楊鵬翔，楊源飛，張雷

（中國(guó)一汽無(wú)錫油泵油嘴研究所，江蘇 無(wú)錫 214063）

高壓共軌ECU診斷系統(tǒng)中電磁閥診斷電路設(shè)計(jì)

楊鵬翔，楊源飛，張雷

（中國(guó)一汽無(wú)錫油泵油嘴研究所，江蘇 無(wú)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(jì)。通過(guò)分析其測(cè)量原理和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，論證其電路的穩(wěn)定性，滿足實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)燃油噴射量、噴射壓力、噴射速率和噴射定時(shí)的靈活控制，優(yōu)化燃燒過(guò)程，使柴油機(jī)在動(dòng)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(dòng)機(jī)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(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，進(jìn)而控制噴油器工作。電磁閥通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元ECU進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，正常狀態(tài)下電磁閥的電感值是一個(gè)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(huì)發(fā)生變化，ECU驅(qū)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)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(duì)電磁閥進(jìn)行診斷，確保系統(tǒng)正常工作。目前對(duì)電磁閥的診斷主要是通過(guò)測(cè)試電參數(shù)和機(jī)械特性兩個(gè)方面進(jìn)行。測(cè)試項(xiàng)目包括電感值、電阻值、靜態(tài)吸力、動(dòng)態(tài)響應(yīng)（銜鐵升程曲線）、動(dòng)態(tài)吸力等。對(duì)電參數(shù)的診斷是使用LCR測(cè)試儀，而對(duì)機(jī)械特性的診斷是通過(guò)吸力試驗(yàn)臺(tái)、激光位移測(cè)試臺(tái)等。以上的測(cè)試項(xiàng)目都需要在試驗(yàn)室進(jìn)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(guò)程中，對(duì)電磁閥狀態(tài)進(jìn)行診斷，確保發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(shí)無(wú)需將電磁閥從系統(tǒng)中拆解下來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用范圍廣、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

1 測(cè)量原理

在電阻測(cè)量中比較常用的方法是電壓比例計(jì)算法［2-3］，即將標(biāo)準(zhǔn)電阻R1和待測(cè)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(biāo)準(zhǔn)電阻和待測(cè)電阻兩端的電壓分別是

將公式（1）和（2）進(jìn)行比例計(jì)算，可以得到待測(cè)電阻的阻值為

本設(shè)計(jì)對(duì)電感值進(jìn)行檢測(cè)使用了與以上電阻值檢測(cè)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(hào)進(jìn)行測(cè)量，只能使用交流信號(hào)。將標(biāo)準(zhǔn)電阻R1和待測(cè)電感LX串聯(lián)，組成如圖2所示的測(cè)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(jì)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(jì)算出電感值為

由公式（6）可以看出，為精確測(cè)量出電感值，需要高精度的標(biāo)準(zhǔn)電阻和頻率穩(wěn)定的交流信號(hào)發(fā)生器。

2 電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)硬件電路主要由以下幾個(gè)部分組成：①電路隔離開(kāi)關(guān)NLAS324；②正弦波產(chǎn)生芯片AD9850；③高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻R1；④ECU單片機(jī)MC9S12XEP100：控制產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)、獲取測(cè)量信號(hào)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(jì)目標(biāo)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(dòng)電路和診斷電路隔離開(kāi)，因此使用了NLAS324模擬開(kāi)關(guān)，使電磁閥可以在驅(qū)動(dòng)和診斷兩個(gè)狀態(tài)之間自由切換。診斷電路工作時(shí)，由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)斷開(kāi)驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)使NLAS324模擬開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉導(dǎo)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(hào)，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(jìn)的DDS技術(shù)，內(nèi)置一個(gè)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(shí)鐘發(fā)生器。以精密時(shí)鐘源作為基準(zhǔn)時(shí)，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(gè)32位頻率調(diào)諧器；對(duì)于125 MHz基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入，輸出調(diào)諧分辨率可以達(dá)到0.029 1 Hz［4］。

AD9850有并行和串行兩種控制方式，本設(shè)計(jì)使用串行控制方式，單片機(jī)輸出4路控制信號(hào)對(duì)AD9850進(jìn)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(gè)時(shí)鐘線，控制SRL_LOAD上數(shù)據(jù)的時(shí)序，AD9850_RST是芯片的復(fù)位控制信號(hào)。DAC_OUT是芯片正弦波輸出端口。

單片機(jī)驅(qū)動(dòng)AD9850產(chǎn)生幅度為2V、頻率為100kHz的正弦波信號(hào)，如圖5所示?？梢钥闯鯝D9850產(chǎn)生的正弦波信號(hào)精度高、頻率穩(wěn)定，可以用作交流信號(hào)源。

正弦波信號(hào)流入標(biāo)準(zhǔn)電阻R1和待測(cè)電感LX，電感另一端通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)NLAS324搭鐵，組成電路回路。為提高測(cè)量精度，標(biāo)準(zhǔn)電阻R1使用精度達(dá)到0.1%25 ppm的薄膜電阻器。根據(jù)公式（6）需要準(zhǔn)確測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻和待測(cè)電感兩端的電壓值，標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓U1和待測(cè)電感電壓ULX如圖6所示。

通過(guò)單片機(jī)的AD模塊采集一系列U1及ULX并計(jì)算出有效值，最后通過(guò)電感值計(jì)算程序計(jì)算出電感值。測(cè)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(cè)量程序；③電感值計(jì)算程序。程序流程圖如圖7所示。

3 測(cè)量結(jié)果

本電路測(cè)量了9個(gè)電磁閥信號(hào)，使用AD9850產(chǎn)生100kHz頻率信號(hào)，測(cè)量得到電感數(shù)據(jù)如表1所示。并將測(cè)量結(jié)果與惠普HP4263B型電感測(cè)量?jī)x在100kHz下的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。從測(cè)量結(jié)果可以看出，本電路測(cè)量得到的結(jié)果與電磁閥標(biāo)稱變化趨勢(shì)具有一致性，能準(zhǔn)確測(cè)量出電磁閥電感值，電路工作穩(wěn)定，可以應(yīng)用于高壓共軌電磁閥的診斷。

表1 電感測(cè)量結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

本電路主要通過(guò)測(cè)量電參數(shù)對(duì)高壓共軌電磁閥進(jìn)行診斷。在系統(tǒng)上電自檢過(guò)程中，首先對(duì)電磁閥接通測(cè)量電路，準(zhǔn)確測(cè)出電磁閥的電感值，判斷其是否能達(dá)到系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的要求，確保發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)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(jī)的處理能力，實(shí)現(xiàn)電磁閥電感的診斷。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定，可以作為一個(gè)實(shí)用電路應(yīng)用于ECU診斷系統(tǒng)中。

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

［2］劉軍，李智.基于單片機(jī)的高精度電容電感測(cè)量?jī)x［J］.研究與開(kāi)發(fā)，2007（6）：48-51.

［3］張威，言憶芳，施敏.基于PIC16F688單片機(jī)的電感測(cè)量電路設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)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(yáng)人，工程師，目前主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)研究工作。