态电路由可重新触发的多谐振荡器和定时元件组成。功率驱动及保护模块由功率驱动管TMOS和功率栅极驱动芯片IR2127组成，功率栅极驱动芯片IR2127的输入端分别与通用可编程逻辑器件(GAL)输出端相联，输出端与功率驱动管连接；如图7所示：电源模块采用以MAX727为主芯片构成的降压型PWM开关电源；通信模块采用MAX202芯片，该芯片的输入端与MC6833232微处理器的SCI接口连接，输出端与PC机连接；电源模块的输入端反向并联瞬变电压抑制二极管TVS。显示及报警模块由一与MC6833232微处理器连接的三极管和与其连接的指示灯组成。
本发明在结构上可采用印刷电路板PCB，即采用四层面板工艺。在元件布局上尽可能的将相关的元件放在一起，同时较多的考虑了模块的分区布置；在地线及电源线的布置上较多的考虑了抗干扰的措施；对于模拟信号，将其放在板上离干扰源最远的地方；且其地线单独布置并在电源处一点接地。对于象晶振这类高频元件其走线尽可能的短，并用地线屏蔽。实际运行及测试表明：PCB的布局较为合理，走线讲究，抗干扰能力好。
Claims (2)
1、一种柴油/天然气双燃料发动机的电子控制系统，其特征在于：选用摩托罗拉MC6833232位微处理器，包括微控制器模块、数据采集模块、功率驱动及保护模块、电源模块、通信模块和显示及报警模块；其中微控制器模块由晶振、存储器和复位芯片组成，它们均与MC6833232位微处理器连接；数据采集模块由模拟信号采集电路、开关量信号采集电路和脉冲信号采集电路组成，模拟信号采集电路包括滤波电路和A/D模数转换器；滤波电路的输入端与发动机传感器连接，输出端与A/D模数转换器的输入端连接，A/D模数转换器的输出端与MC6833232位微处理器的接口连接；开关量信号采集电路中的低通滤波器的输入端接启动开关的输出端，输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与MC6833232位微处理器的接口连接；脉冲信号采集电路中的滤波电路的输入端与发动机传感器的输出端连接，滤波电路的输出端与施密特触发器的输入端连接，施密特触发器的输出端与单稳态电路的输入端连接，单稳态电路的输出端与MC6833232位微处理器的接口连接；功率驱动及保护模块由功率驱动管TMOS和功率栅极驱动芯片IR2127组成，功率栅极驱动芯片IR2127的输入端分别与电磁阀和比例电磁铁的输出端连接，输出端与功率驱动管连接；电源模块采用以MAX727为主芯片构成的降压型PWM开关电源；通信模块采用MAX202芯片，该芯片的输入端与MC6833232位微处理器的SCI接口连接，输出端与PC机连接；显示及报警模块由一与MC6833232位微处理器连接的三极管和与其连接的指示灯组成。
2、根据权利要求1所述的柴油/天然气双燃料发动机的电子控制系统，其特征在于：上述电源模块的输入端反向并联瞬变电压抑制二极管TVS。
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