高壓共軌ECU診斷系統(tǒng)中電磁閥診斷電路設(shè)計

楊鵬翔，楊源飛，張雷

（中國一汽無錫油泵油嘴研究所，江蘇 無錫 214063）

高壓共軌ECU診斷系統(tǒng)中電磁閥診斷電路設(shè)計

楊鵬翔，楊源飛，張雷

（中國一汽無錫油泵油嘴研究所，江蘇 無錫 214063）

介紹高壓共軌ECU診斷系統(tǒng)中電磁閥診斷電路設(shè)計。通過分析其測量原理和實測數(shù)據(jù)，論證其電路的穩(wěn)定性，滿足實際使用要求。

高壓共軌；ECU；電磁閥；電感值；診斷

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以實現(xiàn)對燃油噴射量、噴射壓力、噴射速率和噴射定時的靈活控制，優(yōu)化燃燒過程，使柴油機在動力性、油耗、噪聲、排放等方面得到顯著改善［1］。噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的核心部件，電磁閥式噴油器作為使用范圍最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，其電磁閥的穩(wěn)定性直接影響燃油噴射系統(tǒng)乃至發(fā)動機的性能。圖1是目前共軌系統(tǒng)噴油器所使用的電磁閥，其工作原理是利用通電的線圈吸引噴油器銜鐵進行開關(guān)動作，進而控制噴油器工作。電磁閥通過發(fā)動機電控單元ECU進行驅(qū)動，正常狀態(tài)下電磁閥的電感值是一個穩(wěn)定的數(shù)值，但是如果電磁閥發(fā)生損壞，其電感值就會發(fā)生變化，ECU驅(qū)動狀態(tài)就會發(fā)生改變，導致驅(qū)動電流異常，造成的直接后果就是噴油器工作異常。因此，需要在系統(tǒng)工作前對電磁閥進行診斷，確保系統(tǒng)正常工作。目前對電磁閥的診斷主要是通過測試電參數(shù)和機械特性兩個方面進行。測試項目包括電感值、電阻值、靜態(tài)吸力、動態(tài)響應（銜鐵升程曲線）、動態(tài)吸力等。對電參數(shù)的診斷是使用LCR測試儀，而對機械特性的診斷是通過吸力試驗臺、激光位移測試臺等。以上的測試項目都需要在試驗室進行，使用范圍受到一定的限制。

本文介紹了一種電磁閥電感值的診斷電路。在系統(tǒng)上電自檢過程中，對電磁閥狀態(tài)進行診斷，確保發(fā)動機起動工作前電磁閥處于正常狀態(tài)。本電路可以作為ECU診斷電路的一部分，工作時無需將電磁閥從系統(tǒng)中拆解下來進行檢測，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、使用范圍廣、維護方便等特點。

1 測量原理

在電阻測量中比較常用的方法是電壓比例計算法［2-3］，即將標準電阻R1和待測電阻RX組成串聯(lián)電路，在電路中通入電流I，根據(jù)歐姆定律可以得到標準電阻和待測電阻兩端的電壓分別是

將公式（1）和（2）進行比例計算，可以得到待測電阻的阻值為

本設(shè)計對電感值進行檢測使用了與以上電阻值檢測類似的方法，不同之處在于電感是感性元件，具有隔直流通交流的特性，不能用直流信號進行測量，只能使用交流信號。將標準電阻R1和待測電感LX串聯(lián)，組成如圖2所示的測量電路。

根據(jù)公式（3）可以得到電感的感抗為

根據(jù)感抗的定義，感抗計算公式如下

感抗與交流電的頻率成正比，根據(jù)公式（4）和（5），可最終計算出電感值為

由公式（6）可以看出，為精確測量出電感值，需要高精度的標準電阻和頻率穩(wěn)定的交流信號發(fā)生器。

2 電路設(shè)計

本設(shè)計硬件電路主要由以下幾個部分組成：①電路隔離開關(guān)NLAS324；②正弦波產(chǎn)生芯片AD9850；③高精度標準電阻R1；④ECU單片機MC9S12XEP100：控制產(chǎn)生檢測信號、獲取測量信號及數(shù)據(jù)處理。

電磁閥診斷系統(tǒng)框圖如圖3所示。本設(shè)計目標是電磁閥診斷，為了不影響ECU電磁閥工作電路的正常工作，需要將驅(qū)動電路和診斷電路隔離開，因此使用了NLAS324模擬開關(guān)，使電磁閥可以在驅(qū)動和診斷兩個狀態(tài)之間自由切換。診斷電路工作時，由單片機發(fā)出控制信號斷開驅(qū)動電路，同時使NLAS324模擬開關(guān)處于關(guān)閉導通狀態(tài)，將電磁閥電感LX接入診斷電路，組成電磁閥診斷電路。

為了獲得滿足要求的交流信號，使用了高穩(wěn)定性和高精度的頻率合成器芯片AD9850。AD9850是一款高度集成的器件，采用先進的DDS技術(shù)，內(nèi)置一個高速、高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器和比較器，共同構(gòu)成完整的數(shù)字可編程頻率合成器和時鐘發(fā)生器。以精密時鐘源作為基準時，AD9850能產(chǎn)生頻譜純凈的頻率／相位可編程、模擬輸出正弦波，該正弦波可以直接用作頻率源。AD9850的創(chuàng)新型高速DDS內(nèi)核提供一個32位頻率調(diào)諧器；對于125 MHz基準時鐘輸入，輸出調(diào)諧分辨率可以達到0.029 1 Hz［4］。

AD9850有并行和串行兩種控制方式，本設(shè)計使用串行控制方式，單片機輸出4路控制信號對AD9850進行控制，如圖4所示。SRL_LOAD是數(shù)據(jù)控制串行輸入線，F(xiàn)Q_UD和W_CLK是兩個時鐘線，控制SRL_LOAD上數(shù)據(jù)的時序，AD9850_RST是芯片的復位控制信號。DAC_OUT是芯片正弦波輸出端口。

單片機驅(qū)動AD9850產(chǎn)生幅度為2V、頻率為100kHz的正弦波信號，如圖5所示。可以看出AD9850產(chǎn)生的正弦波信號精度高、頻率穩(wěn)定，可以用作交流信號源。

正弦波信號流入標準電阻R1和待測電感LX，電感另一端通過模擬開關(guān)NLAS324搭鐵，組成電路回路。為提高測量精度，標準電阻R1使用精度達到0.1%25 ppm的薄膜電阻器。根據(jù)公式（6）需要準確測量標準電阻和待測電感兩端的電壓值，標準電阻電壓U1和待測電感電壓ULX如圖6所示。

通過單片機的AD模塊采集一系列U1及ULX并計算出有效值，最后通過電感值計算程序計算出電感值。測量軟件主要由以下3部分組成：①AD9850正弦波產(chǎn)生程序；②電壓測量程序；③電感值計算程序。程序流程圖如圖7所示。

3 測量結(jié)果

本電路測量了9個電磁閥信號，使用AD9850產(chǎn)生100kHz頻率信號，測量得到電感數(shù)據(jù)如表1所示。并將測量結(jié)果與惠普HP4263B型電感測量儀在100kHz下的測量數(shù)據(jù)進行對比。從測量結(jié)果可以看出，本電路測量得到的結(jié)果與電磁閥標稱變化趨勢具有一致性，能準確測量出電磁閥電感值，電路工作穩(wěn)定，可以應用于高壓共軌電磁閥的診斷。

表1 電感測量結(jié)果

4 結(jié)束語

本電路主要通過測量電參數(shù)對高壓共軌電磁閥進行診斷。在系統(tǒng)上電自檢過程中，首先對電磁閥接通測量電路，準確測出電磁閥的電感值，判斷其是否能達到系統(tǒng)驅(qū)動的要求，確保發(fā)動機起動工作前電磁閥處于正常狀態(tài)。本電路充分利用了ECU單片機的處理能力，實現(xiàn)電磁閥電感的診斷。該電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定，可以作為一個實用電路應用于ECU診斷系統(tǒng)中。

［1］曾偉，顧東亮，宋國民，等.新型高壓共軌電磁鐵型噴油器驅(qū)動方式［J］.車用發(fā)動機，2010（4）：32-34.

［2］劉軍，李智.基于單片機的高精度電容電感測量儀［J］.研究與開發(fā)，2007（6）：48-51.

［3］張威，言憶芳，施敏.基于PIC16F688單片機的電感測量電路設(shè)計［J］.微型機與應用，2013，32（15）：25-27.

［4］AN-423：直接數(shù)字頻率合成器AD9850的幅度調(diào)制［EB／OL］.ADI公司網(wǎng)站.

（編輯 心翔）

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汽車電器雜志社

Solenoid Valve Diagnosis Circuit Design for ECU Diagnosis System of High Pressure Common Rail

YANG Peng-Xiang，YANG Yuan-Fei，ZHANG Lei
（FAW Wuxi Fuel Injection Equipment Research Institute，Wuxi 214063，China）

This article introduces the solenoid valve diagnosis circuit design for ECU diagnosis system of high pressure common rail.Through analyzing the measurement principal and experiment data，it shows that the design performance is stable and meets the requirement of practical use.

high pressure common rail；ECU；solenoid valve；inductance；diagnose

U463.6

A

1003－8639（2016）04－0021－03

2015-09-28；

2015-10-24

楊鵬翔（1984-），男，江蘇溧陽人，工程師，目前主要從事發(fā)動機電控系統(tǒng)研究工作。