一种带燃气功能的发动机电子控制单元的制作方法
一种带燃气功能的发动机电子控制单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发动机控制领域，尤其涉及一种带燃气功能的发动机电子控制单
J L.ο
【背景技术】
[0002]EQJ(Electronic Control Unit，电控单元)是车辆电控系统三要素(传感器、执行器、电控单元)之一，是车辆电子控制系统中的核心部件。ECU的基本功能是在实时工况和外界工作条件下始终使发动机控制在最佳燃烧状态。ECU按照预先设计的程序计算各种传感器送来的信息，经过特定算法处理以后，把各个参数限制在允许的电压电平上，再发送给各相关的执行机构执行各种预定的控制功能。微处理机根据输入数据和储存在MAP中的数据，计算喷油时间、喷油量、喷油率和喷油定时等参数，并将这些参数转换为与发动机运行匹配的随时间变化的电量。以发动机的转速、负荷为基础，经过ECU的计算和处理，向喷油器、供油泵等发送动作指令，使每一个汽缸都有最合适的喷油量、喷油率和喷油定时，保证每一个汽缸进行最佳的燃烧。
[0003]在环境污染和石油不断减少的情况下，以天然气和石油为燃料的双燃料发动机已经越来越普遍，其优势也日益凸显。天然气燃料的使用不仅能使气缸内积碳减少从而降低发动机的磨损，而且相比液体燃料更能够充分燃烧。由于天然气的主要成分为甲烷，燃烧后不会有氮氧化合物排放量和PM排放值高等缺点，对减少环境污染能够起到很好的作用。因此双燃料发动机已经越来越受到国家和汽车厂商的亲睐。
[0004]作为控制汽车发动机运行的系统，带燃气功能的发动机电子控制单元也在不断进行改进和提高。目前大部分带燃气功能的发动机电子控制单元都是运用两个主控芯片分别控制汽车的燃油和燃气的喷射，当用燃油时，第一主控芯片对发动机进行控制；当用燃气时，第二主控芯片对发动机进行控制。这样的控制系统结构不仅成本高、信号线繁杂，而且结构复杂，不利于控制系统的及时控制和控制系统本身的实时改进。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种电路简单、集成度高、可靠性高、成本更低、功能更全面的带燃气功能的发动机电子控制单元。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带燃气功能的发动机电子控制单元，包括:
[0007]主控芯片；
[0008]与所述主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路；
[0009]与所述主控芯片进行数据通信的喷油信号控制电路；
[0010]与所述主控芯片进行数据通信的减压阀控制电路；
[0011]与所述主控芯片进行数据通信的模拟信号输入电路；
[0012]与所述主控芯片进行数据通信的开关量信号输入电路；
[0013]与所述主控芯片进行数据通信的车速传感器输入电路；
[0014]与所述主控芯片进行数据通信的凸轮轴信号输入电路；
[0015]与所述主控芯片进行数据通信的点火驱动电路；
[0016]与所述主控芯片进行数据通信的曲轴信号转换电路；
[0017]与所述主控芯片进行数据通信的协处理芯片电路；
[0018]与所述主控芯片进行数据通信的爆震信号处理电路；
[0019]与所述主控芯片进行数据通信的控制器局域网CAN线通信电路；
[0020]与所述主控芯片进行数据通信的K线通信；
[0021]与所述主控芯片进行数据通信的电源管理电路；
[0022]与所述主控芯片进行数据通信的驱动输出电路；
[0023]其中，所述喷气信号控制电路控制燃气的喷射正时和喷气量；所述喷油信号控制电路控制燃油的喷射正时和喷油量；所述减压阀控制电路控制燃气的出口压力和流量；所述模拟信号输入电路向所述主控芯片提供电压信号；所述开关量信号输入电路向所述主控芯片提供开关量电平信号；所述车速传感器信号输入电路向所述主控芯片提供车速脉冲信号；所述点火驱动电路控制和驱动点火线圈，并向所述协处理芯片电路提供点火反馈信号；所述协处理芯片电路与所述曲轴信号转换电路和所述模拟信号输入电路相连接，根据所述曲轴信号转换电路的输出信号以及所述模拟信号输入电路的进气压力信号实现压力判缸，同时所述协处理芯片电路与处理所述点火驱动电路连接，并对点火反馈信号进行处理后传递给所述主控芯片。
[0024]优选地，所述模拟信号输入电路包括:前氧传感器信号输入电路、后氧传感器信号输入电路、油位传感器信号输入电路、进气温度传感器信号输入电路、蒸发气温度传感器信号输入电路、加速度传感器信号输入电路、冷却液温度传感器信号输入电路、节气门位置传感器信号输入电路、进气歧管绝对压力传感器信号输入电路、燃气温度传感器信号输入电路、燃气压力传感器信号输入电路以及钢瓶压力传感器信号输入电路。
[0025]优选地，所述开关量信号输入电路包括:停车/空挡信号输入电路、动力转向信号输入电路、空调压缩机信号输入电路、空调开关信号输入电路、大灯开关信号输入电路以及燃气开关信号输入电路。
[0026]优选地，所述喷气信号控制电路包括:斯密特反向触发器芯片、与门芯片以及MOS管芯片；
[0027]所述斯密特反向触发器芯片接收所述主控芯片的控制信号，输出信号传输给所述与门芯片，所述与门芯片的另一输入引脚与所述主控芯片连接，所述与门芯片的输出信号控制所述MOS管芯片，由所述MOS管芯片控制燃气的喷射正时和喷气量，并反馈喷射正时和喷气量到所述主控芯片。
[0028]优选地，所述车速传感器信号输入电路包括:稳压二极管、形滤波电路以及三极管控制电路；
[0029]车速传感器信号经稳压二极管和形滤波电路后传给所述主控芯片，并且车速传感器信号还经过三极管控制电路，将车速信号传输给车速表。
[0030]优选地，所述凸轮轴信号输入电路包括:上拉电阻、形滤波电路以及凸轮轴传感器；
[0031]所述凸轮轴传感器检测的信号经过所述上拉电阻上拉以及所述形滤波电路滤波后传递给所述主控芯片。
[0032]优选地，所述主控芯片的型号为ST10F273M。
[0033]优选地，所述爆震信号处理电路的芯片型号为TPIC8101。
[0034]优选地，所述电源管理电路的电源的芯片、所述控制器局域网CAN线通信电路与所述主控芯片串口进行数据转换的芯片、曲轴信号转换电路的芯片以及K线通信电路的芯片型号均为L9741。
[0035]优选地，所述驱动输出电路的驱动芯片型号为L9825和L9708。
[0036]本实用新型的上述技术方案具有如下优点:本实用新型带燃气功能的发动机电子控制单元能够通过主芯片及外围电路根据各个传感器信号有效地对各个电路进行控制，从而更好地控制发动机的喷油量、喷气量和喷油、喷气时间等。本实用新型除了能满足发动机的基本控制外，还具有压力判缸功能，同时其采用一个主控芯片来控制两种燃料的喷射和点火，不仅结构简单，而且成本更加低廉。本实用新型能够很好的控制发动机燃料在燃气和燃油之间进行及时地切换，以使发动机不仅工作在最佳状态，而且能够尽可能地降低其尾气污染。本实用新型电路简练、集成度高、可靠性高、成本更低、功能更全面。
【附图说明】
[0037]图1是本实用新型实施例提供的发动机电子控制单元的结构示意图；
[0038]图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g是本实用新型实施例提供的喷气信号控制电路图；
[0039]图3a、3b是本实用新型实施例提供的减压阀控制电路图；
[0040]图4a、4b、4c、4d是本实用新型实施例提供的喷油信号控制电路图；
[0041]图5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h是本实用新型实施例提供的一种模拟信号输入电路图；
[0042]图6a、6b、6c、6d、6e是本实用新型实施例提供的开关量信号输入电路图；
[0043]图7是本实用新型实施例提供的车速传感器信号输入电路图；
[0044]图8a、8b是本实用新型实施例提供的点火驱动电路图；
[0045]图9是本实用新型实施例提供的凸轮轴信号输入电路图；
[0046]图10是本实用新型实施例提供的电源管理、曲轴信号转换以及CAN线和K线通信的电路图；
[0047]图11是本实用新型实施例提供的协处理芯片电路图；
[0048]图12是本实用新型实施例提供的爆震信号处理电路图；
[0049]图13a是本实用新型实施例提供的一种驱动输出电路图；
[0050]图13b是本 实用新型实施例提供的另一种驱动输出电路图；
[0051]图14a、图14b是本实用新型实施例提供的主控芯片电路图；
[0052]图15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h是本实用新型实施例提供的另一种模拟信号输入电路图；
[0053]图16a、16b、16c是本实用新型实施例提供的再一种模拟信号输入电路图。
【具体实施方式】
[0054]下面结合附图和实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0055]如图1所示，为本实用新型实施例提供的发动机电子控制单元的结构示意图。
[0056]本实用新型的发动机电控单元包括:主控芯片；与主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路；与主控芯片进行数据通信的喷油信号控制电路；与主控芯片进行数据通信的减压阀控制电路；与主控芯片进行数据通信的模拟信号输入电路；与主控芯片进行数据通信的开关量信号输入电路；与主控芯片进行数据通信的车速传感器输入电路；与主控芯片进行数据通信的凸轮轴信号输入电路；与主控芯片进行数据通信的点火驱动电路；与主控芯片进行数据通信的曲轴信号转换电路；与主控芯片进行数据通信的协处理芯片电路；与主控芯片进行数据通信的爆震信号处理电路；与主控芯片进行数据通信的控制器局域网CAN线通信电路；与主控芯片进行数据通信的K线通信；与主控芯片进行数据通信的电源管理电路；与主控芯片进行数据通信的驱动输出电路。
[0057]其中，喷气信号控制电路控制燃气的喷射正时和喷气量；喷油信号控制电路控制燃油的喷射正时和喷油量；减压阀控制电路通过控制减压阀控制燃气的出口压力和流量，气体燃料是被压缩放在钢瓶内，就像燃油是放在油箱内一样。但燃气是高压储存，因此需要减压阀对从钢瓶出来的燃气进行减压，也起到控制流量的作用。减压阀控制电路就是控制这个减压阀的；模拟信号输入电路向主控芯片提供电压信号；开关量信号输入电路向主控芯片提供开关量电平信号；车速传感器信号输入电路向主控芯片提供车速脉冲信号；点火驱动电路控制和驱动点火线圈，并向协处理芯片电路提供点火反馈信号；协处理芯片电路与曲轴信号转换电路和模拟信号输入电路相连接，处理点火反馈信号并实现压力判缸。
[0058]进一步地，如图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g所示为本实用新型实施例提供的喷气信号控制电路图。本实施例中喷气信号控制电路共有四路，图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g所示为其中两路，其余两路与此两路电路完全一致。其中，喷气信号控制电路包括:斯密特反向触发器芯片U14、与门芯片U13以及MOS管芯片U6。U14第I脚为输入引脚，与主控芯片第4脚相连接；U14第2脚为输出引脚，与U13第2脚相连接。U13第1、2脚为输入引脚，第I脚与主控芯片第47脚相连接；U13第3脚为输出引脚，与一个1ΚΩ的电阻Rl 12 (阻值大小根据实际情况确定)的一端相连接。若主控芯片输出一个高电平给U14第I脚，则U14的第2脚输出为低电平，主控芯片输出给U13第I脚的无论是高电平或低电平，U13的第3脚均输出低电平。只有当U14输入为低电平，同时U13第I脚输入为高电平时，U13的第3脚才能输出高电平。
[0059]进一步地，如图2&、213、2(3、2(1、26、2厂28所示，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q4的第I脚栅极与电阻R112的另一端相连接，Q4的第2脚发射极接地，Q4的第3脚集电极与输出端口相连接，实现对燃气的喷射正时和喷气量的控制。电阻R84—端与Q4的第3脚集电极相连接，另一端与下拉电阻R8和滤波电容C23相连接。R8和C23与R8相连的一端与主控芯片第51脚相连接，进而将喷油信号经滤波之后反馈给主控芯片，使主控芯片能够实时监测喷气信号是否正常，R8和C23的另一端均接地。Q4的第3脚集电极还与二极管D7的阳极相连接，D7的阴极接到MOS管芯片U6的第I脚源极上。U6第7、8脚为漏极引脚，接外部电源电压。电阻R35 —端与U6第I脚相连接，另一端与U6第2脚栅极引脚以及电阻R102的一端相连接，R102另一端与三极管Q13的集电极相连接；Q13的基极通过一 10ΚΩ电阻Rl 17与主控芯片相连接，Q13的发射极接地，在Q13的基极和发射极之间并接一个电阻R105。此部分电路主要是起到泄流保护作用，将Q4集电极上所产生的大电流通过二极管D7和MOS管芯片U6流向地，以免电流过大烧坏主控芯片的反馈引脚和Q4。
[0060]进一步地，如图3a、3b所示为本实用新型实施例提供的减压阀控制电路图。其中，电阻Rlll —端与主控芯片第122引脚相连接，另一端与MOS管Q8的栅极相连接。Q8的源极接地，Q8的漏极不仅接输出端口(用于控制燃气的出口压力和流量)，还通过电阻R93与施密特反向触发器芯片U14的第11脚输入引脚相连接，U14第10脚反向输出引脚与主控芯片第131脚相连接，进而将减压阀控制信号反馈给主控芯片进行减压等控制。
[0061]进一步地，如图4a、4b、4c、4d所示为本实用新型实施例提供的喷油信号控制电路图。其中，U12为与门芯片，本实施例中喷油信号控制电路共有四路，图4a、4b、4c、4d所示为其中一路，其余三路与此路电路完全一致。其中U12第1、2脚为输入引脚，第I脚与主控芯片第47脚相连接，第2脚与主控芯片第4脚相连接。U12第3脚为输出引脚，与如图13b中的驱动芯片L9708的第16脚相连接，主控芯片输出的控制信号经所述驱动芯片L9708放大处理后，控制燃油的喷射正时和喷油量。进而，可知主控芯片的第4、47两个引脚同时对喷气和喷油信号进行控制。
[0062]进一步地，模拟信号输入电路包括:前氧传感器信号输入电路、后氧传感器信号输入电路、油位传感器信号输入电路、进气温度传感器信号输入电路、蒸发气温度传感器信号输入电路、加速度传感器信号输入电路、冷却液温度传感器信号输入电路、节气门位置传感器信号输入电路、进气歧管绝对压力传感器信号输入电路、燃气温度传感器信号输入电路、燃气压力传感器信号输入电路以及钢瓶压力传感器信号输入电路。
[0063]进一步地，如图5&、513、5(:、5(1、56、5€、58、511所示为本实用新型实施例提供的一种模拟信号输入电路图，即氧传感器信号的输入电路图。由于氧传感器信号的采样需要提供泵电流，如图5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h中的前氧传感器信号VLSU和后氧传感器信号VLSD所示。其中前氧和后氧的泵电流分别由主控芯片的第101和第102管脚控制VLSUk和VLSDk来实现。主控芯片提供泵电流，即可测量氧传感器信号。前氧传感器信号与后氧传感器信号的电路原理一样，前氧传感器信号进入E⑶后通过阻值511ΚΩ的电阻R48(阻值根据实际情况确定)和阻值47ΚΩ的电阻R51(阻值根据实际情况确定)进行了分压，在前氧传感器未工作时E⑶测量的前氧传感器信号约为0.47VQ (此分压是根据R48和R51的阻值以及R48连接电压VCC决定的)。氧传感器信号还包括了形滤波电路，因此在进入主控芯片前进行了 π形滤波。其中，本实施例中均以π形滤波电路为例，π形滤波电路是一种基本的RC滤波电路，此电路结构简单并且对于滤除高频信号非常有效。
[0064]进一步地，如图15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h所示为本实用新型实施例提供的另一种模拟信号输入电路图。其中，油位输入信号(FUEL-1N)、进气温度传感器输入信号(TIAs)、蒸发器温度传感器输入信号(EVAPs)、冷却液温度传感器输入信号(TCOs)的特性相同，所以电路也具有一致性。进气温度传感器输入信号TIAs经过上拉后还要经过一个由电阻R71、电容C92、C38组成的π形滤波电路，经过滤波后的进气温度传感器输入信号TIA,与主控芯片ST10F273M的AD采样管脚第43脚相连接。
[0065]如图15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h所示，模拟信号输入电路中的进气压力传感器信号(MAPs)包括两个不同的滤波电路，其中一路用在主控芯片中用来测量进气量，而另一路与协处理芯片的AD采样管脚第16脚上(如图11)相连接，用来作压力判缸的标准。把MAPs信号分开两路进行滤波的设计减少了主控芯片与协处理芯片之间的互相干扰。节气门位置传感器信号(TPSs)则经过一个5V的上拉和形滤波之后，与主控芯片的AD采样引脚第39脚相连接。加速度传感器的结构要求加速度传感器信号(ACCE)在ECU上需要上拉到12V(此上拉电压与所用加速度传感器的型号有关，若所用加速度 传感器的电源为5V，则用5V上拉，若为12V，则用12V电源上拉)，因此在本实用新型中用VCCl作为加速度传感器信号的上拉电源为一个12V的电源网络。
[0066]进一步地，如图16a、16b、16c所示为本实用新型实施例提供的再一种模拟信号输入电路图。其中燃气温度传感器信号接5V的上拉电源之后，经过形滤波，与主控芯片AD采样引脚第30脚相连接。燃气压力传感器信号和钢瓶压力传感器信号用于给主控芯片提供燃气和钢瓶的压力信号，以便主控芯片可以根据压力信号来控制减压阀的通断时间。燃气压力传感器信号和钢瓶压力传感器信号均经过一个下拉电阻和π形滤波电路之后，输入给主控芯片。
[0067]进一步地，如图6a、6b、6c、6d、6e所示为本实用新型实施例提供的一种开关量信号输入电路图。本实用新型实施例以支持六路开关量输入为例，其中有四路带下拉电阻，分别为空调压缩机开关输入信号(KACCIN)电路、大灯开关信号(KLAMP)电路、空调开关输入信号(KACIN)电路和燃气开关信号(KGAS)。两路带上拉电阻分别为停车/空档开关信号(KPN)电路和动力转向开关信号(KPSTE)电路。其中，如图6a、6b、6c、6d、6e中的NPN的三极管Q12起到了反向保护的作用。
[0068]进一步地，如图7所示为本实用新型实施例提供的车速传感器信号输入电路图。其中，车速传感器信号输入电路包括:稳压二极管D4、Ji形滤波电路以及三极管QlO控制电路。车速传感器向E⑶提供一个OV或12V的频率信号经过上拉后输入到E⑶的主控芯片，其中二极管D4和三级管QlO起到反相保护的作用。同时，电阻R34的一端与QlO的发射极相连接，另一端与转速表(ESSo)相连接，QlO为转速表提供了上拉电源。
[0069]进一步地，如图8a、8b所示为本实用新型实施例提供的点火驱动电路图。本实用新型实施例以支持四缸双燃料发动机的分组点火功能为例，因此有两路点火驱动输出，且工作原理完全一致。主控芯片的第53管脚通过电阻R37与IGBTQ16的栅极相连接，Q16的发射极接地，集电极控制着初级点火线圈的通断。点火反馈信号经过限流电阻R38与协处理芯片的第28脚上(如图11)相连接，通过对点火信号的采样用来检测是否有点火故障。
[0070]进一步地，如图9所示为本实用新型实施例提供的凸轮轴信号输入电路图。其中，凸轮轴信号输入电路包括:上拉电阻R70和形滤波电路。凸轮轴信号CAMs来自凸轮轴传感器，经过上拉和滤波后，提供给主控芯片。本实用新型实施例可以支持凸轮轴判缸和压力判缸两种模式，压力判缸的功能由协处理芯片来实现。选择压力判缸的模式还是选择凸轮轴判缸的模式通过选择焊电阻R26或R69来选择，如果焊R69、R70、C89、C41不焊R26，则此系统为凸轮轴判缸的模式；反之，若焊R26，不焊R69，则为压力判缸的模式，如图11、图14a所示，其中，R26的一端与主控芯片相连(如图14a)，另一端接协处理芯片的第11脚(如图11)，如果焊R69，不焊R26，则协处理芯片第11脚输出的CAM信号将不与主控芯片相连，则此时为凸轮轴判缸的模式。此时R70、C89、C41需要焊接，对凸轮轴信号进行上拉和滤波。若焊R26，不焊R69，则协处理芯片第11脚输出的CAM信号将与主控芯片相连，而外界输入的凸轮轴信号由于R69没焊，将不与主控芯片相连，此时为压力判缸的模式。
[0071]进一步地，如图10所示为本实用新型实施例提供的电源管理、曲轴信号转换以及CAN线和K线通信的电路图。上述四种电路均集成在同一个处理芯片上，芯片型号为L9741。其中，电瓶电源VBAT，通过一个反向保护二极管D3与芯片L9741的第17管脚相连接。同时为了确保电路的可靠性，本实用新型还采用瞬变电压抑制二极管(TVS管)D6对电源芯片进行浪涌保护，与D6并连的电容C3和C6对电瓶电源VBAT进行滤波。点火钥匙信号VIGK通过二极管Dl以及阻值20K的保护电阻R30与芯片L9741的第35管脚相连接，同时还与阻值3.3K的下拉电阻R58相连接。同时，点火钥匙信号通过R15和R41分压后与主控芯片的第28管脚相连接进行AD采样。芯片L9741的第19管脚是一个高端驱动输出管脚，在本实用新型实施例中芯片L9741的第19管脚的输出为一个12V的输出电源VCCl。芯片L9741的第15和16脚提供了精度为2% (5V电压上下浮动的大小，2%即是说输出的5V电压最低为4.9V，最高为5.1V。)，输出电流为10mA的5V电源，此电源主要用为节气门位置传感器和进气歧管压力传感器提供5V电源。芯片L9741的第18脚提供5V电源VCC，用于给电路板上的其它5V芯片供电以及作为部分芯片的上拉电源。芯片L9741的第20管脚为复位信号输出引脚，此管脚为开漏级输出，因此需要加一个上拉电阻R76。
[0072]进一步地，如图10所示，曲轴传感器信号CRKA、CRKB分别输入到芯片L9741的第33、32脚，曲轴信号CRK由芯片L9741的第30脚输出。本实用新型实施例支持磁电式曲轴信号输入，对于曲轴传感器信号的处理由芯片L9741的专用功能模块(L9741这个芯片内部集成的功能模块，其功能就是对曲轴信号进行处理)完成，磁电式曲轴信号在进入芯片L9741之前要经过阻容件的滤波，经过转换以后芯片L9741输出的曲轴信号为OV或5V的频率信号。
[0073]进一步地，如图10所示，芯片L9741集成了 CAN线的数据转换功能，可以对CAN总线和单片机的串口进行转换。芯片L9741的第11、12脚分别与主控芯片的第89、92脚相连接(如图14a)。芯片L9741的第13与第14管脚为CAN总线接口，为了滤除干扰CAN总线接口上分别接了一个共模电感L2、阻值为60.4Ω的R43和L1、阻值为60.4Ω的R54，电容C57也与CAN总线终端相连接。
[0074]进一步地，如图10所示，本实用新型提供的E⑶具有一条K线对外的通信线。本实用新型的K总线与串口电平的转换由芯片L9741的专用功能模块实现。芯片L9741的第4、8脚分别与主控芯片的第77、78脚相连(如图14a)，芯片L9741的第5脚为K总线端口，通过R80和C88组成的一个低通滤波电路并与外部的其他的K总线终端相连，同时K总线还通过电阻R81与12V上拉电源VCCl相连接。芯片L9741的第3脚通过O Ω电阻(R88、Rl 10)与主控芯片第119脚或者19脚相连接(如图14a)，芯片L9741的第2脚为低边驱动输出引脚，并与输出端口相连接为水温输出。外接一个12V的上拉电阻R82(上拉电阻R82一端接VCCl，一端接WAT-OUT)和一个滤波电容C78。
[0075]进一步地，如图11所示为本实用新型实施例提供的协处理芯片电路图。协处理芯片的功能主要有两个，一是作点火反馈的检测；二是作压力判缸。协处理芯片的时钟由其内部高速晶体振荡器所提供。协处理芯片的第29脚与曲轴信号相连接，第16管脚与进气压力信号相连接，这两个信号在协处理芯片中用来作压力判缸用。协处理芯片的第27和第28脚是点火反馈的输入，协处理芯片对这两个反馈作逻辑处理后在第19和第20脚上输出两个信号到主控芯片的第70和第74脚(见图14a)，供主控芯片判断点火线圈是否工作正常。
[0076]进一步地，如图12所示为本实用新型实施例提供的爆震信号处理电路图。本实用新型实施例所用爆震信号处理电路的芯片为TPIC8101，爆震传感器信号输入到芯片TPIC8101的第19脚，经过芯片TPIC8101内部处理之后，芯片TPIC8101把不规则的爆震信号转换为一个模拟信号，再从芯片TPIC8101的第4脚输入到主控芯片的第44脚(如图14a)。主控芯片通过SPI总线控制芯片TPIC8101的工作，芯片TPIC8101所需要的时钟信号由主控芯片的第81管脚提供。
[0077]进一步地，如图13a、13b所示为本实用新型实施例提供的驱动输出电路图。目前汽车电控系统中外围执行器用到的电源大多为12V电源，且需要较大的驱动电流，因此E⑶就需要有驱动电路来驱动这些外围执行器。本实用新型实施例的驱动电路由L9825和L9708两个驱动芯片完成，本实用新型提供的驱动输出均为低端驱动输出。
[0078]进一步地，如图13a所示，芯片L9825的第3、8、9脚分别与主控芯片的第75、76、80脚相连，主控芯片的第75、76、80脚3个管脚构成了一个SPI总线，主控芯片通过SPI总线与芯片L9825进行数据通信。芯片L9825的第19脚与主控芯片的第108脚相连接并控制L9825的选通，芯片L9825的第18管脚与主控芯片的第141 脚相连接并控制CJ945的复位。本实用新型实施例将芯片L9825的8个驱动通道全部用上，分别驱动了主继电器(RLY-MAIN)、转速表(ESSo)、低速制冷风扇(RLY-FANL)、高速制冷风扇(RLY-FANH)、排放故障灯(LET-FAU)、空调压缩机继电器(RLY-ACC)、碳罐控制阀(CPPWMO)和燃油泵继电器(RLY-EFP)。其中，二极管D2对主继电器驱动电路起到反向保护作用。
[0079]进一步地，如图13b所示，芯片L9708的第3脚为片选和时钟输入引脚，与主控芯片的第115脚相连，芯片L9708的第4、35脚分别与主控芯片的第134、135脚相连，主控芯片的第115脚、134、135脚3个管脚构成了一个SPI总线，主控芯片通过SPI总线与芯片L9708进行数据通信。芯片L9708第34脚为SPI错误逻辑输出引脚，与主控芯片第107脚相连，由于其为漏极开路输出，因此外部加一个上拉电阻。芯片L9708第5、6、8脚分别为步进电机驱动使能引脚、旋转速度控制引脚、旋转方向控制引脚，分别与主控芯片第125、106、105脚相连接。本实用新型将L9708的4个步进电机驱动通道和8个普通驱动通道全部用上，分别驱动了步进电机、四个喷油器、前氧加热棒(LSHUP)、后氧加热棒(LSHDP)和故障指示灯(MILo)，具体为4个步进电机驱动步进电机，8个普通驱动通道驱动四个喷油器、前氧加热棒(LSHUP)、后氧加热棒(LSHDP)和故障指示灯(MILo)，后氧加热棒(LSHDP)用了两个通道。
[0080]进一步地，如图14a、14b所示为本实用新型实施例提供的主控芯片电路图。本实用新型实施例的主控芯片采用ST公司的ST10F273M芯片，复位信号由MAX809芯片产生，MAX809芯片的第I脚接地，第3脚接电源，第2脚是复位信号输出，与芯片ST10F273M的140脚相连接。芯片ST10F273M的晶振源由一个4MHz的晶体Yl提供，晶振信号从芯片ST10F273M的第137和第138管脚输入。芯片ST10F273M还需监测目前的系统电压即电瓶电压，其中电瓶电压通过Rl7和R16对主继电器后电源V-EL分压后得到。
[0081]综上所述，本实用新型带燃气功能的发动机电子控制单元采用ST10F273M为主控芯片，能够通过主芯片及外围电路根据各个传感器信号有效地对各个电路进行控制，从而更好地控制发动机的喷油量、喷气量和喷油、喷气时间等。本实用新型除了能满足发动机的基本控制外，采用一个主控芯片来支持燃油和天然气两种燃料之间的切换，实现了在一个ECU上控制两种燃料的切换，同时还具有压力判缸功能不仅结构简单，而且成本更加低廉。本实用新型能够很好的控制发动机燃料在燃气和燃油之间进行及时地切换，以使发动机不仅工作在最佳状态，而且能够尽可能地降低其尾气污染。本实用新型电路简练、集成度高、可靠性高、成本更低、功能更全面。
[0082]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种带燃气功能的发动机电子控制单元，其特征在于，包括: 主控芯片； 与所述主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路； 与所述主控芯片进行数据通信的喷油信号控制电路； 与所述主控芯片进行数据通信的减压阀控制电路； 与所述主控芯片进行数据通信的模拟信号输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的开关量信号输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的车速传感器输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的凸轮轴信号输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的点火驱动电路； 与所述主控芯片进行数据通信的曲轴信号转换电路； 与所述主控芯片进行数据通信的协处理芯片电路； 与所述主控芯片进行数据通信的爆震信号处理电路； 与所述主控芯片进行数据通信的控制器局域网CAN线通信电路； 与所述主控芯片进行数据通信的K线通信； 与所述主控芯片进行数据通信的电源管理电路； 与所述主控芯片进行数据通信的驱动输出电路； 其中，所述喷气信号控制电路控制燃气的喷射正时和喷气量；所述喷油信号控制电路控制燃油的喷射正时和喷油量；所述减压阀控制电路控制燃气的出口压力和流量；所述模拟信号输入电路向所述主控芯片提供电压信号；所述开关量信号输入电路向所述主控芯片提供开关量电平信号；所述车速传感器信号输入电路向所述主控芯片提供车速脉冲信号；所述点火驱动电路控制和驱动点火线圈，并向所述协处理芯片电路提供点火反馈信号；所述协处理芯片电路与所述曲轴信号转换电路和所述模拟信号输入电路相连接，根据所述曲轴信号转换电路的输出信号以及所述模拟信号输入电路的进气压力信号实现压力判缸，同时所述协处理芯片电路与处理所述点火驱动电路连接，并对点火反馈信号进行处理后传递给所述主控芯片。2.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述模拟信号输入电路包括:前氧传感器信号输入电路、后氧传感器信号输入电路、油位传感器信号输入电路、进气温度传感器信号输入电路、蒸发气温度传感器信号输入电路、加速度传感器信号输入电路、冷却液温度传感器信号输入电路、节气门位置传感器信号输入电路、进气歧管绝对压力传感器信号输入电路、燃气温度传感器信号输入电路、燃气压力传感器信号输入电路以及钢瓶压力传感器信号输入电路。3.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述开关量信号输入电路包括:停车/空挡信号输入电路、动力转向信号输入电路、空调压缩机信号输入电路、空调开关信号输入电路、大灯开关信号输入电路以及燃气开关信号输入电路。4.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述喷气信号控制电路包括:斯密特反向触发器芯片、与门芯片以及MOS管芯片； 所述斯密特反向触发器芯片接收所述主控芯片的控制信号，输出信号传输给所述与门芯片，所述与门芯片的另一输入引脚与所述主控芯片连接，所述与门芯片的输出信号控制所述MOS管芯片，由所述MOS管芯片控制燃气的喷射正时和喷气量，并反馈喷射正时和喷气量给所述主控芯片。5.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述车速传感器信号输入电路包括:稳压二极管、π形滤波电路以及三极管控制电路； 车速传感器信号经稳压二极管和π形滤波电路后传给所述主控芯片，并且车速传感器信号还经过三极管控制电路，将车速信号传输给车速表。6.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述凸轮轴信号输入电路包括:上拉电阻、π形滤波电路以及凸轮轴传感器； 所述凸轮轴传感器检测的信号经过所述上拉电阻上拉以及所述π形滤波电路滤波后传递给所述主控芯片。7.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述主控芯片的型号为ST10F273M。8.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述爆震信号处理电路的芯片型号为TPIC8101。9.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述电源管理电路的电源的芯片、所述控制器局域网CAN线通信电路与所述主控芯片串口进行数据转换的芯片、曲轴信号转换电路的芯片以及K线通信电路的芯片型号均为L9741。10.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述驱动输出电路的驱动芯片型号为L9825和L9708。
【专利摘要】本实用新型涉及发动机控制领域，尤其涉及一种带燃气功能的发动机电子控制单元。该发动机电子控制单元包括主控芯片；以及与所述主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路、喷油信号控制电路、减压阀控制电路、模拟信号输入电路、开关量信号输入电路、车速传感器输入电路、凸轮轴信号输入电路、点火驱动电路、曲轴信号转换电路、协处理芯片电路、爆震信号处理电路、控制器局域网CAN线通信电路、K线通信、电源管理电路、驱动输出电路。本实用新型带燃气功能的发动机电子控制单元能够通过主芯片及外围电路根据各个传感器信号有效地对各个电路进行控制，从而更好地控制发动机的喷油量、喷气量和喷油、喷气时间等，同时还具有压力判缸功能。
【IPC分类】F02D41/30, F02D41/02
【公开号】CN204704017
【申请号】CN201520155279
【发明人】张步亮, 伊春山, 巫海东
【申请人】华夏龙晖（北京）汽车电子科技股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年3月18日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发动机控制领域，尤其涉及一种带燃气功能的发动机电子控制单
J L.ο
【背景技术】
[0002]EQJ(Electronic Control Unit，电控单元)是车辆电控系统三要素(传感器、执行器、电控单元)之一，是车辆电子控制系统中的核心部件。ECU的基本功能是在实时工况和外界工作条件下始终使发动机控制在最佳燃烧状态。ECU按照预先设计的程序计算各种传感器送来的信息，经过特定算法处理以后，把各个参数限制在允许的电压电平上，再发送给各相关的执行机构执行各种预定的控制功能。微处理机根据输入数据和储存在MAP中的数据，计算喷油时间、喷油量、喷油率和喷油定时等参数，并将这些参数转换为与发动机运行匹配的随时间变化的电量。以发动机的转速、负荷为基础，经过ECU的计算和处理，向喷油器、供油泵等发送动作指令，使每一个汽缸都有最合适的喷油量、喷油率和喷油定时，保证每一个汽缸进行最佳的燃烧。
[0003]在环境污染和石油不断减少的情况下，以天然气和石油为燃料的双燃料发动机已经越来越普遍，其优势也日益凸显。天然气燃料的使用不仅能使气缸内积碳减少从而降低发动机的磨损，而且相比液体燃料更能够充分燃烧。由于天然气的主要成分为甲烷，燃烧后不会有氮氧化合物排放量和PM排放值高等缺点，对减少环境污染能够起到很好的作用。因此双燃料发动机已经越来越受到国家和汽车厂商的亲睐。
[0004]作为控制汽车发动机运行的系统，带燃气功能的发动机电子控制单元也在不断进行改进和提高。目前大部分带燃气功能的发动机电子控制单元都是运用两个主控芯片分别控制汽车的燃油和燃气的喷射，当用燃油时，第一主控芯片对发动机进行控制；当用燃气时，第二主控芯片对发动机进行控制。这样的控制系统结构不仅成本高、信号线繁杂，而且结构复杂，不利于控制系统的及时控制和控制系统本身的实时改进。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种电路简单、集成度高、可靠性高、成本更低、功能更全面的带燃气功能的发动机电子控制单元。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带燃气功能的发动机电子控制单元，包括:
[0007]主控芯片；
[0008]与所述主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路；
[0009]与所述主控芯片进行数据通信的喷油信号控制电路；
[0010]与所述主控芯片进行数据通信的减压阀控制电路；
[0011]与所述主控芯片进行数据通信的模拟信号输入电路；
[0012]与所述主控芯片进行数据通信的开关量信号输入电路；
[0013]与所述主控芯片进行数据通信的车速传感器输入电路；
[0014]与所述主控芯片进行数据通信的凸轮轴信号输入电路；
[0015]与所述主控芯片进行数据通信的点火驱动电路；
[0016]与所述主控芯片进行数据通信的曲轴信号转换电路；
[0017]与所述主控芯片进行数据通信的协处理芯片电路；
[0018]与所述主控芯片进行数据通信的爆震信号处理电路；
[0019]与所述主控芯片进行数据通信的控制器局域网CAN线通信电路；
[0020]与所述主控芯片进行数据通信的K线通信；
[0021]与所述主控芯片进行数据通信的电源管理电路；
[0022]与所述主控芯片进行数据通信的驱动输出电路；
[0023]其中，所述喷气信号控制电路控制燃气的喷射正时和喷气量；所述喷油信号控制电路控制燃油的喷射正时和喷油量；所述减压阀控制电路控制燃气的出口压力和流量；所述模拟信号输入电路向所述主控芯片提供电压信号；所述开关量信号输入电路向所述主控芯片提供开关量电平信号；所述车速传感器信号输入电路向所述主控芯片提供车速脉冲信号；所述点火驱动电路控制和驱动点火线圈，并向所述协处理芯片电路提供点火反馈信号；所述协处理芯片电路与所述曲轴信号转换电路和所述模拟信号输入电路相连接，根据所述曲轴信号转换电路的输出信号以及所述模拟信号输入电路的进气压力信号实现压力判缸，同时所述协处理芯片电路与处理所述点火驱动电路连接，并对点火反馈信号进行处理后传递给所述主控芯片。
[0024]优选地，所述模拟信号输入电路包括:前氧传感器信号输入电路、后氧传感器信号输入电路、油位传感器信号输入电路、进气温度传感器信号输入电路、蒸发气温度传感器信号输入电路、加速度传感器信号输入电路、冷却液温度传感器信号输入电路、节气门位置传感器信号输入电路、进气歧管绝对压力传感器信号输入电路、燃气温度传感器信号输入电路、燃气压力传感器信号输入电路以及钢瓶压力传感器信号输入电路。
[0025]优选地，所述开关量信号输入电路包括:停车/空挡信号输入电路、动力转向信号输入电路、空调压缩机信号输入电路、空调开关信号输入电路、大灯开关信号输入电路以及燃气开关信号输入电路。
[0026]优选地，所述喷气信号控制电路包括:斯密特反向触发器芯片、与门芯片以及MOS管芯片；
[0027]所述斯密特反向触发器芯片接收所述主控芯片的控制信号，输出信号传输给所述与门芯片，所述与门芯片的另一输入引脚与所述主控芯片连接，所述与门芯片的输出信号控制所述MOS管芯片，由所述MOS管芯片控制燃气的喷射正时和喷气量，并反馈喷射正时和喷气量到所述主控芯片。
[0028]优选地，所述车速传感器信号输入电路包括:稳压二极管、形滤波电路以及三极管控制电路；
[0029]车速传感器信号经稳压二极管和形滤波电路后传给所述主控芯片，并且车速传感器信号还经过三极管控制电路，将车速信号传输给车速表。
[0030]优选地，所述凸轮轴信号输入电路包括:上拉电阻、形滤波电路以及凸轮轴传感器；
[0031]所述凸轮轴传感器检测的信号经过所述上拉电阻上拉以及所述形滤波电路滤波后传递给所述主控芯片。
[0032]优选地，所述主控芯片的型号为ST10F273M。
[0033]优选地，所述爆震信号处理电路的芯片型号为TPIC8101。
[0034]优选地，所述电源管理电路的电源的芯片、所述控制器局域网CAN线通信电路与所述主控芯片串口进行数据转换的芯片、曲轴信号转换电路的芯片以及K线通信电路的芯片型号均为L9741。
[0035]优选地，所述驱动输出电路的驱动芯片型号为L9825和L9708。
[0036]本实用新型的上述技术方案具有如下优点:本实用新型带燃气功能的发动机电子控制单元能够通过主芯片及外围电路根据各个传感器信号有效地对各个电路进行控制，从而更好地控制发动机的喷油量、喷气量和喷油、喷气时间等。本实用新型除了能满足发动机的基本控制外，还具有压力判缸功能，同时其采用一个主控芯片来控制两种燃料的喷射和点火，不仅结构简单，而且成本更加低廉。本实用新型能够很好的控制发动机燃料在燃气和燃油之间进行及时地切换，以使发动机不仅工作在最佳状态，而且能够尽可能地降低其尾气污染。本实用新型电路简练、集成度高、可靠性高、成本更低、功能更全面。
【附图说明】
[0037]图1是本实用新型实施例提供的发动机电子控制单元的结构示意图；
[0038]图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g是本实用新型实施例提供的喷气信号控制电路图；
[0039]图3a、3b是本实用新型实施例提供的减压阀控制电路图；
[0040]图4a、4b、4c、4d是本实用新型实施例提供的喷油信号控制电路图；
[0041]图5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h是本实用新型实施例提供的一种模拟信号输入电路图；
[0042]图6a、6b、6c、6d、6e是本实用新型实施例提供的开关量信号输入电路图；
[0043]图7是本实用新型实施例提供的车速传感器信号输入电路图；
[0044]图8a、8b是本实用新型实施例提供的点火驱动电路图；
[0045]图9是本实用新型实施例提供的凸轮轴信号输入电路图；
[0046]图10是本实用新型实施例提供的电源管理、曲轴信号转换以及CAN线和K线通信的电路图；
[0047]图11是本实用新型实施例提供的协处理芯片电路图；
[0048]图12是本实用新型实施例提供的爆震信号处理电路图；
[0049]图13a是本实用新型实施例提供的一种驱动输出电路图；
[0050]图13b是本 实用新型实施例提供的另一种驱动输出电路图；
[0051]图14a、图14b是本实用新型实施例提供的主控芯片电路图；
[0052]图15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h是本实用新型实施例提供的另一种模拟信号输入电路图；
[0053]图16a、16b、16c是本实用新型实施例提供的再一种模拟信号输入电路图。
【具体实施方式】
[0054]下面结合附图和实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0055]如图1所示，为本实用新型实施例提供的发动机电子控制单元的结构示意图。
[0056]本实用新型的发动机电控单元包括:主控芯片；与主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路；与主控芯片进行数据通信的喷油信号控制电路；与主控芯片进行数据通信的减压阀控制电路；与主控芯片进行数据通信的模拟信号输入电路；与主控芯片进行数据通信的开关量信号输入电路；与主控芯片进行数据通信的车速传感器输入电路；与主控芯片进行数据通信的凸轮轴信号输入电路；与主控芯片进行数据通信的点火驱动电路；与主控芯片进行数据通信的曲轴信号转换电路；与主控芯片进行数据通信的协处理芯片电路；与主控芯片进行数据通信的爆震信号处理电路；与主控芯片进行数据通信的控制器局域网CAN线通信电路；与主控芯片进行数据通信的K线通信；与主控芯片进行数据通信的电源管理电路；与主控芯片进行数据通信的驱动输出电路。
[0057]其中，喷气信号控制电路控制燃气的喷射正时和喷气量；喷油信号控制电路控制燃油的喷射正时和喷油量；减压阀控制电路通过控制减压阀控制燃气的出口压力和流量，气体燃料是被压缩放在钢瓶内，就像燃油是放在油箱内一样。但燃气是高压储存，因此需要减压阀对从钢瓶出来的燃气进行减压，也起到控制流量的作用。减压阀控制电路就是控制这个减压阀的；模拟信号输入电路向主控芯片提供电压信号；开关量信号输入电路向主控芯片提供开关量电平信号；车速传感器信号输入电路向主控芯片提供车速脉冲信号；点火驱动电路控制和驱动点火线圈，并向协处理芯片电路提供点火反馈信号；协处理芯片电路与曲轴信号转换电路和模拟信号输入电路相连接，处理点火反馈信号并实现压力判缸。
[0058]进一步地，如图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g所示为本实用新型实施例提供的喷气信号控制电路图。本实施例中喷气信号控制电路共有四路，图2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g所示为其中两路，其余两路与此两路电路完全一致。其中，喷气信号控制电路包括:斯密特反向触发器芯片U14、与门芯片U13以及MOS管芯片U6。U14第I脚为输入引脚，与主控芯片第4脚相连接；U14第2脚为输出引脚，与U13第2脚相连接。U13第1、2脚为输入引脚，第I脚与主控芯片第47脚相连接；U13第3脚为输出引脚，与一个1ΚΩ的电阻Rl 12 (阻值大小根据实际情况确定)的一端相连接。若主控芯片输出一个高电平给U14第I脚，则U14的第2脚输出为低电平，主控芯片输出给U13第I脚的无论是高电平或低电平，U13的第3脚均输出低电平。只有当U14输入为低电平，同时U13第I脚输入为高电平时，U13的第3脚才能输出高电平。
[0059]进一步地，如图2&、213、2(3、2(1、26、2厂28所示，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)Q4的第I脚栅极与电阻R112的另一端相连接，Q4的第2脚发射极接地，Q4的第3脚集电极与输出端口相连接，实现对燃气的喷射正时和喷气量的控制。电阻R84—端与Q4的第3脚集电极相连接，另一端与下拉电阻R8和滤波电容C23相连接。R8和C23与R8相连的一端与主控芯片第51脚相连接，进而将喷油信号经滤波之后反馈给主控芯片，使主控芯片能够实时监测喷气信号是否正常，R8和C23的另一端均接地。Q4的第3脚集电极还与二极管D7的阳极相连接，D7的阴极接到MOS管芯片U6的第I脚源极上。U6第7、8脚为漏极引脚，接外部电源电压。电阻R35 —端与U6第I脚相连接，另一端与U6第2脚栅极引脚以及电阻R102的一端相连接，R102另一端与三极管Q13的集电极相连接；Q13的基极通过一 10ΚΩ电阻Rl 17与主控芯片相连接，Q13的发射极接地，在Q13的基极和发射极之间并接一个电阻R105。此部分电路主要是起到泄流保护作用，将Q4集电极上所产生的大电流通过二极管D7和MOS管芯片U6流向地，以免电流过大烧坏主控芯片的反馈引脚和Q4。
[0060]进一步地，如图3a、3b所示为本实用新型实施例提供的减压阀控制电路图。其中，电阻Rlll —端与主控芯片第122引脚相连接，另一端与MOS管Q8的栅极相连接。Q8的源极接地，Q8的漏极不仅接输出端口(用于控制燃气的出口压力和流量)，还通过电阻R93与施密特反向触发器芯片U14的第11脚输入引脚相连接，U14第10脚反向输出引脚与主控芯片第131脚相连接，进而将减压阀控制信号反馈给主控芯片进行减压等控制。
[0061]进一步地，如图4a、4b、4c、4d所示为本实用新型实施例提供的喷油信号控制电路图。其中，U12为与门芯片，本实施例中喷油信号控制电路共有四路，图4a、4b、4c、4d所示为其中一路，其余三路与此路电路完全一致。其中U12第1、2脚为输入引脚，第I脚与主控芯片第47脚相连接，第2脚与主控芯片第4脚相连接。U12第3脚为输出引脚，与如图13b中的驱动芯片L9708的第16脚相连接，主控芯片输出的控制信号经所述驱动芯片L9708放大处理后，控制燃油的喷射正时和喷油量。进而，可知主控芯片的第4、47两个引脚同时对喷气和喷油信号进行控制。
[0062]进一步地，模拟信号输入电路包括:前氧传感器信号输入电路、后氧传感器信号输入电路、油位传感器信号输入电路、进气温度传感器信号输入电路、蒸发气温度传感器信号输入电路、加速度传感器信号输入电路、冷却液温度传感器信号输入电路、节气门位置传感器信号输入电路、进气歧管绝对压力传感器信号输入电路、燃气温度传感器信号输入电路、燃气压力传感器信号输入电路以及钢瓶压力传感器信号输入电路。
[0063]进一步地，如图5&、513、5(:、5(1、56、5€、58、511所示为本实用新型实施例提供的一种模拟信号输入电路图，即氧传感器信号的输入电路图。由于氧传感器信号的采样需要提供泵电流，如图5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h中的前氧传感器信号VLSU和后氧传感器信号VLSD所示。其中前氧和后氧的泵电流分别由主控芯片的第101和第102管脚控制VLSUk和VLSDk来实现。主控芯片提供泵电流，即可测量氧传感器信号。前氧传感器信号与后氧传感器信号的电路原理一样，前氧传感器信号进入E⑶后通过阻值511ΚΩ的电阻R48(阻值根据实际情况确定)和阻值47ΚΩ的电阻R51(阻值根据实际情况确定)进行了分压，在前氧传感器未工作时E⑶测量的前氧传感器信号约为0.47VQ (此分压是根据R48和R51的阻值以及R48连接电压VCC决定的)。氧传感器信号还包括了形滤波电路，因此在进入主控芯片前进行了 π形滤波。其中，本实施例中均以π形滤波电路为例，π形滤波电路是一种基本的RC滤波电路，此电路结构简单并且对于滤除高频信号非常有效。
[0064]进一步地，如图15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h所示为本实用新型实施例提供的另一种模拟信号输入电路图。其中，油位输入信号(FUEL-1N)、进气温度传感器输入信号(TIAs)、蒸发器温度传感器输入信号(EVAPs)、冷却液温度传感器输入信号(TCOs)的特性相同，所以电路也具有一致性。进气温度传感器输入信号TIAs经过上拉后还要经过一个由电阻R71、电容C92、C38组成的π形滤波电路，经过滤波后的进气温度传感器输入信号TIA,与主控芯片ST10F273M的AD采样管脚第43脚相连接。
[0065]如图15a、15b、15c、15d、15e、15f、15g、15h所示，模拟信号输入电路中的进气压力传感器信号(MAPs)包括两个不同的滤波电路，其中一路用在主控芯片中用来测量进气量，而另一路与协处理芯片的AD采样管脚第16脚上(如图11)相连接，用来作压力判缸的标准。把MAPs信号分开两路进行滤波的设计减少了主控芯片与协处理芯片之间的互相干扰。节气门位置传感器信号(TPSs)则经过一个5V的上拉和形滤波之后，与主控芯片的AD采样引脚第39脚相连接。加速度传感器的结构要求加速度传感器信号(ACCE)在ECU上需要上拉到12V(此上拉电压与所用加速度传感器的型号有关，若所用加速度 传感器的电源为5V，则用5V上拉，若为12V，则用12V电源上拉)，因此在本实用新型中用VCCl作为加速度传感器信号的上拉电源为一个12V的电源网络。
[0066]进一步地，如图16a、16b、16c所示为本实用新型实施例提供的再一种模拟信号输入电路图。其中燃气温度传感器信号接5V的上拉电源之后，经过形滤波，与主控芯片AD采样引脚第30脚相连接。燃气压力传感器信号和钢瓶压力传感器信号用于给主控芯片提供燃气和钢瓶的压力信号，以便主控芯片可以根据压力信号来控制减压阀的通断时间。燃气压力传感器信号和钢瓶压力传感器信号均经过一个下拉电阻和π形滤波电路之后，输入给主控芯片。
[0067]进一步地，如图6a、6b、6c、6d、6e所示为本实用新型实施例提供的一种开关量信号输入电路图。本实用新型实施例以支持六路开关量输入为例，其中有四路带下拉电阻，分别为空调压缩机开关输入信号(KACCIN)电路、大灯开关信号(KLAMP)电路、空调开关输入信号(KACIN)电路和燃气开关信号(KGAS)。两路带上拉电阻分别为停车/空档开关信号(KPN)电路和动力转向开关信号(KPSTE)电路。其中，如图6a、6b、6c、6d、6e中的NPN的三极管Q12起到了反向保护的作用。
[0068]进一步地，如图7所示为本实用新型实施例提供的车速传感器信号输入电路图。其中，车速传感器信号输入电路包括:稳压二极管D4、Ji形滤波电路以及三极管QlO控制电路。车速传感器向E⑶提供一个OV或12V的频率信号经过上拉后输入到E⑶的主控芯片，其中二极管D4和三级管QlO起到反相保护的作用。同时，电阻R34的一端与QlO的发射极相连接，另一端与转速表(ESSo)相连接，QlO为转速表提供了上拉电源。
[0069]进一步地，如图8a、8b所示为本实用新型实施例提供的点火驱动电路图。本实用新型实施例以支持四缸双燃料发动机的分组点火功能为例，因此有两路点火驱动输出，且工作原理完全一致。主控芯片的第53管脚通过电阻R37与IGBTQ16的栅极相连接，Q16的发射极接地，集电极控制着初级点火线圈的通断。点火反馈信号经过限流电阻R38与协处理芯片的第28脚上(如图11)相连接，通过对点火信号的采样用来检测是否有点火故障。
[0070]进一步地，如图9所示为本实用新型实施例提供的凸轮轴信号输入电路图。其中，凸轮轴信号输入电路包括:上拉电阻R70和形滤波电路。凸轮轴信号CAMs来自凸轮轴传感器，经过上拉和滤波后，提供给主控芯片。本实用新型实施例可以支持凸轮轴判缸和压力判缸两种模式，压力判缸的功能由协处理芯片来实现。选择压力判缸的模式还是选择凸轮轴判缸的模式通过选择焊电阻R26或R69来选择，如果焊R69、R70、C89、C41不焊R26，则此系统为凸轮轴判缸的模式；反之，若焊R26，不焊R69，则为压力判缸的模式，如图11、图14a所示，其中，R26的一端与主控芯片相连(如图14a)，另一端接协处理芯片的第11脚(如图11)，如果焊R69，不焊R26，则协处理芯片第11脚输出的CAM信号将不与主控芯片相连，则此时为凸轮轴判缸的模式。此时R70、C89、C41需要焊接，对凸轮轴信号进行上拉和滤波。若焊R26，不焊R69，则协处理芯片第11脚输出的CAM信号将与主控芯片相连，而外界输入的凸轮轴信号由于R69没焊，将不与主控芯片相连，此时为压力判缸的模式。
[0071]进一步地，如图10所示为本实用新型实施例提供的电源管理、曲轴信号转换以及CAN线和K线通信的电路图。上述四种电路均集成在同一个处理芯片上，芯片型号为L9741。其中，电瓶电源VBAT，通过一个反向保护二极管D3与芯片L9741的第17管脚相连接。同时为了确保电路的可靠性，本实用新型还采用瞬变电压抑制二极管(TVS管)D6对电源芯片进行浪涌保护，与D6并连的电容C3和C6对电瓶电源VBAT进行滤波。点火钥匙信号VIGK通过二极管Dl以及阻值20K的保护电阻R30与芯片L9741的第35管脚相连接，同时还与阻值3.3K的下拉电阻R58相连接。同时，点火钥匙信号通过R15和R41分压后与主控芯片的第28管脚相连接进行AD采样。芯片L9741的第19管脚是一个高端驱动输出管脚，在本实用新型实施例中芯片L9741的第19管脚的输出为一个12V的输出电源VCCl。芯片L9741的第15和16脚提供了精度为2% (5V电压上下浮动的大小，2%即是说输出的5V电压最低为4.9V，最高为5.1V。)，输出电流为10mA的5V电源，此电源主要用为节气门位置传感器和进气歧管压力传感器提供5V电源。芯片L9741的第18脚提供5V电源VCC，用于给电路板上的其它5V芯片供电以及作为部分芯片的上拉电源。芯片L9741的第20管脚为复位信号输出引脚，此管脚为开漏级输出，因此需要加一个上拉电阻R76。
[0072]进一步地，如图10所示，曲轴传感器信号CRKA、CRKB分别输入到芯片L9741的第33、32脚，曲轴信号CRK由芯片L9741的第30脚输出。本实用新型实施例支持磁电式曲轴信号输入，对于曲轴传感器信号的处理由芯片L9741的专用功能模块(L9741这个芯片内部集成的功能模块，其功能就是对曲轴信号进行处理)完成，磁电式曲轴信号在进入芯片L9741之前要经过阻容件的滤波，经过转换以后芯片L9741输出的曲轴信号为OV或5V的频率信号。
[0073]进一步地，如图10所示，芯片L9741集成了 CAN线的数据转换功能，可以对CAN总线和单片机的串口进行转换。芯片L9741的第11、12脚分别与主控芯片的第89、92脚相连接(如图14a)。芯片L9741的第13与第14管脚为CAN总线接口，为了滤除干扰CAN总线接口上分别接了一个共模电感L2、阻值为60.4Ω的R43和L1、阻值为60.4Ω的R54，电容C57也与CAN总线终端相连接。
[0074]进一步地，如图10所示，本实用新型提供的E⑶具有一条K线对外的通信线。本实用新型的K总线与串口电平的转换由芯片L9741的专用功能模块实现。芯片L9741的第4、8脚分别与主控芯片的第77、78脚相连(如图14a)，芯片L9741的第5脚为K总线端口，通过R80和C88组成的一个低通滤波电路并与外部的其他的K总线终端相连，同时K总线还通过电阻R81与12V上拉电源VCCl相连接。芯片L9741的第3脚通过O Ω电阻(R88、Rl 10)与主控芯片第119脚或者19脚相连接(如图14a)，芯片L9741的第2脚为低边驱动输出引脚，并与输出端口相连接为水温输出。外接一个12V的上拉电阻R82(上拉电阻R82一端接VCCl，一端接WAT-OUT)和一个滤波电容C78。
[0075]进一步地，如图11所示为本实用新型实施例提供的协处理芯片电路图。协处理芯片的功能主要有两个，一是作点火反馈的检测；二是作压力判缸。协处理芯片的时钟由其内部高速晶体振荡器所提供。协处理芯片的第29脚与曲轴信号相连接，第16管脚与进气压力信号相连接，这两个信号在协处理芯片中用来作压力判缸用。协处理芯片的第27和第28脚是点火反馈的输入，协处理芯片对这两个反馈作逻辑处理后在第19和第20脚上输出两个信号到主控芯片的第70和第74脚(见图14a)，供主控芯片判断点火线圈是否工作正常。
[0076]进一步地，如图12所示为本实用新型实施例提供的爆震信号处理电路图。本实用新型实施例所用爆震信号处理电路的芯片为TPIC8101，爆震传感器信号输入到芯片TPIC8101的第19脚，经过芯片TPIC8101内部处理之后，芯片TPIC8101把不规则的爆震信号转换为一个模拟信号，再从芯片TPIC8101的第4脚输入到主控芯片的第44脚(如图14a)。主控芯片通过SPI总线控制芯片TPIC8101的工作，芯片TPIC8101所需要的时钟信号由主控芯片的第81管脚提供。
[0077]进一步地，如图13a、13b所示为本实用新型实施例提供的驱动输出电路图。目前汽车电控系统中外围执行器用到的电源大多为12V电源，且需要较大的驱动电流，因此E⑶就需要有驱动电路来驱动这些外围执行器。本实用新型实施例的驱动电路由L9825和L9708两个驱动芯片完成，本实用新型提供的驱动输出均为低端驱动输出。
[0078]进一步地，如图13a所示，芯片L9825的第3、8、9脚分别与主控芯片的第75、76、80脚相连，主控芯片的第75、76、80脚3个管脚构成了一个SPI总线，主控芯片通过SPI总线与芯片L9825进行数据通信。芯片L9825的第19脚与主控芯片的第108脚相连接并控制L9825的选通，芯片L9825的第18管脚与主控芯片的第141 脚相连接并控制CJ945的复位。本实用新型实施例将芯片L9825的8个驱动通道全部用上，分别驱动了主继电器(RLY-MAIN)、转速表(ESSo)、低速制冷风扇(RLY-FANL)、高速制冷风扇(RLY-FANH)、排放故障灯(LET-FAU)、空调压缩机继电器(RLY-ACC)、碳罐控制阀(CPPWMO)和燃油泵继电器(RLY-EFP)。其中，二极管D2对主继电器驱动电路起到反向保护作用。
[0079]进一步地，如图13b所示，芯片L9708的第3脚为片选和时钟输入引脚，与主控芯片的第115脚相连，芯片L9708的第4、35脚分别与主控芯片的第134、135脚相连，主控芯片的第115脚、134、135脚3个管脚构成了一个SPI总线，主控芯片通过SPI总线与芯片L9708进行数据通信。芯片L9708第34脚为SPI错误逻辑输出引脚，与主控芯片第107脚相连，由于其为漏极开路输出，因此外部加一个上拉电阻。芯片L9708第5、6、8脚分别为步进电机驱动使能引脚、旋转速度控制引脚、旋转方向控制引脚，分别与主控芯片第125、106、105脚相连接。本实用新型将L9708的4个步进电机驱动通道和8个普通驱动通道全部用上，分别驱动了步进电机、四个喷油器、前氧加热棒(LSHUP)、后氧加热棒(LSHDP)和故障指示灯(MILo)，具体为4个步进电机驱动步进电机，8个普通驱动通道驱动四个喷油器、前氧加热棒(LSHUP)、后氧加热棒(LSHDP)和故障指示灯(MILo)，后氧加热棒(LSHDP)用了两个通道。
[0080]进一步地，如图14a、14b所示为本实用新型实施例提供的主控芯片电路图。本实用新型实施例的主控芯片采用ST公司的ST10F273M芯片，复位信号由MAX809芯片产生，MAX809芯片的第I脚接地，第3脚接电源，第2脚是复位信号输出，与芯片ST10F273M的140脚相连接。芯片ST10F273M的晶振源由一个4MHz的晶体Yl提供，晶振信号从芯片ST10F273M的第137和第138管脚输入。芯片ST10F273M还需监测目前的系统电压即电瓶电压，其中电瓶电压通过Rl7和R16对主继电器后电源V-EL分压后得到。
[0081]综上所述，本实用新型带燃气功能的发动机电子控制单元采用ST10F273M为主控芯片，能够通过主芯片及外围电路根据各个传感器信号有效地对各个电路进行控制，从而更好地控制发动机的喷油量、喷气量和喷油、喷气时间等。本实用新型除了能满足发动机的基本控制外，采用一个主控芯片来支持燃油和天然气两种燃料之间的切换，实现了在一个ECU上控制两种燃料的切换，同时还具有压力判缸功能不仅结构简单，而且成本更加低廉。本实用新型能够很好的控制发动机燃料在燃气和燃油之间进行及时地切换，以使发动机不仅工作在最佳状态，而且能够尽可能地降低其尾气污染。本实用新型电路简练、集成度高、可靠性高、成本更低、功能更全面。
[0082]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种带燃气功能的发动机电子控制单元，其特征在于，包括: 主控芯片； 与所述主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路； 与所述主控芯片进行数据通信的喷油信号控制电路； 与所述主控芯片进行数据通信的减压阀控制电路； 与所述主控芯片进行数据通信的模拟信号输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的开关量信号输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的车速传感器输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的凸轮轴信号输入电路； 与所述主控芯片进行数据通信的点火驱动电路； 与所述主控芯片进行数据通信的曲轴信号转换电路； 与所述主控芯片进行数据通信的协处理芯片电路； 与所述主控芯片进行数据通信的爆震信号处理电路； 与所述主控芯片进行数据通信的控制器局域网CAN线通信电路； 与所述主控芯片进行数据通信的K线通信； 与所述主控芯片进行数据通信的电源管理电路； 与所述主控芯片进行数据通信的驱动输出电路； 其中，所述喷气信号控制电路控制燃气的喷射正时和喷气量；所述喷油信号控制电路控制燃油的喷射正时和喷油量；所述减压阀控制电路控制燃气的出口压力和流量；所述模拟信号输入电路向所述主控芯片提供电压信号；所述开关量信号输入电路向所述主控芯片提供开关量电平信号；所述车速传感器信号输入电路向所述主控芯片提供车速脉冲信号；所述点火驱动电路控制和驱动点火线圈，并向所述协处理芯片电路提供点火反馈信号；所述协处理芯片电路与所述曲轴信号转换电路和所述模拟信号输入电路相连接，根据所述曲轴信号转换电路的输出信号以及所述模拟信号输入电路的进气压力信号实现压力判缸，同时所述协处理芯片电路与处理所述点火驱动电路连接，并对点火反馈信号进行处理后传递给所述主控芯片。2.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述模拟信号输入电路包括:前氧传感器信号输入电路、后氧传感器信号输入电路、油位传感器信号输入电路、进气温度传感器信号输入电路、蒸发气温度传感器信号输入电路、加速度传感器信号输入电路、冷却液温度传感器信号输入电路、节气门位置传感器信号输入电路、进气歧管绝对压力传感器信号输入电路、燃气温度传感器信号输入电路、燃气压力传感器信号输入电路以及钢瓶压力传感器信号输入电路。3.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述开关量信号输入电路包括:停车/空挡信号输入电路、动力转向信号输入电路、空调压缩机信号输入电路、空调开关信号输入电路、大灯开关信号输入电路以及燃气开关信号输入电路。4.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述喷气信号控制电路包括:斯密特反向触发器芯片、与门芯片以及MOS管芯片； 所述斯密特反向触发器芯片接收所述主控芯片的控制信号，输出信号传输给所述与门芯片，所述与门芯片的另一输入引脚与所述主控芯片连接，所述与门芯片的输出信号控制所述MOS管芯片，由所述MOS管芯片控制燃气的喷射正时和喷气量，并反馈喷射正时和喷气量给所述主控芯片。5.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述车速传感器信号输入电路包括:稳压二极管、π形滤波电路以及三极管控制电路； 车速传感器信号经稳压二极管和π形滤波电路后传给所述主控芯片，并且车速传感器信号还经过三极管控制电路，将车速信号传输给车速表。6.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述凸轮轴信号输入电路包括:上拉电阻、π形滤波电路以及凸轮轴传感器； 所述凸轮轴传感器检测的信号经过所述上拉电阻上拉以及所述π形滤波电路滤波后传递给所述主控芯片。7.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述主控芯片的型号为ST10F273M。8.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述爆震信号处理电路的芯片型号为TPIC8101。9.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述电源管理电路的电源的芯片、所述控制器局域网CAN线通信电路与所述主控芯片串口进行数据转换的芯片、曲轴信号转换电路的芯片以及K线通信电路的芯片型号均为L9741。10.根据权利要求1所述的发动机电子控制单元，其特征在于，所述驱动输出电路的驱动芯片型号为L9825和L9708。
【专利摘要】本实用新型涉及发动机控制领域，尤其涉及一种带燃气功能的发动机电子控制单元。该发动机电子控制单元包括主控芯片；以及与所述主控芯片进行数据通信的喷气信号控制电路、喷油信号控制电路、减压阀控制电路、模拟信号输入电路、开关量信号输入电路、车速传感器输入电路、凸轮轴信号输入电路、点火驱动电路、曲轴信号转换电路、协处理芯片电路、爆震信号处理电路、控制器局域网CAN线通信电路、K线通信、电源管理电路、驱动输出电路。本实用新型带燃气功能的发动机电子控制单元能够通过主芯片及外围电路根据各个传感器信号有效地对各个电路进行控制，从而更好地控制发动机的喷油量、喷气量和喷油、喷气时间等，同时还具有压力判缸功能。
【IPC分类】F02D41/30, F02D41/02
【公开号】CN204704017
【申请号】CN201520155279
【发明人】张步亮, 伊春山, 巫海东
【申请人】华夏龙晖（北京）汽车电子科技股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年3月18日
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