專利名稱：發(fā)動機噴射過程控制ip核的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機的電子燃油噴射系統(tǒng)(electronic fuel injection,EFI) 中的電子控制單元(electronic control unit，ECU)，例如用于船用或車用發(fā)動機。
背景技術(shù)：
發(fā)動機的EFI系統(tǒng)可以劃分為三個子系統(tǒng)，分別是燃油傳送子系統(tǒng)(fuel delivery system)、進氣子系統(tǒng)(air induction system)禾口電子控制子系統(tǒng)(electronic control system)。其中，電子控制子系統(tǒng)包括E⑶、各種傳感器、燃油噴射器總成(fuel injector assembly)等。目前，發(fā)動機EFI系統(tǒng)中的ECU —般選用單片機(microcontroller，微控制 器)。該ECU中具有極其復(fù)雜的軟件以便實現(xiàn)多種功能，例如進行發(fā)動機的噴射過程控制 (injection process control, IPC)的算法就與其他控制算法一同在單片機內(nèi)實現(xiàn)。隨著發(fā)動機控制精度要求日益提高以及控制功能日益復(fù)雜，單片機的運算處理能 力已難以勝任處理大量信息的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種發(fā)動機噴射過程控制IP核，用于精確控 制電控噴油器(電控噴油泵)的電磁閥的激勵時刻和激勵時間。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明發(fā)動機噴射過程控制IP核為現(xiàn)場可編程門陣列 (field programmable gate array, FPGA)中的一個知識產(chǎn)權(quán)核(intellectual property core, IP core, IP核)，實現(xiàn)對發(fā)動機噴油電磁閥控制中控制脈沖的正確發(fā)送，具體包括-輸入信號處理模塊，用于將輸入信號轉(zhuǎn)換為供其他模塊直接使用的信號；-高壓輸出模塊，用于控制外部高壓輸出電路的選通；-缸選通模塊，用于對噴油缸進行選通；-斬波控制模塊，用于輸出斬波電壓。傳統(tǒng)的發(fā)動機的EFI系統(tǒng)中的ECU為單片機，發(fā)動機的IPC模塊為該單片機中的 一個軟件模塊。由于單片機需要實現(xiàn)包括IPC在內(nèi)的多項功能，并且單片機只具有串行計 算能力，因此IPC模塊的運算能力受到很大的限制。本發(fā)明的整體思路是將發(fā)動機的EFI系統(tǒng)中的E⑶設(shè)計為一個FPGA硬件，E⑶中 的每個功能模塊設(shè)計為該FPGA中的一個個IP核。這樣發(fā)動機的IPC模塊就成為一個具體 的硬件——IPC裝置，即該FPGA中的一個IP核。FPGA硬件具有并行計算能力，一方面可以 簡化軟件代碼設(shè)計，另一方面可使整個IPC裝置功能架構(gòu)清晰、并增強了系統(tǒng)運行的可靠 性。


圖1是一種新型的發(fā)動機的E⑶的系統(tǒng)框圖2是本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置的結(jié)構(gòu)示意圖一；圖3是本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖4是本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置的部分輸入信號的示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1，一種新型的發(fā)動機的EFI系統(tǒng)中的E⑶采用FPGA實現(xiàn)，包括-處理器；-總線；-數(shù)字時鐘管理器(digitalclock manager, DCM)，輸出時鐘信號；-發(fā)動機位置獲取(engineposition acquisition, EPA)模塊，根據(jù)輸入的曲軸 信號和凸輪軸信號，輸出表征發(fā)動機當前位置的相位信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號；-噴射過程控制模塊，根據(jù)輸入的表征發(fā)動機當前位置的相位信號，輸出發(fā)動機噴 油脈沖控制信號；-模數(shù)轉(zhuǎn)換控制(analogto digital control, ADC)模塊，控制外部模數(shù)轉(zhuǎn)換芯 片進行信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述EPA模塊、IPC模塊、ADC模塊均支持中斷工作方式；-中斷控制器，對所有中斷信號管理，實現(xiàn)對處理器中斷信號的輸出。所述處理器、DCM、EPA模塊、IPC模塊、ADC模塊、中斷控制器均以IP核的形式掛接 到所述總線。本發(fā)明所述發(fā)動機的IPC裝置即對應(yīng)于上述發(fā)動機的EFI系統(tǒng)中的E⑶中的IPC 模塊，即一個FPGA中的IP核(硬件)。請參閱圖2，本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置包括-輸入信號處理模塊；該模塊主要用于對輸入信號的再加工，即根據(jù)輸入信號生 成可供其他模塊直接使用的信號。具體而言，該模塊將輸入的第一缸壓縮上止點信號、各缸 壓縮上止點信號、處理后的曲軸信號、高分辨率的微齒信號、噴油正時模式信號、噴油正時 信號緩沖區(qū)信號進行處理，然后輸出噴油正時起點信號、噴油正時脈沖寬度信號、噴油正時 階段信號、噴油缸信號。其中，噴油正時起點例如指噴油脈沖的上升沿位置。-高壓輸出模塊；該模塊的主要功能是提供高壓控制部分外圍電路中的電荷泵的 升壓過程控制。通過該模塊統(tǒng)一地制定升壓方案和升壓脈沖供給，將各個缸的高壓控制協(xié) 調(diào)一致。具體而言，該模塊將輸入的高壓切換時間信號、高壓選通真值表信號、噴油正時起 點信號、噴油正時脈沖寬度信號、噴油正時階段信號、噴油缸信號進行處理，然后輸出高壓 選通信號。-缸選通模塊；該模塊的主要功能是對噴油缸進行選通。具體而言，該模塊根據(jù)輸 入的缸選通真值表信號、噴油正時起點信號、噴油正時脈沖寬度信號進行處理，然后輸出缸 選通信號，實現(xiàn)對噴油缸的噴油控制。_斬波控制模塊；該模塊的主要功能是斬波控制。斬波的控制就是指在高壓的升 壓過程完成后，切斷110V的電壓供給，轉(zhuǎn)而提供穩(wěn)定的24V低壓以進行流過電磁閥電流的 控制。具體而言，該模塊將輸入的斬波切換時間信號、斬波電壓閾值信號、噴油正時起點信 號進行處理，然后輸出斬波峰值和谷值信號，該斬波峰值和谷值信號經(jīng)過進一步處理后輸 出斬波電壓比較值信號。
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圖2中的輸入信號包括-第一缸壓縮上止點信號該信號標識發(fā)動機工作循環(huán)的起點。-各缸壓縮上止點信號該信號標識各缸壓縮上止點。-處理后的曲軸信號標識曲軸轉(zhuǎn)角信息的信號。以上三個信號如圖4所示。-高分辨率的微齒信號標識曲軸轉(zhuǎn)角信息的精細信號，例如精度為0.1度。-當前噴油缸信號判斷當前噴油缸。-噴油正時信號緩沖區(qū)信號當前工作循環(huán)下各缸的噴油時刻和持續(xù)期(包括預(yù) 噴、主噴和后噴)。_高壓切換信號定義高壓切換的時間。_斬波切換信號定義不同斬波閾值切換的時間。-斬波電壓閾值信號定義不同的斬波閾值。-噴油正時模式信號噴油正時信號產(chǎn)生的模式信息，定義不同的噴油正時時刻 計算方法。如通過第一缸壓縮上止點與高分辨率微齒信號計算，還可以通過第一缸壓縮上 止點、處理后曲軸信號與高分辨率微齒信號計算。-高壓選通真值表可以控制多個高壓模塊，通過該真值表，定義各個高壓模塊選 通的數(shù)值。-缸選通真值表控制3片三八譯碼器，最多控制20缸噴油信號。通過該真值表， 定義各個缸的選通值。圖2中的輸出信號包括-高壓選通信號通過輸出該信號控制高壓電源的通斷。-缸選通信號用于選通某一缸噴油器進行噴油的控制信號。_斬波電壓比較值根據(jù)輸入的電壓斬波限制值，輸出對應(yīng)的控制信號給外圍AD 模塊。圖2所示為構(gòu)成本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置的最基本系統(tǒng)，其主要實現(xiàn)了對電控噴 油器的電磁閥激勵時刻和激勵時間的控制。對電磁閥的控制分為兩個階段高壓打開階段 和低壓維持階段。高壓打開階段，輸入高電壓，使得流過電磁閥線圈電流增大，保證電磁閥 及時響應(yīng)、快速打開。低壓維持階段，輸入低電壓，使得電磁閥維持開啟狀態(tài)。在高壓和低 壓輸入后，都必須保證流過電磁閥的電流分別維持在不同的閾值范圍內(nèi)，通過IPC裝置在 這兩個階段分別輸出不同的斬波電壓比較值，給外圍比較電路，實現(xiàn)斬波控制，保證電流波 動在一定的范圍內(nèi)。各個缸噴油的選通，通過缸選通模塊確定。為保證最多20缸的噴油能力，本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置還可設(shè)置多個高壓模塊， 通過高壓選通信號，確定當前使用哪個高壓模塊，產(chǎn)生高電壓提供給電磁閥。在圖2的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置還可以增加電磁閥檢測模塊，實現(xiàn)對 電磁閥的碰響實驗和檢測，如圖3所示。其中新增加的電磁閥檢測模塊的主要功能就是對電磁閥進行檢測。通過外圍電路 截獲的電磁閥電流值經(jīng)轉(zhuǎn)化后變?yōu)殡妷褐当容^的結(jié)果以反饋的形式輸入至噴射過程控制 模塊。通過和兩個標定量Tl和Th(Tl表明流過電磁線圈的電流，上升到指定電流值的最短 時間，如果小于該時間，則判定電磁線圈短路；Th表明流過電磁線圈的電流，上升到指定電流值的最長時間，如果大于該時間，則判定電磁線圈斷路。)比較，以確認這個反饋的升壓值 達到額定要求的時間是否在規(guī)定范圍內(nèi)。如果不在規(guī)定范圍內(nèi)，則產(chǎn)生一個中斷信號同時 將對應(yīng)的缸和短斷路信息寫入錯誤寄存器中。具體而言，所述電磁閥檢測模塊將輸入的噴油正時起點信號、電磁閥診斷信息信 號、電磁閥檢測反饋信號進行處理，然后輸出電磁閥參考電壓值、電磁閥故障中斷信號、電 磁閥診斷結(jié)果信號。所述電磁閥參考電壓值進入比較器，與斬波控制模塊輸出至比較器的 斬波峰值和谷值信號進行比較后，比較器輸出斬波電壓比較值。圖3中新增加的輸入信號包括-噴響試驗使能信號來自應(yīng)用層，起動相關(guān)碰響功能函數(shù)。-噴響試驗脈寬信號定義噴響試驗對應(yīng)電磁閥的控制脈寬。-噴響試驗脈寬間隔信號定義噴響試驗對應(yīng)電磁閥的動作的間隔時間。-電磁閥診斷信息信號該緩沖區(qū)內(nèi)保存通過標定得到的兩個時間基準值Tl和 Th，電磁閥檢測比較值。這三個值用于電磁閥診斷碰響實驗相關(guān)信息緩沖區(qū)。-電磁閥檢測反饋信號來自外圍電路的反饋脈沖信號，標志電磁閥電流到達指 定值的時刻。圖3中新增加的輸出信號包括-電磁閥故障中斷信號在診斷過程中，檢測出電磁閥故障(短路或斷路故障) 后，發(fā)出中斷信號，提供給上層應(yīng)用程序。-電磁閥診斷結(jié)果信號表示電磁閥診斷結(jié)果。綜上所述，本發(fā)明發(fā)動機的IPC裝置為FPGA中的一個IP核，其可以完全取代傳統(tǒng) 單片機的軟件模塊，并具有硬件架構(gòu)清晰、軟件代碼簡單、系統(tǒng)運行可靠的優(yōu)點。
權(quán)利要求
一種發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，為現(xiàn)場可編程門陣列中的一個知識產(chǎn)權(quán)核，實現(xiàn)對發(fā)動機噴油電磁閥控制中控制脈沖的正確發(fā)送，具體包括 輸入信號處理模塊，用于將輸入信號轉(zhuǎn)換為供其他模塊直接使用的信號； 高壓輸出模塊，用于控制外部高壓輸出電路的選通； 缸選通模塊，用于對噴油缸進行選通； 斬波控制模塊，用于輸出斬波電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，所述輸入信號處理模 塊的輸入為第一缸壓縮上止點信號、各缸壓縮上止點信號、處理后的曲軸信號、高分辨率的 微齒信號、噴油正時模式信號、噴油正時信號緩沖區(qū)信號；輸出為噴油正時起點信號、噴油 正時脈沖寬度信號、噴油正時階段信號、噴油缸信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，所述高壓輸出模塊的 輸入為高壓切換時間信號、高壓選通真值表信號、噴油正時起點信號、噴油正時脈沖寬度信 號、噴油正時階段信號、噴油缸信號；輸出為高壓選通信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，所述缸選通模塊的輸 入為缸選通真值表信號、噴油正時起點信號、噴油正時脈沖寬度信號；輸出為缸選通信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，所述斬波控制模塊的 輸入為斬波切換時間信號、斬波電壓閾值信號、噴油正時起點信號；輸出為斬波峰值和谷值 信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，所述裝置還包括電磁 閥檢測模塊，所述電磁閥檢測模塊用于對電磁閥進行檢測。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，所述電磁閥檢測模塊 的輸入為噴油正時起點信號、電磁閥診斷信息信號、電磁閥檢測反饋信號；輸出為電磁閥參 考電壓值、電磁閥故障中斷信號、電磁閥診斷結(jié)果信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的發(fā)動機噴射過程控制IP核，其特征是，所述斬波峰值和 谷值信號、和所述電磁閥參考電壓值進入比較器進行比較，比較器輸出斬波電壓比較值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)動機噴射過程控制IP核，為現(xiàn)場可編程門陣列中的一個知識產(chǎn)權(quán)核，具體包括輸入信號處理模塊，用于將輸入信號轉(zhuǎn)換為供其他模塊直接使用的信號；高壓輸出模塊，用于控制外部高壓輸出電路的選通；缸選通模塊，用于對噴油缸進行選通；斬波控制模塊，用于輸出斬波電壓。本發(fā)明將發(fā)動機的IPC裝置設(shè)計為一個具體的硬件，即FPGA中的一個IP核，從而突破了傳統(tǒng)單片機運行軟件算法只具有串行計算能力的限制，具備了FPGA的硬件并行計算能力。一方面可以簡化軟件代碼設(shè)計，另一方面可使整個IPC裝置功能架構(gòu)清晰、并增強了系統(tǒng)運行的可靠性。
文檔編號F02D41/26GK101915174SQ201010233629
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者凌勵遜, 周海濤, 姜春宇, 張岳, 李金華, 金江善 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所