国六排放高压共轨柴油机ECU硬件电路研究与设计

发布时间：2020-07-31 09:13

【摘要】：汽车污染物是大气污染的主要贡献者之一,随着我国汽车保有量持续增加和环境不断恶化,为有效控制车辆污染物排放,我国相继制定并实施了各个阶段的排放法规,于2016年提出了针对轻型柴油车的国六排放法规,计划于2020年和2023年分别实施国六(a)和国六(b)阶段。电控高压共轨柴油机对喷油压力、喷油量、喷油时刻和喷油规律能实现柔性控制,电子控制单元(ECU)硬件电路作为电控系统的载体,因此,对ECU硬件电路的研究具有重要的现实意义。针对中等功率的高压共轨柴油机及其后处理系统,以云内D20TCI为控制对象,采用英飞凌公司的AURIX~(TM)系列产品32位3核微控制器(MCU)。对国六排放高压共轨柴油机ECU硬件电路进行了功能需求分析,采用理论分析结合实验验证的方法对ECU硬件电路的若干关键技术问题进行了详细研究:曲轴、凸轮轴信号的调理方式,喷油器、尿素喷嘴及燃油计量阀的驱动方式。结果表明:曲轴、凸轮轴信号采用可变磁阻传感器接口芯片进行信号调理电路设计,将差分输入信号转换为方波信号;喷油器采用高低双电压驱动方式;尿素喷嘴采用高低单电压驱动方式;燃油计量阀采用低边驱动方式能满足功能需求。采用模块化设计方法,设计了ECU五大模块电路:MCU模块外围电路、ECU电源模块电路、功率驱动模块电路、信号调理模块电路及ECU通信模块电路。其中功率驱动模块主要包括高压共轨喷油器、燃油计量阀、预热塞、尿素喷嘴、排气再循环(EGR)、可变截面涡轮增压器(VNT)、电子节气门(ETC)、颗粒捕集器(DPF)喷油装置、宽裕氧传感器加热器、选择性催化还原(SCR)系统的电加热及水加热器等。对ECU印制电路板(PCB)的叠层结构、PCB布局布线、接地、静电释放(ESD)防护设计要点进行了详细分析,设计出满足要求的PCB。利用电路功能实验和台架实验测试ECU硬件电路,结果表明:ECU硬件电路达到设计指标。尿素喷嘴和喷油器驱动电流均能实现理想的PEAK-HOLD波形。尿素喷嘴响应时间小于5ms,功率消耗小于3.5W;100μs内,喷油器驱动电流能从0A上升到18A;60μs内能从12A降低到0A;80μs内从18A切换到12A不会导致喷油器关断,曲轴、凸轮轴信号调理电路均能将原始信号转换为无延迟、干净的方波信号,为高压共轨系统判缸提供准确的角度基准点。燃油计量阀能根据轨压传感器反馈的共轨压力信号实时调节共轨压力。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.172
【图文】：

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