高压共轨柴油机电磁阀的故障诊断设计（可编辑）

高压共轨柴油机电磁阀的故障诊断设计（可编辑） 高压共轨柴油机电磁阀的故障诊断设计 第期总第期 现代车用动力 . . . 年月 :./..?... : :一? 网络出版时间 网络出版地址:://..///....... 高压共轨柴油机电磁阀的故障诊断设计‘ 朱晓明,宋国民,曾伟,黄城建 江苏无锡 中国一汽无锡油泵油嘴研究所, 摘要:阐述了高压共轨柴油机电磁阀的两种主要故障类型,并利用软件了各种电磁阀故障所对应的驱动电流特 征,根据不同故障驱动电流的特征给出了电磁阀实时故障诊断系统的软硬件设计,系统能够检测出电磁阀的不同故障,且对 于电磁阀短路故障可以区分出短路到电源还是短路到地,提高了电磁阀驱动过程中的保护及控制可靠性。试验结果明:系 统能在斗内关闭故障电磁阀,可有效地保证发动机及其控制系统的安全运行。 关键词:柴油机;高压共轨;电磁阀;故障诊断 中图分类号:. 文献标识码: 文章编号:?? 柚?, ?, ,,】【 , : . . , . ;,. ’ . . . : ; ; ; 吉 类故障的原因及特征,其次针对不同故障类型给出 己 仁 了相应的硬件和软件诊断设计,最后通过试验对设 计的电磁阀故障诊断系统进行了验证。 电磁阀是 在高压共轨柴油机燃油喷射系统中, 整个系统的核心部件之一,电磁阀性能的好坏将直 在电磁阀驱动过 电磁阀故障类型 接影响发动机及整车功能。因此, 程中必须实时检测其性能,一旦功能异常,应及时进 电磁阀在使用过程中主要存在大故障类型: 行相应故障处理及保护,以防止故障进一步蔓延。 第类是电磁阀电参数变化故障,如电磁阀线圈过 目前,关于电磁阀故障诊断的研究很多?“,但是对 热后易造成漆包线绝缘不良形成匝间短路、焊接点 电磁阀故障的描述不全面,大多数仅局限于对电磁 性能退化等现象。当电参数变化超过一定范围,电 阀线圈的内部短路、断路等故障研究,且对于短路故 磁阀的性能将受影响,此时发动机控制单元, 障无法区分是短路到电源还是短路到地,因此实际 需要报警并指出故障原因,以便 应用中存在不足,有时不能做出正确的故障处理。 维修人员进行故障确认。 本文首先阐述了高压共轨柴油机电磁阀发生各 收稿日期:?? 作者简介:朱晓明一,男,江苏无锡人,工程师,主要从事电控共轨系统硬件开发设计工作。 万方数据现代车用动力 年第期 第类是电磁阀线路故障,如电磁阀线束由于 通常,发生电磁阀线路故障后,驱动回路的电流 振动、磨损等原因,造成电磁阀两端连接不良、断开 非常大。如果此时不加任何处理,驱动回路中的场 或短路、或电磁阀一端直接搭在发动机缸盖上与大 效应晶体管会因电流过大或过热而损 坏。因此,要求诊断系统在很短的时间内做出 地短接、或电磁阀一端与蓄电池电源线束短接,此时 需要及时切断驱动电源,确保局部线路故障不 保护,切断驱动电源。由于电磁阀线路故障对 蔓延至整个电控系统,并发出相应的故障提示及进 具有很大破坏性,因此本文利用软件建立了 入跛足回家模式。 电磁阀驱动电路的仿真模型,通过仿真模型来观察 . 电磁阀电参数变化故障 各种电磁阀线路故障的特征。 当某种原因造成电磁阀的电参数变化后,电磁 阀驱动电流特性曲线就会发生变化,如图所示。 电磁阀驱动电路 假设,为电磁阀在正常电参数情况下的驱动电流 特性曲线,其电流上升到,。所需的时间为血。若电 高压共轨柴油机电磁阀 广泛采用双电压驱动方 磁阀阻抗变小,则其驱动电流上升过程具有加快趋 式来实现电磁阀的快速开启,如由蓄电池电压 势,电流上升到,只需?’时间,且’,如,,。 。。。和高压。。共同作用。高压通常采用/ 相反,若电磁阀阻抗变大,则其驱动电流上升过程具 的方式实现,可以在~ 任意调节。 升压 有变缓趋势,电流上升到,。需要? ”时间,且” 驱动电路通过对高低端管 进行脉冲宽度 ,如厶。 调制就可以实现理想的电磁阀驱动电流曲 线‘。 图所示为本文采用的电磁阀驱动电路,其中 和为高端,分别控制。和。。个 电源,为低端,控制电磁阀的选通;岛 毽 粤 为低端检测电阻,检测流过电磁阀的电流,并通过调 整,的开关时间实现电磁阀理想的驱动电流波 形,是电磁阀驱动电路的基础。。。和尺眈为高端检 测电阻,分别检测流过%。和‰。。的电流。常见的 时间 电磁阀驱动电路只有检测电阻?本文增加刚和 图 电磁阀驱动电流变化示意图 鸵个检测电阻可以对。。。和‰。的输出电流进 行检测,即能检测出电源到系统地的意外短路,从而 .电磁阀线路故障 提高电路的诊断能力。当上述个检测电路诊断出 电磁阀线路故障在高压共轨柴油机中最常见, 电磁阀发生线路故障后,将分别强制关闭。和: 是诊断系统的设计重点。图所示是发生不 驱动电路,从而保护电磁阀和驱动电路不受损害。 同电磁阀线路故障的示意图。?为电磁阀内部短 路;?为电磁阀相互短接;?为电磁阀高端对地短 路;?为电磁阀低端对地短路;?为电磁阀低端对电 源短路;?为电磁阀高端对电源短路。 图电磁阀驱动电路 . 图不同电磁阀线路故障示意图 仿真 根据上述电磁阀驱动电路建立了某型号电磁阀 万方数据 年第期 朱晓明.等:高压共轨柴油机电磁阀的故障诊断设计 的仿真模型,其中。 ,。。 , 人为模拟?一?各种电磁阀线路故障,分别在。,, 的检测电阻。图为 。,和尺均采用. 盟和毋上测得的驱动电流情况。 箧匿 鞲:.?臻宙盏:蕞匪茎至 :鞭‘釜羔一鋈 瓣等丰芝二掣烹?二:竺苎聋茎当竺: 糍,丰。,,:卜一号拦士茎一 基蹙墨寻:誉匪 。。拦?扩。?一叫?嗡莎擘毒譬 荔匿?耄禹萎鬟鋈互” ” ” ? ? ~畜一。嘉。躲一占。靠?慧焉?靠 ? 。舢锰 其中?为电磁阀内部短路,此时由于驱动回路 通过检测电磁阀的驱动电流 特征来进行故障诊断。 .故障诊断硬件电路 阻抗很小,和流过的驱动电流在炉内即 达到 左右。?为个电磁阀在低端短接,虽 电流检测是整个电磁阀故障诊断 硬件电路的关 然尺?轻和尺铂流过的驱动电流均正常,但由于 键,低端电流检测可以用一 个低成本、低电压的运算 个电磁阀并联,单位驱动能量一定,单个电磁阀上流 放大器进行处理,而高端电流检测则有较高的要求。 过的电流反而变小,电磁阀很可能无法开启。?为 因为其检测电阻上得到的差分信号寄生在一个共模 电磁阀高端对地短路,由于电磁阀高端接着蓄电池 电压上,该共模电压接近电源电压,因此要求高端检 或高压,发生该故障属于电源对地短路,此时尺。。上 。 测放大器必须具备处理较大共模电压的能力 瞬间流过的电流达 以上,旺上流过的驱动电 图为本文设计的低端检测处理电路,由于岛 流达 以上。但是上检测不到驱动电流,电 上的电压信号比较小,不适合后续信号处理,需要先 磁阀不开启。?为电磁阀低端对地短路,此时虽然 通过运算放大器进行放大,然后再与设定的电流门 以 整上也检测不到驱动电流,但是。上流过 ,若超过门槛阀值璩一【,输出信号 槛阈值比比较 上的驱动电流。?为电磁阀低端对蓄电池电源短 就发生逻辑翻转。其中运算放大器采用差动输入, 路,。。和尺钮上均检测不到驱动电流,但是岛流过 ,和尺,为增益电阻,这样可以有效抑制共模干扰, 的驱动电流达 以上。?为电磁阀高端对蓄电 提高信号的采样精度,且尽可能选择响应速度快的 池电源短路,由于高压对蓄电池瞬间放电,鸵上流 放大器以提高硬件电路的诊断速度。 过的瞬间驱动电流达 以上,而尺。,上的驱动电 由于高压共轨柴油机电磁阀驱动电路存在一个 流上升缓慢,电磁阀也无法正常开启。 :??’; : 低端检测处理 电磁阀故障诊断设计 根据上述电磁阀故障的描述,当发生电磁阀故 障后,电磁阀驱动回路的驱动电流要么上升速度发 图低端检测处理电路 生变化。要么电流值发生了比较大的变化。因此,可 万方数据 现代车用动力 年第期 的高压电源,现有高端检测放大器的共模 束得到缸。如果缸’?&?血”,说明电磁阀电参 电压能力往往满足不了要求,因此采用离散器件设 数正常,否则说明电磁阀 电参数异常,立即关断低端 驱动信号,并做出故障判断及对标志位置 图所示的高端检测处理电路,其中以为。。 计了 位。其中’说明电磁阀电参数过小,” 或‰。同样,若流过。。或盟上的电流超过门 说明电磁阀电参数过大,具体见图。 槛阀值,?输出信号就发生逻辑翻转。 ?三??:一 图高端检测处理电路 另外,在电磁阀驱动关断后,在电磁阀低端会瞬 图 电磁阀电参数故障判断 流程 间产生一个反向电动势。可以捕获该反向电动势来 判断电磁阀是否有电流信号流过,或者间接判断电 针对电磁阀线路故障发 生时各检测电阻上驱动 图为电磁阀工作指示电 电流的特征,可以分别设置磁阀是否发生断路故障, 一个合理的电流门槛阀 路,其中若输出有逻辑变化,则表示电磁阀上有 。当驱动电 值,如,酗 ,,。。 ,。 电流信号流过,若输出一直低则表示电磁阀发 流超过门槛阀值时,各检测处 理电路的输出? 生断路故障。 和?会发生逻辑翻转从而触发不同的中断,在 各中断服务程序中首先关断各自的高端 :, ? 一 驱动信号,其次对各自的标志位进行置位,在电磁阀 : ‘ 驱动间隙时间片内就可以根据上述标志位进行故障 判断,表是进行判断各种电磁阀线路故障的组合 逻辑真值表示意图见图。 其中若尺辩检测处理电路输出无翻转,则还需要 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一二一一: 进一步根据电磁阀工作指示电路来判断。上是否 图 电磁阀工作指示电路 有信号。如果有信号,但是发动机转速出现异常,则 表示电磁阀产生相互短接故障。如果没有信号,则 .故障诊断软件设计 表示电磁阀发生断路故障。 根据前面所叙述的电磁阀故障检测方法,本文 以上故障诊断程序中,当第次检测出某类电 还设计了电磁阀故障诊断程序。该程序的主要功能 磁阀故障后,并不强制屏蔽下次电磁阀驱动,只有在 是检测各类电磁阀故障以及在电磁阀发生故障时采 连续个发动机工作循环中判断有同类故障后,才确 取合适的措施。故障诊断程序主要通过中断来实现。 认该故障,并点亮故障指示灯及进入跛足回家模式。 针对电磁阀电参数变化故障的特征,可以根据 表 电磁阀线路故障组合逻辑真值表 电磁阀驱动电流上升到所需的时间来判断其电 参数变化趋势。事先根据电磁阀加工及制造散差等 ,确定电磁阀电参数发生临界变化后驱动电流 因素 的上升时间,即将越’和出”预先存储在内。 同时开启一个定时器。利用相同 在电磁阀驱动时, 的低端检测处理电路设置一个合理的电流门槛阀 值,如 ,当电磁阀驱动电流达到。后触发 一个中断,在该中断服务程序中关闭定时器,计时结 万方数据 年第期 朱晓明。等:高压共轨柴油机电磁阀的故障诊断设计 了电磁阀驱动电路。 试验结果 图 为发生电磁阀高端对地短路的保护效果, 在以上工作的基础上,本文进行了高压共轨柴 从图中可知当电磁阀发生高 端对地短路后,电磁阀 油机电磁阀故障诊断及自保护试验。图为电磁阀 中流过的驱动电流在“就达到 ,随后高压 电参数判断输出,其中图为正常电磁阀电参数的 开放信号被迅速关断,驱动 电流下降为零。试验结 判断输出,电流上升到,。所需的时间? 与高压开 果表明了故障诊断与自保 护系统实现了设计功能。 “ 放时间基本相等;图为电磁阀电参数过小时的判 : “\ 高压开放信号 断输出,电流上升到,。所需的时间出’要小于高压 开放时间。 、 一 髫 .八电磁动电 时问斗 时间,珥 图 电磁阀商端对地短路 正常电磁阀电参数判断输出 结束语 曩 雹 .本文设计的高压共轨柴油机电磁阀故障诊 一 断系统,能够根据故障电磁阀驱动电流特征进行快 一 速、准确的故障判断,能够识别出电磁阀电参数变化 时间/“ 的故障,以及电磁阀的断路、短路等线路故障。 电磁润电参数过小时的判断输 .本文设计的高压共轨柴油机电磁阀故障诊 图电磁阀电参数判断输出 断系统,能够判断出是短路到地线还是短路到电源, 可显著提高电磁阀驱动过程中的保护及控制可靠 图为电磁阀线路故障的判断输出,其中左边 性,为电磁阀驱动分析及故障诊断奠定基础。 右边是产生线路故障 部分是无线路故障时的输出, .本文设计的高压共轨柴油机电磁阀故障诊 ,从图中可以看出当电磁阀无线路故障时, 时的输出 断系统,仅在电磁阀驱动电路的基础上增加诊断电 其栅极驱动信号实测的脉宽与期望的电 路,附加成本低,且系统能在发生故障斗内关闭 磁阀驱动信号脉宽一致;当电磁阀产生线路故障后, 电磁阀驱动电路,响应迅速。 检测电路输出产生了逻辑翻转,栅极驱动 立即被关断,栅极驱动信号实测的脉宽要 参考文献: 剐、于期望的电磁阀驱动信号脉宽,从而有效保护 徐权奎,祝轲卿,陈自强,等.高压共轨柴油机喷油器电 磁阀故障诊断系统设计.内燃机工程,,: . 王孝,王瑶璨.新型高压共轨喷油器电磁阀驱动系统故 障诊断及自保护系统设计【.内燃机工程,, :. 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【.车用发动机,:. .高边和低边电流检测技术分析/. 图电磁阀线路故障判断输出 公司网站,.. 万方数据