电控EGR阀（精选四篇）
电控EGR阀 篇1
EGR(Exhaust Gas Recirculation)系统是一种在一定条件下将发动机排出的一部分废气引入气缸,引入的废气在气缸内占据一部分的燃烧室容积,影响到可燃混合气的充入,降低了进入发动机燃烧室的新鲜空气量的相对比例。这样在混合气的燃烧过程中,火焰传播速度减慢,同时,进入气缸的废气吸收混合气燃烧所产生的热量,降低了混合气燃烧的温度,从而抑制NOx的生成。发动机采用EGR系统是目前降低NOx的一种有效方法。
2 EGR阀的作用与分类
2.1 EGR阀的作用
在EGR系统中,由于废气被引入到气缸,会使混合气的浓度和着火性能下降,影响到发动机的功率输出,因此必须对废气进入到气缸的时间和进入量进行控制,即为了保证汽车发动机的正常运转功能,EGR系统需要使废气循环量与节气门开度具有一定的比例关系。
2.2 EGR的控制策略
2.2.1 发动机低温、怠速和低负荷时,NOx的排放量少,不进行废气再循环。
2.2.2 发动机大负荷、高速、急加速时,混合气的浓度较高,NOx的排放量较少,不进行废气再循环。
2.2.3 发动机部分负荷时,随着负荷的增加,废气再循环量适当增加。
在EGR控制系统中,EGR阀是一个关键部件,它可以根据发动机的实际工况及工作条件的变化自动调整参与再循环的废气量。一般机械式控制的EGR阀即使采用能进行比较复杂控制的机械式控制装置,其控制的范围也有所限制。而电脑控制的EGR阀,不仅结构简单,而且能对参与再循环的废气量进行较大范围的控制,所以现代汽车电控发动机大部分都采用电控EGR阀系统。如图1所示,在电控EGR系统中,通过一个特殊的通道将排气管与进气管接通,在该通道上安装有电控EGR阀(废气再循环系统阀门),通过控制EGR阀的开关和开度的大小,控制参与再循环的废气量的多少。
电控EGR阀按照结构原理的不同可以分为真空膜片式EGR阀、数字式EGR阀、线性EGR阀三种。
3 各种电控EGR阀的结构及性能比较
3.1 各种电控EGR阀对照比较表
3.2 真空膜片式EGR阀
真空膜片式EGR阀的基本结构如图2所示。其工作原理是:EGR阀橡胶膜片的一侧连接一根阀杆,另一侧与弹簧相连,弹簧在常态下的作用是保持锥形阀紧压在阀座上,使EGR阀处于关闭的状态。当从真空口加在橡胶膜片上的真空度足够大,能够克服大弹簧的弹力时,阀杆被拉离原位,将EGR阀打开,使少量废气从排气管通过EGR阀进入进气管(如图3所示);当从真空口加在橡胶膜片上的真空力小于大弹簧的弹力时,膜片带动阀杆移动,使锥形阀重新压紧在阀座上,使EGR阀关闭。所以EGR阀开度的大小是由真空口的真空度控制,并随真空口的真空度的增加而增大,而真空口的真空度由受ECU控制的EGR电磁阀控制。
真空膜片式EGR阀主要在日本车系、福特车系和早期的通用车系上被广为运用。早期的真空膜片式EGR阀主要用于开环控制的EGR系统,现在也用于闭环控制的EGR系统。
真空膜片式EGR阀控制的EGR系统的工作原理如图4所示,发动机的ECU综合发动机温度、转速、油门开度等信息并结合接收到的EGR工作状况的反馈信息,通过真空调节电磁阀控制传送到EGR阀真空口的真空度,从而控制和调节EGR阀的开度大小,控制参与再循环的废气量。该系统的控制近似于一种纯机械的控制方式。由于控制真空的管路极易受到橡胶老化、废气中的排放物形成的积碳的影响,从而影响到EGR系统工作的准确性和可靠性。
3.3 数字式EGR阀
数字式EGR阀构造见图5,实物见图6,一个数字式EGR阀内有三个由发动机ECU直接操纵的常闭开关电磁阀,每个电磁阀都有一个可动柱塞,每个柱塞的锥形端与一个限流孔的阀座密封贴合,单个电磁阀的构造见图7。当给任何一个电磁阀通电时,该电磁阀的柱塞就会升起,使柱塞的锥形端离开限流孔的阀座,废气就会通过限流孔进入进气歧管内。每个电磁阀和限流孔具有不同的直径尺寸,限流孔直径尺寸示意图见图8。ECU可以驱动三个电磁阀中的一个、两个或全部三个电磁阀动作,构成7种不同的通道截面,产生7种不同组合的流量,具体组合方式如表1,这样就可以较精确地控制废气循环(EGR)系统所需的废气量,保证发动机在大部分工况下,获得最佳的NOx的控制效果。
数字式EGR阀主要被装备在别克和雪佛兰早期的3.1和3.3多点燃油喷射发动机上,我国现在部分柴油商用车上的EGR系统也采用数字式EGR阀。
数字式EGR阀能独立地对再循环到发动机进气管的废气量进行准确的控制,和真空膜片式EGR阀相比,它不需要真空源,而且系统控制同进气岐管真空度没有关系,比真空膜片式EGR阀在控制的精确度和工作可靠性方面有了很大的改善,但由于数字式EGR阀中的电磁线圈控制的可动柱塞只有开和关两种状态,每个可动柱塞所能控制的废气的流量的变化只有零和最大两种状态,流量的变化是突变的,而不是渐变的,所以在发动机全工况的废气再循环流量精确控制方面还是有欠缺的,难以适应更大限度地降低氮氧化合物的排放,满足日趋严厉的排放法规的要求。
3.4 线性EGR阀
线性EGR阀是一个典型的机电控制部件,其构造见图9,实物图见图10。装有一个由发动机ECU驱动的电磁线圈组,锥形阀位于电枢轴的端头,当电磁线圈通电产生电磁力时,电枢轴带动锥形阀上升,废气由排气歧管从打开的阀门流入进气歧管(如图11所示)。线性EGR阀中有一个EGR阀位置传感器(如图10实物所示),实际上就是一个线性电位计(如图12所示)。EGR阀位置传感器的信号电压从EGR阀关闭时的大约1V到全开时的4.5V之间的变化。ECU利用脉冲宽度调制原理控制EGR电磁线圈的电路通、断,可以精确控制电枢轴的移动量,从而控制废气的流量,EGR阀的位置传感器向ECU反馈信号以表明EGR阀是否达到指定位置。
线性EGR阀是随着脉宽调制技术(或称占空比控制技术)的日趋成熟而发展起来的。先进的脉宽调制技术使得线性EGR阀电枢轴的开启程度完全是线性渐变的,而不是突变的,能适应发动机全工况下NOx排放的控制。ECU根据各种传感器所传送的发动机运行参数计算出最优的EGR阀的最佳开启程度,并通过脉宽调制信号来控制EGR线圈,通过电枢轴和阀座的配合量孔变化来实现连续的排气和进气岐管间废气再循环流量的控制。特别是线性EGR阀中配置的EGR电枢轴位置传感器,能够将实际电枢轴的移动位置反馈给ECU,从而实现了对废气再循环流量的精确的闭环控制,实现了发动机全工况下氮氧化合物排放水平的最佳控制,它在控制精度和实时反馈实现闭环控制上有着独特的优势,因而在许多车型上得到广泛的应用。线性EGR阀被装备到现在几乎所有的通用主打车型上,例如经典设计的凯迪拉克NorthStar4.9L发动机、别克林荫大道3.8L发动机乃至被上海通用汽车公司所引进的别克Re鄄gal和Century车型上的L46、LW9发动机上。
参考文献
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电控EGR阀 篇2
本人暑期在某汽车修理厂实习时, 维修厂接修了1辆2008年生产的丰田凯美瑞轿车,其故障现象是怠速不稳,并伴有冷起动困难的问题 ,按照常规 的流程检 修 ,在更换了怠速控制阀、冷却液温度传感器和喷油器等零部件后试车,故障始终未排除。
再次梳理诊断思路, 首先是观察仪表板上的发动机故障警告灯,接通点火开关, 发动机故障警告灯亮,表明仪表指示正常。接着便起动发动机, 怠速明显过低, 且极不稳定,加大节气门开度提速后,发动机能够稳定工作。再观察仪表板上的发动机故障警告灯也已熄灭, 表明发动机ECU未存储故障码。
热车后提速到3000r/min左右,急收节气门,发动机出现失火现象,经多次验证,现象一致。据此,判断故障应该在怠速控制部分。
二、分析影响怠速不稳和起动困难的有关因素
由于造成发动机怠速不稳的原因有很多,而ECU又未存储故障码,使故障的排除变得比较复杂化了,因此, 首先要分析的是影响怠速不稳和起动困难的各种有关因素,综合起来有如下的几方面:
1.进气系统故障( 如空气滤清器堵塞, 使进气量减少; 进气系统泄漏,使混合气过稀) ;
2.燃油系统故障( 如燃油压力过低、喷油器堵塞等,使混合气过稀) ;
3. 怠速控制系统故障 ———主要指怠速控制阀工作不良;
4. 点 火 系 统 故 障( 高 压 点 火 不良,影响混合气的燃烧) ;
5. 电控系统 故障( 如发动机 转速传感器、凸轮轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、氧传感器电路信号不良,影响点火正时和喷油量的修正) ;
6.废气再循环( EGR) 失调;
7.发动机ECU工作不良。
三、故障检测和诊断
该故障车的中、高转速正常,热车起动也基本问题不大,针对上述的各种影响因素进行逐一排查。
1 . 检 查 进 气 系 统 和 怠 速 控 制( ISC) 阀
检查进气系统各连接处,并无泄漏,各真空管连接牢固,拆卸和清洁了空气滤清器。
图1为怠速控制阀的安装位置和内部结构图。由于怠速控制阀对怠速影响最大, 便拆下来进行通电检查,确认步进电机工作良好、控制阀开关自如、无发卡。拆检了节气门体,并进行了清洗。
2.检查燃油系统
起动发动机,手感检查各喷油器的喷油情况, 随着发动机转速的提升, 喷油器都会发出有规律的振动,对燃油压力进行测量,结果是怠速时为0.24MPa, 中、高速时达到0.25~0.28MPa,基本符合原厂规定的0.25~0.30MPa要求 ,表明燃油系统基本正常。
3.检查点火系统
首先检查高压点火情况,取下中央高压线对地试火, 火花呈蓝白色,强劲有力,表明点火系统正常。
4.检查电子控制系统
电子控制系 统是最为 复杂的 ,涉及的传感器和执行器很多, 主要有曲轴转速传感器、凸轮轴位置传感器、进气压力传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器等。
先检查点火提前角,测得怠速时为10.5°,符合10°~12°的规定。发动机提速时,点火提前角会随转速升高而增大, 转速为4000r/min时的点火提前角为36°,基本符合要求( 通常为35°~40°左右) ,表明曲轴转速传感器、凸轮轴位置传感器工作正常。根据试车时发动机中、高转速基本正常、动力性好,冷却液温度传感器为刚更换过的新件,判断进气压力传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器等应该不会有太大的问题,电控系统工作应是正常的。
5.检查废气再循环( EGR)
废气再循 环系统主 要由EGR阀、EGR真空调节器、真空 通道阀( VSV) 、ECU以及相应 的管路组成。在ECU的控制下, 废气通过EGR阀的开启而 进入进气 岐管,EGR阀的开度则由ECU来间接控制。正常情况下,发动机怠速时EGR是不工作的 ,否则怠速便不稳定。
在发动机 提速至2000r/min状态下 , 捏住EGR阀的真空管,使EGR阀不工作( 即停止废气循环) ,此时发动机的转速应会明显地提高的,但却没有任何变化,证明EGR阀出现问题,没有正常工作。
四、故障排除
拆下EGR阀进行检查, 结果发现EGR阀内部发卡,不能回位,一直处于开启状态, 只要发动机运转,废气便会进入缸内,连怠速工况也不例外,故此造成怠速不稳。由于EGR阀为整体式,不可修复,决定予以更换。同时检查了EGR真空调节器和VSV阀,基本为正常,真空软管外表有龟裂现象,决定一并更换。
装复新的EGR阀后, 起动发动机后怠速平稳。经多次反复验证,无论如何提升转速和急收节气门,怠速均非常平稳,故障彻底排除。
五、结束语
电控EGR阀 篇3
高温、富氧以及氧与氮在高温下滞留时间是决定柴油机燃烧过程中 NOx 生成率大小的三大要素。尾气排放控制重点是控制 NOx 与微粒物。但降低 NOx 排放却与改善燃烧特性矛盾。EGR 是废气再循环 (Exhaust Gas Re-circulation) 的简称, 其功能就是将排气中的一部分废气引入气缸重新参与燃烧的过程。它是一种降低发动机 NOx排放非常有效的方法[1]。
它是通过以下三个方面来减少NOx的形成的:
1) 提高混合气的热容量。废气中含有的水蒸汽和二氧化碳等为三原子分子气体, 比热容大, 可以有效地降低气缸内最高燃烧温度, 抑制NOx的生成。
2) 降低混合气中O2的浓度。废气的稀释作用还可以使氧气的相对浓度下降, 从而也能降低NOx的排放。
3) 降低燃烧速度。由于废气中含有大量惰性气体, 当这些废气部分回流到进气管后起到了稀释新鲜进气的作用, 使燃烧反应速率减缓。
大约60-70%的NOx是在中高负荷时产生的, 此时采取合适的废气再循环率对于减少NOx是很有效的。
废气再循环程度可用EGR率表示, 其定义为[2]:
EGR率undefined
试验研究证明, 废气再循环率 (EGR率) 为15%时, NOX排放可以减少50%以上;而废气再循环率为25%时, NOX排放可减少80%以上;但是, 过度的废气再循环率, 将对混合气的着火和发动机的性能产生较大的影响, 特别是当发动机在怠速、低速、小负荷工况及冷机时, 会产生喘车或功率下降甚至熄火, 没有足够的EGR流量, 会使废气中的NOX猛增, 同时发动机爆震也可能发生。因此, 必须对 EGR率实行适时控制, 以降低NOx的含量, 并保证发动机的动力性。EGR系统的任务是对进入进气系统的废气量进行最佳控制, 保证排放物中NOx含量最低。
EGR工作原理如图1所示[3]。
电控柴油机EGR系统由传感器、控制器 (ECU) 和执行机构三部分组成, 控制策略采用闭环控制, 控制算法采取工业上常用的PID控制方法。在由ECU、步进电机执行器、电磁阀、带回复弹簧的EGR阀、EGR组合气缸阀、进气节流阀机构及EGR废气管路以及各种检测传感器等组成的控制系统中, ECU完成数据采集、工况判断, 控制信号输出等功能;各种传感器完成转速、加速踏板位置、冷却液温度、燃油温度、进气温度和进气压力等信号的采集功能;步进电机的旋转运动通过螺杆机构变成直线运动推动EGR阀与复位弹簧平衡, 使EGR阀稳定在指定的位置, 从而完成EGR系统的执行功能。
当发动机运行时, 由电控单元ECU根据发动机的转速、负荷基本信号及温度等修正信号计算出符合当时工况所对应的EGR阀位置, 再换算成对应于步进电机的控制脉冲数, 控制脉冲经功率放大后驱动步进电机运行, 以精确控制EGR阀的位置。EGR阀的实际位置由安装在其上的位置传感器反馈给ECU, 用于修正控制值, 使柴油机的性能和排放达到最佳配合。
2 电控ECU系统组成
系统的电控单元ECU是EGR系统的控制核心, 该电控系统采用ARM2119单片机作为微处理器, 检测油门位置及发动机等转速信号, 输出量为PWM信号驱动步进电机执行器。控制系统和监控系统通过串行总线通讯。图2为电控单元硬件结构图[4,5]。
模拟信号处理电路将实时检测的参数同步输入单片机, 与已储存的参数值进行比较, 经过处理计算按照EGR率最佳值对废气再循环阀等执行机构进行控制, 使柴油机氮氧化物排放状态达到最佳。
为了保证单片机应用系统能够长期稳定、可靠的工作, 在系统设计时必须对抗干扰能力给予足够的重视。最容易受到干扰的部位是电源、接地系统、输入和输出通道。为了最大程度的减少干扰, 在转速信号进入单片机前, 应进行低通滤波, 排除高频干扰。
模拟信号经过滤波、放大和限幅后, ARM2119对其进行A/D转换。模拟信号处理电路的设计见图3[6]。
转速由磁电式转速传感器所感受输出正弦波信号, 其输出的频率和电压信号与发动机转速信号成正比, 经过滤波、钳位、放大及整形后送入单片机, 用于周期法测量发动机的转速。其处理电路如图4所示。
执行器采用步进电机, ECU根据当前的转速和负荷以及水温等环境参数确定EGR率, 输出控制信号控制步进电机转向和步数, 步进电机的输出轴通过连接件将其旋转运动变为直线运动, 推动有EGR阀杆, 压缩EGR阀杆复位弹簧使阀杆移动, 从而控制EGR阀的开度, 即进入再循环系统的废气量。参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、冷却液温度及废气温度的不同而不同, 以最大限度地降低废气中的NOx排放量。
3 结语
伴随着汽车技术和电子技术的迅速发展, 电子控制技术在汽车上的应用越来越广泛, 对发动机来说, 从燃油喷射控制、点火控制、进气控制、怠速控制、排放控制到自诊断系统, 电控技术日趋完善。汽车电控技术的基本特点在于采用了大量传感器来反映汽车的运行状态, 经过ECU进行计算、分析和处理, 发出动作指令给执行元件, 通过执行元件控制点火时刻和喷油量, 从而使汽车获得良好的动力性、经济性, 并降低排放污染。为了进一步提高汽车性能, 使汽车更加舒适、安全, 污染更小, 在实际控制过程中, 往往通过ECU的各个监测系统不断地随时调整控制作用的大小, 修正执行元件的动作, 形成一个反馈控制, 也称为闭环控制。而为了使监测系统的效果达到最佳, 将监测后调整的结果储存到系统中, 以便下次出现相同状况时进行持续的监测修正, 这也称为自学习控制。在电控发动机上的监测系统涉及到空燃比控制、点火控制、温度控制、废气排放控制等多方面, 已深入到发动机各个系统中, 因此, 认识监测系统的工作过程, 对汽车控制系统设计与完善有着重要的意义。
摘要：车用发动机的有害排放物是造成大气污染的一个主要来源, 随着环境保护问题的重要性日趋增加, 降低发动机有害排放物这一目标成为当今世界上发动机发展的一个重要方向。通过对车用发动机废气再循环 (EGR) 系统的控制方法设计的解析, 说明在安装一套排气再循环EGR控制系统是有效降低车用发动机有害排放物的行之有效的方法。
关键词：汽车,柴油机,废气再循环,车用电子控制单元
参考文献
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发动机EGR电控系统的硬件设计 篇4
柴油机由于其良好的经济性得到越来越广泛的应用,但柴油车高碳烟NOx排放的缺陷又限制了它的应用。要满足越来越严格的排放标准,柴油机需要采用综合排气净化技术,废气再循环是解决NOx排放有效的技术措施[1]。
本研究在发动机上采用电控废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,简称EGR)技术,将部分排气引入进气管中,与新鲜工质一起再进入气缸进行燃烧,达到同时降低NOx和碳烟排放的目的。本文主要对EGR的电子计算机控制技术硬件进行研究与开发。
2 总体方案设计
电控系统在实时控制过程中,主要进行信号的采集与处理、作出控制决策并生成控制信号。本文设计的DL190-12发动机EGR电控系统的组成如图1所示。
本EGR电控系统是以51系列单片机为核心的I/O接口板,主要包括控制单元、信号采集系统及其处理电路、执行机构驱动电路等几大子系统。
3 控制单元设计
控制单元的功用是对数据采集系统送入的信号进行运算处理,判断发动机所处的工作状态,依据控制Map特性数据的要求做出控制决策,发出控制指令驱动执行机构工作。本电子控制单元由51系列单片机和一些辅助电路组成。
3.1 单片机型号的选取
电控系统采用的控制核心芯片选择AT89S52单片机。被控制的真空电磁阀的工作频率为50~100Hz,而发动机的转速最高为2200r/min,转速传感器的触发轮齿数为30,那么一个转速脉冲信号的周期约为908μs,所选单片机工作频率为12MHz,机器周期为1μs,定时器/计数器定时时间也为1μs,显然此单片机完全满足实验工作频率的需要。
本控制单元有转速、油门位置和水温三个信号的输入,其中转速信号为方波周期信号,油门位置和水温信号为模拟信号;有一个控制信号的输出,此信号为占空比可变的方波信号;此外,还接收模拟仿真模块需要的油门位置模拟信号和测功机加载模拟信号的输入。因此,单片机接收的模拟信号共四个,可用多通道A/D转换芯片将四路信号输入其中之一的并行口,转速信号输入可用外部中断口,转速信号的计算处理需用到一个定时器,控制信号的产生须用到一个定时器,可见,此单片机的输入输出口完全能够满足信号接收与控制的需要。
3.2 外围电路的扩展
由于采用的是多通道A/D转换芯片,则单片机工作时必须对此转换芯片进行寻址,所以需用到地址锁存器,鉴于A/D转换芯片至少为四通道,则地址锁存器需要锁存的地址也至少为四个,所以本系统选用常用的地址锁存器74LS373。其示意图如图2所示。
3.3 复位电路
为了使AT89S52单片机在上电后能正常工作,必须对其复位。AT89S52单片机复位信号是个低电平有效信号,在Vcc、振荡器和反向偏置发生器已达到稳定状态之后,RESET脚至少应该保持两个状态周期时间的低电平。当RESET低电平再次变为高电平时,AT89S52单片机就开始执行为时10个状态周期的复位序列。它的工作包括使一些寄存器初始化,清除PSW,加载芯片配置寄存器CCR等[2]。
本文复位电路的结构如图3所示。当系统陷入死循环时,通过复位按键可以实现系统的重新工作,具有手动故障排除功能。
3.4 稳压电路
由于本系统是用于车辆上,由车辆的24V蓄电池供电,而单片机的工作电压一般为5V,所以必须对电源的供电电压采取稳压和降压措施。本文选用uA7805C集成稳压芯片来实现稳压要求,利用电阻分压功能获得所需的5V电压。电路图如图4所示。
4 信号采集电路设计
传感器的作用是采集发动机的各种状态信息,以得知发动机的运行状态。由于一些传感器的输出信号不能满足单片机输入的要求,故在信号输入单片机之前,需采用信号调节与变换电路,使之成为电子控制单元能够接受和识别的电子信号。而且传感器直接与现场采集对象相连,是现场干扰进入的主要渠道,所以必须采取合适的抗干扰措施,以确保电路的正常工作。
根据信号的来源不同,可以分为转速信号处理电路、油门位置信号处理电路、水温信号处理电路和模似仿真信号处理电路。
4.1 转速信号处理电路
转速信号处理电路结构如图5所示。传感器的触发轮安装在发动机的输出轴上,发动机运行时和飞轮一起转动,当触发轮的一个齿转过固定不动的传感器头时,传感器的输出信号发生由高到低和由低到高的两次变化,从而产生周期性随着发动机转速而改变的方波信号。传感器的输出信号接到AT89S52单片机的P3.2引脚,通过设置外部中断方式,由定时器T1对内部脉冲进行计数,当传感器输入的信号由高电平变成低电平时,向ECU发出外部中断请求,把此时定时器的计数值保存下来,作为计算发动机转速的依据。
定时器每计一个数的时间是1μs,那么得到的数据是外部中断信号的一个周期。设定时器的计数值为A,则触发轮一个齿转过的时间为Aμs。触发轮有30个齿,那么触发轮转一圈需要的时间是30Aμs,即为0.5×10-6A min,则由定时器的计数值换算为发动机转速的公式为:
其中,n为发动机转速,单位为r/min;A为定时器计数值,此值为十进制数值,由所测十六进制计数值转化为十进制数值获得。
4.2 油门位置信号处理电路
油门位置传感器实际上是一个电位计,电位计的输出电压与转角之间呈线性关系。其结构原理如图6所示。
在AT89S52单片机中未集成A/D转换器部件,必须外接一个A/D转换器。根据本系统的需要,选择ADC0809CCN A/D转换芯片。此芯片具有8路模拟信号输入,8位数字信号输出,转换形式为逐次逼近型,最佳转换工作频率为600Hz,由于单片机的ALE端口信号输出频率为1k Hz,可以通过分频器74LS90把此信号二分频后输入到ADC0809的CLOCK端口中,确保A/D转换器正常工作。对多路模拟信号的转换选择,由ECU通过地址锁存器74LS373实现[3]。
油门位置信号输入到ADC0809的IN0端口,ECU的寻地为0xFFF8H。通过ECU的工作允许,ADC0809把油门传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能够接受的数字信号,由于A/D转换器的模拟输入电压必须在0~Vcc(通常VRef+=Vcc,VRef-=GND)之间,则当输入电压Vm为0~5V时,A/D转换器输出的数字量D为:
其中UR=5V,UA为待转换的油门位置信号模拟量,d7~d0为转换后的二进制数字量的每一位[4]。
4.3 水温信号处理电路
水温信号传感器实际上也是一个电位计,只是此电位计是由热敏电阻制成,传感器输出电压与温度之间呈一定的线性关系。其结构原理如图7所示。
此信号也是模拟信号,必须经过A/D转换才能输入到ECU当中。此信号输入到ADC0809的IN1端口,ECU的寻地为0xFFF9H。通过ECU的工作允许,ADC0809把水温传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能够接受的数字信号,其转换原理同转换油门位置信号相同。
4.4 仿真信号处理电路
仿真信号需要模拟发动机实验,用手工调制来生成,所以此信号是模拟量,同样需要经过A/D转换。根据发动机实验的特点,本文采用两个模拟输入量,一个是模拟油门位置信号,另一个是模拟测功机加载信号。模拟油门位置信号可由电位器直接产生,其电路同油门位置处理电路一致。由于油门位置直接与发动机转速相关,把代表油门位置信号产生器的电位器固定,则此时发动机转速一定,当增加测功机加载量时转速会降低,减小测功机加载量时转速升高。那么也可以利用电位器的原理,把另一电位器作为测功机加载信号产生器的代表,当此电位器指针位置不同时,电位器输出电压不同,就意味着测功机加载量的不同。所以,本文对测功机加载量的仿真也是利用电位器产生,其电路也与油门位置处理电路一致。模拟油门位置信号输入到ADC0809的IN2端口,ECU的寻地为0xFF-FAH,模拟测功机加载信号输入到ADC0809的IN3端口,ECU的寻地为0xFFFBH。所有仿真信号处理电路的示意图如图8所示。
5 执行机构驱动电路设计
驱动电路为控制单元和执行器之间建立起有效联系,它将ECU做出的控制决策转变为控制信号驱动执行机构工作。本文的执行机构是EGR真空电磁阀。
本文采用TIP142达林顿型功率放大管对ECU输出的脉冲信号进行放大,功放管与ECU之间通过光电耦合器TLP521-1进行耦合,防止ECU本身的自激振荡波输入到驱动电路中,影响执行器的正常工作。驱动电路图如图9所示。
6 显示电路设计
为了能清楚地知道发动机的工作状态,本系统特设计了转速和油门位置显示模块。显示模块由八位LED数字显示器、二八数据译码器等组成。转速模块由四个八位LED数字显示器组成,每一位表示一个数位,最大可显示9999,单位为r/min;油门位置显示模块由两个八位LED数字显示器组成,表示油门位置占最大负荷的百分比值,最大可显示99,单位为%。
发动机工作时,ECU在采集到发动机工作状态的信号后,即以扫描方式轮流向显示模块发出转速和油门位置信号,保证显示模块工作的实时性。显示电路示意图如图10所示。
7 结论
依据DL190-12发动机EGR电控系统的工作特点和功能要求,进行了EGR电子控制系统的硬件设计。硬件设计的内容包括控制单元设计、数据采集信号处理电路设计、执行机构驱动电路设计和显示电路设计。所设计的硬件电路具有在满足控制要求的前提下简单可靠的特点。
参考文献
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