CN110360015A - 一种gdi发动机两用燃料控制*** - Google Patents

一种gdi发动机两用燃料控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种GDI发动机两用燃料控制***，***包括与汽车ECU喷油信号高边驱动输出端并联的喷嘴截断电阻；喷嘴截断模块，用于与所述喷嘴截断电阻并联；喷嘴信号采集电路，用于采集喷嘴信号并输出喷嘴截断信号PTO给所述喷嘴截断模块；当喷嘴处于汽油工作状态时，喷嘴截断信号PT0控制喷嘴截断模块闭合导通，当喷嘴处于燃气工作状态时，喷嘴截断信号PT0在喷嘴工作周期内控制所述喷嘴截断模块断开；喷嘴电流补偿模块，当所述喷嘴截断模块处于断开模式时用于向喷嘴补偿输入电流，本方案解决了燃气***传统的点火仿真和点火驱动也不再能满足GDI发动机***需求的问题。

Description

一种GDI发动机两用燃料控制***
技术领域
本发明涉及发动机控制领域，具体涉及一种GDI发动机两用燃料控制***。
背景技术
GDI发动机，是近年来国外内燃机研究与开发的热点。专家认为，汽油机直喷技术的出现，使汽车发动机技术进入了一个崭新的时代，它在21世纪有取代传统的汽油机和柴油机的趋势，成为轿车最理想的动力装置。在 GDI发动机汽油***中，因为其缸内直喷的特性需要的喷嘴驱动开启电压很高，通常能达到40V左右。并且目前主机厂在GDI喷嘴驱动模块广泛的使用高低位组合驱动的驱动方式，即一个高位驱动开关同时控制两路喷油嘴的驱动，各自的低位开关分别进行选通工作。这样的喷嘴驱动方式势必让燃气***喷油嘴信号采集和截断部分难度加大，并且GDI发动机汽油***中喷油嘴的诊断加入了电流诊断部分，传统的电压仿真的方式满足不了GDI两用燃料控制***的需求。
同时在GDI发动机***中点火部分大多采用智能点火线圈的方式，这样燃气***传统的点火仿真和点火驱动也不再能满足GDI发动机***的需求了。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种GDI发动机两用燃料控制***，针对GDI发动机汽油***独特的高压双组喷嘴驱动和智能点火方式提供一套燃气翻译***解决方案，以解决燃气***传统的点火仿真和点火驱动也不再能满足GDI发动机***需求的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种GDI发动机两用燃料控制***，该***包括与汽车ECU喷油信号高边驱动输出端并联的喷嘴截断电阻；
喷嘴截断模块，用于与所述喷嘴截断电阻并联；
喷嘴信号采集电路，用于采集喷嘴信号并输出喷嘴截断信号PTO给所述喷嘴截断模块；
当喷嘴处于汽油工作状态时，喷嘴截断信号PT0控制喷嘴截断模块闭合导通，当喷嘴处于燃气工作状态时，喷嘴截断信号PT0在喷嘴工作周期内控制所述喷嘴截断模块断开；
喷嘴电流补偿模块，当所述喷嘴截断模块处于断开模式时用于向喷嘴补偿输入电流。
进一步的，所述喷嘴截断模块选用耐高压MOS芯片VNP35N07，区别于普通的MOS管，改高压MOS管的钳位电压在70V，电流能力为35A，完全满足GDI发动机喷嘴驱动高电压的特性。
进一步的，所述喷嘴信号采集电路包括依次串联的信号采集控制芯片和低通滤波器，所述喷嘴信号依次经过所述信号采集控制芯片和低通滤波器采集。
进一步的，所述喷嘴电流补偿模块包括：
由喷嘴开启截断电流补偿驱动信号输入端、喷嘴开启阶段前级驱动芯片、喷嘴电流仿真开启驱动芯片、喷嘴电流仿真开启电阻依次串联组成的第一补偿电路；
由喷嘴维持阶段电流补偿驱动信号输入端、喷嘴电流补偿前级驱动芯片、维持阶段驱动芯片和维持阶段电流仿真电阻依次串联组成的第二补偿电路；
所述第一补偿电路和第二补偿电路的输出端并联，当所述喷嘴截断信号PT0驱动喷嘴截断模块断开的同一时间，喷嘴开启截断电流补偿驱动信号输入端和喷嘴维持阶段电流补偿驱动信号输入端分别输入喷嘴开启截断电流补偿信号、喷嘴维持阶段电流补偿信号。
进一步的，所述喷嘴开启截断电流补偿信号是否工作取决于喷嘴截断的程度，当喷嘴的开启阶段也被阶段的情况下才会启动喷嘴开启截断电流补偿信号，喷嘴维持阶段电流补偿信号开启，此时喷嘴维持阶段电流补偿信号转换为高电平驱动喷嘴电流补偿前级驱动芯片打开。
进一步的，所述喷嘴电流仿真开启驱动芯片驱动端接地。
进一步的，还包括一个智能点火仿真和采集电路，该电路包括：
由电容C10、电阻R29、电容C94构成的一个π型滤波电路，用于滤除点火信号中的高频杂波；
串联于点火驱动信号与电阻R29之间的反相器，用于保证点火信号在采集端不被衰弱；
仿真电阻R34，用于模拟点火信号驱动智能点火线圈。
进一步的，还包括一个智能点火驱动和诊断电路，该电路包括点火驱动前级驱动芯片、点火驱动芯片，以及由电阻R211、电阻R215、电容C193构成一个点火诊断通路，电阻R211与所述诊断信号AN12的输入端串联；所述电阻R215、电容C193位于电阻R211和诊断信号AN12之间接地；
所述火驱动前级驱动芯片输入一个低电平点火驱动信号，该信号驱动前级驱动芯片在点火驱动芯片的驱动端得到一个高电平的驱动信号；在该信号的驱动下点火驱动芯片输出一个高电平信号，该信号直接驱动点火线圈工作。
进一步的，所述点火驱动芯片选用推挽电路芯片。
进一步的，当点火信号短路到地的故障状态，诊断信号无论在点火信号开环或者关断的状态下都为0V电平；
当点火信号短路到12V电源的时候，点火诊断信号无论在点火信号开环或者关断的状态下都为5V电平；
当外部点火线圈断路故障时，点火诊断信号在点火驱动开启截断为2.5V电平；
只有当正常工作状态，点火诊断信号在点火驱动开启截断为2.5V电平
本发明的有益效果是：本***中针对燃油喷嘴信号截断部分选用耐高压MOS芯片VNP35N07，区别于普通的MOS管，改高压MOS管的钳位电压在70V，电流能力为35A，完全满足GDI发动机喷嘴驱动高电压的特性；同时以电流的方式进行喷嘴信号的识别，这样就规避了GDI发动机汽油***喷嘴驱动采用双组驱动方式，采用电压电平方式采集喷油嘴信号存在天然弊端的风险；不仅如此，为了应对GDI发动机两用燃料***汽油部分存在电流诊断的功能，本专利还提供了一套电流补偿的方案。再用截断电阻减小喷油嘴电流的同时，向汽油控制器注入相对应的电流，已补偿被减小的电流部分，同时还包括一套针对智能点火***的仿真和驱动部分，解决了传统两用燃料控制***无法兼容智能点火驱动的弊端。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为喷嘴截断以及信号采集电路图；
图3为喷油嘴补偿电路图；
图4为智能点火仿真和采集电路图；
图5为智能点火驱动和诊断电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种GDI发动机两用燃料控制***，该***包括与汽车ECU喷油信号高边驱动输出端并联的喷嘴截断电阻；
喷嘴截断模块，用于与所述喷嘴截断电阻并联；
喷嘴信号采集电路，用于采集喷嘴信号并输出喷嘴截断信号PTO给所述喷嘴截断模块；
当喷嘴处于汽油工作状态时，喷嘴截断信号PT0控制喷嘴截断模块闭合导通，当喷嘴处于燃气工作状态时，喷嘴截断信号PT0在喷嘴工作周期内控制所述喷嘴截断模块断开；
喷嘴电流补偿模块，当所述喷嘴截断模块处于断开模式时用于向喷嘴补偿输入电流。
其中，喷嘴截断模块选用耐高压MOS芯片VNP35N07，区别于普通的MOS管，改高压MOS管的钳位电压在70V，电流能力为35A，完全满足GDI发动机喷嘴驱动高电压的特性。
如图2所示：ECU-INJ1H和ECU-INJ1L原本为汽油ECU喷油信号高边驱动线，截断后中间接入本电路模块。其中U26为截断控制芯片，R200为喷嘴截断电阻，PT0为喷嘴截断信号当GDI发动机处于汽油工作状态时，通过PT0喷嘴截断信号驱动U26截断控制芯片闭合导通，这种状态下旁路R200截断电阻，喷嘴工作正常。当GDI发动机处于燃气工作状态时，控制PT0喷嘴截断信号在喷嘴工作周期的特定截断关断U26截断控制芯片，这种情况下喷嘴驱动电流流经R200截断电阻是的喷嘴电流大大减小，以至于不能够打开喷嘴使其工作。通过这种喷嘴信号截断方式，可以实现对喷嘴工作脉宽进行定量的减小控制，减小的部分由燃气喷射来补充。其中，Q11A为喷嘴信号采集控制芯片，当汽油喷嘴工作的时候Q11A芯片打开工作，VCC信号通过Q11A器件在经过一个低通滤波器采集，这个信号就可以直接并精确的反应喷嘴工作信号。其中，PT0为燃气***主动输出的截断信号，PJ0为燃气***采集到的喷油信号，其中PT0由燃气***的MCU输出。
不仅如此，为了应对GDI发动机两用燃料***汽油部分普遍存在电流诊断的功能，本专利还提供了一套电流补偿的方案。再用截断电阻减小喷油嘴电流的同时，向汽油控制器端注入相对应的电流，已补偿被减小的电流部分。通过这种电流补偿的方式，在GDI发动机***进入燃气工作状态的时候，汽油控制器内部检测到的各个喷嘴的电流依然处于正常状态值，故不会报汽油喷嘴故障码，从而影响整个***的正常工作。
当GDI发动机***工作处于燃气状态的时候，喷嘴截断模块U26处于断开模式。喷嘴驱动电流流经截断电阻R200使得改阶段的喷嘴电流减小，电流的减小会造成汽油***喷嘴电流诊断模块检测到喷嘴电流异常，从而报喷嘴故障使得整个GDI发动机控制***无法正常工作。喷嘴电流补偿模块的介入完美的解决这一问题。
如图3所示，喷嘴电流补偿模块由喷嘴开启截断电流补偿驱动信号输入端、喷嘴开启阶段前级驱动芯片、喷嘴电流仿真开启驱动芯片、喷嘴电流仿真开启电阻依次串联组成的第一补偿电路；
由喷嘴维持阶段电流补偿驱动信号输入端、喷嘴电流补偿前级驱动芯片、维持阶段驱动芯片和维持阶段电流仿真电阻依次串联组成的第二补偿电路，所述第一补偿电路和第二补偿电路的输出端并联。
PS4为喷嘴开启截断电流补偿驱动信号，PS5为喷嘴维持阶段电流补偿驱动信号。Q2A和Q2B分别为喷嘴开启阶段和喷嘴电流补偿前级驱动芯片，用于提高对喷嘴电流补偿驱动芯片的驱动能力以及逻辑配对。U6A和U6B分别为喷嘴电流仿真开启和维持阶段驱动芯片，能够提供一个较大功率的喷嘴电流仿真信号。RS4和RS1分别为喷嘴电流仿真开启和维持阶段电流仿真电阻，调节改电阻值可以调整仿真电流的大小，其中PS4、PS5由燃气***的MCU直接输出。
喷嘴截断信号PT0驱动喷嘴截断芯片U26断开的同一时间，PS4和PS5喷嘴电流补偿驱动信号工作。PS4喷嘴开启截断电流补偿信号是否工作取决于喷嘴截断的程度，当喷嘴的开启阶段也被阶段的情况下才会启动PS4信号。PS5喷嘴维持阶段电流补偿信号开启，此时PS5转换为高电平驱动Q2B前级驱动芯片打开，U6B驱动芯片驱动端连接到地。这样就大大提高了U6B喷嘴电流补偿芯片的驱动能力，避免控制器IO口灌电流不足存在的驱动能力不够的问题。此时U6B芯片闭合工作，V.GAS通过RS1电流补偿电阻向汽油控制器灌入补偿电流。实现PS5高电平驱动喷嘴电流仿真电路工作的效果，从而达到驱动电平逻辑匹配。调节喷嘴补偿电阻RS1的值可以实现注入汽油控制器点仿真电流可控，当注入的仿真补偿电流和喷嘴截断后电流相加与正常喷嘴电流一致的时候，汽油控制将不会因为喷嘴电流的异常报喷嘴故障。
作为一种优选实施例，本方案还包括一套针对智能点火***的仿真和驱动部分，解决了传统两用燃料控制***无法兼容智能点火驱动的弊端。电路如下：
如图4所示，智能点火仿真和采集电路，汽油控制器点火信号采集和仿真可以用图4的电路实现，PECU.IGN.IN.IC为汽油控制器的点火信号，其中C10、R29、C94构成一个π型滤波，滤除点火信号中的高频杂波。U4D为一路反相器起到阻抗匹配的作用，使得点火信号在采集端不被衰弱。R34为仿真电阻，该电阻的存在起到了模拟点火信号驱动智能点火线圈的作用。通过选用较小电阻值拉低点火驱动信号，使得汽油电脑自身诊断点火信号驱动正常状态。
如图5所示，智能点火驱动和诊断电路，PA4为点火驱动信号，当PA4使能高电平工作后可以驱动后级的推挽电路开启工作。Q18A为点火驱动前级驱动芯片，Q14为点火驱动芯片，R211、R215、C193构成一个点火诊断通路。当点火驱动模块工作去驱动点火线圈时，PA4点火驱动信号为低电平，该信号驱动前级驱动芯片Q18A在Q14点火驱动芯片的驱动端得到一个高电平的驱动信号。在该信号的驱动下Q18A点火驱动芯片输出一个高电平信号，改信号直接去驱动点火线圈工作。点火驱动芯片选用推挽电路芯片，无论在开启或者关断状态都可以达到一个很快的速度。
R211、R215、C193构成一个点火诊断电路，当点火信号IGN1短路到地的故障状态，诊断信号AN12无论在点火信号开环或者关断的状态下都为0V电平。当IGN1短路到12V电源的时候，点火诊断信号AN12无论在点火信号开环或者关断的状态下都为5V电平。当外部点火线圈断路故障时，点火诊断信号AN12在点火驱动开启截断为2.5V电平。只有当正常工作状态，点火诊断信号AN12在点火驱动开启截断为2.5V电平。点火诊断电路的增加，才能符合国六OBD法规要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，该***包括与汽车ECU喷油信号高边驱动输出端并联的喷嘴截断电阻；
喷嘴截断模块，用于与所述喷嘴截断电阻并联；
喷嘴信号采集电路，用于采集喷嘴信号并输出喷嘴截断信号PTO给所述喷嘴截断模块；
当喷嘴处于汽油工作状态时，喷嘴截断信号PT0控制喷嘴截断模块闭合导通，当喷嘴处于燃气工作状态时，喷嘴截断信号PT0在喷嘴工作周期内控制所述喷嘴截断模块断开；
喷嘴电流补偿模块，当所述喷嘴截断模块处于断开模式时用于向喷嘴补偿输入电流。
2.根据权利要求1所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，所述喷嘴截断模块选用耐高压MOS芯片VNP35N07。
3.根据权利要求2所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，所述喷嘴信号采集电路包括依次串联的信号采集控制芯片和低通滤波器，所述喷嘴信号依次经过所述信号采集控制芯片和低通滤波器采集。
4.根据权利要求3所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，所述喷嘴电流补偿模块包括：
由喷嘴开启截断电流补偿驱动信号输入端、喷嘴开启阶段前级驱动芯片、喷嘴电流仿真开启驱动芯片、喷嘴电流仿真开启电阻依次串联组成的第一补偿电路；
由喷嘴维持阶段电流补偿驱动信号输入端、喷嘴电流补偿前级驱动芯片、维持阶段驱动芯片和维持阶段电流仿真电阻依次串联组成的第二补偿电路；
所述第一补偿电路和第二补偿电路的输出端并联，当所述喷嘴截断信号PT0驱动喷嘴截断模块断开的同一时间，喷嘴开启截断电流补偿驱动信号输入端和喷嘴维持阶段电流补偿驱动信号输入端分别输入喷嘴开启截断电流补偿信号、喷嘴维持阶段电流补偿信号。
5.根据权利要求4所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，所述喷嘴开启截断电流补偿信号是否工作取决于喷嘴截断的程度，当喷嘴的开启阶段也被阶段的情况下才会启动喷嘴开启截断电流补偿信号，喷嘴维持阶段电流补偿信号开启，此时喷嘴维持阶段电流补偿信号转换为高电平驱动喷嘴电流补偿前级驱动芯片打开。
6.根据权利要求5所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，所述喷嘴电流仿真开启驱动芯片驱动端接地。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，还包括一个智能点火仿真和采集电路，该电路包括：
由电容C10、电阻R29、电容C94构成的一个π型滤波电路，用于滤除点火信号中的高频杂波；
串联于点火驱动信号与电阻R29之间的反相器，用于保证点火信号在采集端不被衰弱；
仿真电阻R34，用于模拟点火信号驱动智能点火线圈。
8.根据权利要求7所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，还包括一个智能点火驱动和诊断电路，该电路包括点火驱动前级驱动芯片、点火驱动芯片，以及由电阻R211、电阻R215、电容C193构成一个点火诊断通路，电阻R211与所述诊断信号AN12的输入端串联；所述电阻R215、电容C193位于电阻R211和诊断信号AN12之间接地；
所述火驱动前级驱动芯片输入一个低电平点火驱动信号，该信号驱动前级驱动芯片在点火驱动芯片的驱动端得到一个高电平的驱动信号；在该信号的驱动下点火驱动芯片输出一个高电平信号，该信号直接驱动点火线圈工作。
9.根据权利要求8所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，所述点火驱动芯片选用推挽电路芯片。
10.根据权利要求9所述的一种GDI发动机两用燃料控制***，其特征在于，包括：
当点火信号短路到地的故障状态，诊断信号无论在点火信号开环或者关断的状态下都为0V电平；
当点火信号短路到12V电源的时候，点火诊断信号无论在点火信号开环或者关断的状态下都为5V电平；
当外部点火线圈断路故障时，点火诊断信号在点火驱动开启截断为2.5V电平；
只有当正常工作状态，点火诊断信号在点火驱动开启截断为2.5V电平。
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