高压共轨ECU诊断系统中电磁阀诊断电路设计

杨鹏翔，杨源飞，张雷

（中国一汽无锡油泵油嘴研究所，江苏 无锡 214063）

高压共轨ECU诊断系统中电磁阀诊断电路设计

杨鹏翔，杨源飞，张雷

（中国一汽无锡油泵油嘴研究所，江苏 无锡 214063）

介绍高压共轨ECU诊断系统中电磁阀诊断电路设计。通过分析其测量原理和实测数据，论证其电路的稳定性，满足实际使用要求。

高压共轨；ECU；电磁阀；电感值；诊断

电控高压共轨燃油喷射系统可以实现对燃油喷射量、喷射压力、喷射速率和喷射定时的灵活控制，优化燃烧过程，使柴油机在动力性、油耗、噪声、排放等方面得到显著改善［1］。喷油器是电控燃油喷射系统的核心部件，电磁阀式喷油器作为使用范围最为广泛的结构形式，其电磁阀的稳定性直接影响燃油喷射系统乃至发动机的性能。图1是目前共轨系统喷油器所使用的电磁阀，其工作原理是利用通电的线圈吸引喷油器衔铁进行开关动作，进而控制喷油器工作。电磁阀通过发动机电控单元ECU进行驱动，正常状态下电磁阀的电感值是一个稳定的数值，但是如果电磁阀发生损坏，其电感值就会发生变化，ECU驱动状态就会发生改变，导致驱动电流异常，造成的直接后果就是喷油器工作异常。因此，需要在系统工作前对电磁阀进行诊断，确保系统正常工作。目前对电磁阀的诊断主要是通过测试电参数和机械特性两个方面进行。测试项目包括电感值、电阻值、静态吸力、动态响应（衔铁升程曲线）、动态吸力等。对电参数的诊断是使用LCR测试仪，而对机械特性的诊断是通过吸力试验台、激光位移测试台等。以上的测试项目都需要在试验室进行，使用范围受到一定的限制。

本文介绍了一种电磁阀电感值的诊断电路。在系统上电自检过程中，对电磁阀状态进行诊断，确保发动机起动工作前电磁阀处于正常状态。本电路可以作为ECU诊断电路的一部分，工作时无需将电磁阀从系统中拆解下来进行检测，具有电路结构简单、使用范围广、维护方便等特点。

1 测量原理

在电阻测量中比较常用的方法是电压比例计算法［2-3］，即将标准电阻R1和待测电阻RX组成串联电路，在电路中通入电流I，根据欧姆定律可以得到标准电阻和待测电阻两端的电压分别是

将公式（1）和（2）进行比例计算，可以得到待测电阻的阻值为

本设计对电感值进行检测使用了与以上电阻值检测类似的方法，不同之处在于电感是感性元件，具有隔直流通交流的特性，不能用直流信号进行测量，只能使用交流信号。将标准电阻R1和待测电感LX串联，组成如图2所示的测量电路。

根据公式（3）可以得到电感的感抗为

根据感抗的定义，感抗计算公式如下

感抗与交流电的频率成正比，根据公式（4）和（5），可最终计算出电感值为

由公式（6）可以看出，为精确测量出电感值，需要高精度的标准电阻和频率稳定的交流信号发生器。

2 电路设计

本设计硬件电路主要由以下几个部分组成：①电路隔离开关NLAS324；②正弦波产生芯片AD9850；③高精度标准电阻R1；④ECU单片机MC9S12XEP100：控制产生检测信号、获取测量信号及数据处理。

电磁阀诊断系统框图如图3所示。本设计目标是电磁阀诊断，为了不影响ECU电磁阀工作电路的正常工作，需要将驱动电路和诊断电路隔离开，因此使用了NLAS324模拟开关，使电磁阀可以在驱动和诊断两个状态之间自由切换。诊断电路工作时，由单片机发出控制信号断开驱动电路，同时使NLAS324模拟开关处于关闭导通状态，将电磁阀电感LX接入诊断电路，组成电磁阀诊断电路。

为了获得满足要求的交流信号，使用了高稳定性和高精度的频率合成器芯片AD9850。AD9850是一款高度集成的器件，采用先进的DDS技术，内置一个高速、高性能数模转换器和比较器，共同构成完整的数字可编程频率合成器和时钟发生器。以精密时钟源作为基准时，AD9850能产生频谱纯净的频率／相位可编程、模拟输出正弦波，该正弦波可以直接用作频率源。AD9850的创新型高速DDS内核提供一个32位频率调谐器；对于125 MHz基准时钟输入，输出调谐分辨率可以达到0.029 1 Hz［4］。

AD9850有并行和串行两种控制方式，本设计使用串行控制方式，单片机输出4路控制信号对AD9850进行控制，如图4所示。SRL_LOAD是数据控制串行输入线，FQ_UD和W_CLK是两个时钟线，控制SRL_LOAD上数据的时序，AD9850_RST是芯片的复位控制信号。DAC_OUT是芯片正弦波输出端口。

单片机驱动AD9850产生幅度为2V、频率为100kHz的正弦波信号，如图5所示。可以看出AD9850产生的正弦波信号精度高、频率稳定，可以用作交流信号源。

正弦波信号流入标准电阻R1和待测电感LX，电感另一端通过模拟开关NLAS324搭铁，组成电路回路。为提高测量精度，标准电阻R1使用精度达到0.1%25 ppm的薄膜电阻器。根据公式（6）需要准确测量标准电阻和待测电感两端的电压值，标准电阻电压U1和待测电感电压ULX如图6所示。

通过单片机的AD模块采集一系列U1及ULX并计算出有效值，最后通过电感值计算程序计算出电感值。测量软件主要由以下3部分组成：①AD9850正弦波产生程序；②电压测量程序；③电感值计算程序。程序流程图如图7所示。

3 测量结果

本电路测量了9个电磁阀信号，使用AD9850产生100kHz频率信号，测量得到电感数据如表1所示。并将测量结果与惠普HP4263B型电感测量仪在100kHz下的测量数据进行对比。从测量结果可以看出，本电路测量得到的结果与电磁阀标称变化趋势具有一致性，能准确测量出电磁阀电感值，电路工作稳定，可以应用于高压共轨电磁阀的诊断。

表1 电感测量结果

4 结束语

本电路主要通过测量电参数对高压共轨电磁阀进行诊断。在系统上电自检过程中，首先对电磁阀接通测量电路，准确测出电磁阀的电感值，判断其是否能达到系统驱动的要求，确保发动机起动工作前电磁阀处于正常状态。本电路充分利用了ECU单片机的处理能力，实现电磁阀电感的诊断。该电路结构简单、工作稳定，可以作为一个实用电路应用于ECU诊断系统中。

［1］曾伟，顾东亮，宋国民，等.新型高压共轨电磁铁型喷油器驱动方式［J］.车用发动机，2010（4）：32-34.

［2］刘军，李智.基于单片机的高精度电容电感测量仪［J］.研究与开发，2007（6）：48-51.

［3］张威，言忆芳，施敏.基于PIC16F688单片机的电感测量电路设计［J］.微型机与应用，2013，32（15）：25-27.

［4］AN-423：直接数字频率合成器AD9850的幅度调制［EB／OL］.ADI公司网站.

（编辑 心翔）

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汽车电器杂志社

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

杨鹏翔（1984-），男，江苏溧阳人，工程师，目前主要从事发动机电控系统研究工作。