一种发动机进气预热控制电路及控制方法与流程

本发明涉及发动机进气预热领域，尤其涉及一种发动机进气预热控制电路及控制方法。

背景技术：

进气预热或发动机缸内预热是改善发动机低温起动性能而普遍采用的技术。由于进气预热或缸内预热均需要较大的电流，常用的方式是通过继电器来驱动，即电子控制单元驱动继电器的线圈，使继电器触点接合，电流流经进气预热装置或缸内预热塞使局部温度升高，从而改善发动机起动性能。目前这种驱动方式存在的问题是大电流流经继电器触点时会导致触点粘连，由于触点粘连导致预热装置长时间通电，轻者造成蓄电池亏电或预热装置因长时间发热烧损，严重的会导致车辆因局部发热着火烧毁。预热继电器触点粘连一直是我国汽车售后领域非常常见的故障。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有发动机进气预热时容易发生继电器触点粘连的现象，提出一种改进的进气预热控制电路方案，该方案能极大程度降低因继电器发生触点粘连而导致的控制电路失效并在发生触点粘连时能有效检测出来。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种发动机进气预热控制电路，包括高边继电器k1、低边继电器k2、电子控制单元ecu以及电源，所述k1输入端1脚和k2输入端1脚连接电源正极vbb，k1输入端2脚和k2输入端2脚分别连接ecu的控制端ctl1和ctl2，k1输出端3脚通过负载gh1连接k2输出端4脚，k1输出端4脚连接电源正极vbb，k2输出端3脚接地，电源负极接地。

优选的，所述电子控制单元ecu包括微控制单元mcu、电阻r1、电阻r2、电阻r3以及防反二极管d1，所述mcu有两个控制输出端口out1、out2以及一个输入端口in，所述控制输出端口out1、out2分别连接ecu的控制端ctl1和ctl2,所述防反二极管d1的正端连接vcc，d1负端连接电阻r3的一端，r3的另一端连接于ecu的输入端adc1和电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接于mcu的输入端口in和电阻r2的一端，电阻r2的另一端接地，所述继电器k1的输出端3脚连接ecu的输入端adc1。

优选的，所述控制输出端口out1、out2还可通过驱动功率管q1、q2分别连接ecu的控制端ctl1和ctl2，具体连接方式为：控制输出端口out1连接电阻r4的一端，电阻r4的另一端连接电阻r5的一端和驱动功率管q1的基极，r5的另一端和驱动功率管q1的发射极接地，驱动功率管q1的集电极连接ecu的控制端ctl1；控制输出端口out2连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接电阻r7的一端和驱动功率管q2的基极，r7的另一端和驱动功率管q2的发射极接地，驱动功率管q2的集电极连接ecu的控制端ctl2。

优选的，本发明基于上述控制电路，还提供一种发动机进气预热控制方法，包括步骤：

一：电子控制单元ecu的控制端ctl1和ctl2同时输出高电平；

二：采集输入端in的电压值；

三：判断输入端in上的电压值，若输入端in的电压值为vfb＝(vcc-vd1)*r2/(r1+r2+r3)，则表示继电器k1、k2均正常断开，若输入端in的电压值为vfb＝vbb*r2/(r1+r2)，则表示继电器k1发生触点粘连、k2正常断开或者继电器k1、k2同时发生触点粘连，若输入端in的电压值为vfb＝[(vcc-vd1)*rp/(rp+r3)]*r2/(r1+r2)，则表示继电器k1正常断开、k2发生触点粘连，其中vd1为防反二极管的正向压降，rp为(r1+r2)与负载gh1内阻并联后的电阻。

优选的，本发明基于上述控制电路，还提供一种发动机进气预热控制方法，包括步骤：

一：电子控制单元ecu的控制端ctl1和ctl2同时输出低电平；

二：采集输入端in的电压值；

三：判断采集输入端in上的电压值是否为vfb＝vbb*r2/(r1+r2),若是，则表示继电器k1、k2均正常接合，否则表示k1或k2接合异常。

本发明的优点是：

1、本发明采用了双继电器电路，即使一个继电器发生触点粘连，系统的控制功能也不会丧失，只有当两个继电器同时发生粘连时系统的控制功能才会丧失，可见本发明极大的提高了系统的安全性和可靠性。

2、本发明可以准确诊断出继电器粘连的故障，从而提醒用户及时排除故障，以免造成进一步的损坏。

3、本发明除了能检测出控制端输出高电平时的触点粘连故障之外，还能检测出控制端输出低电平时电路是否存在其他故障。

4、与现有的进气预热控制电路相比，本发明仅增加了一个继电器和反馈电路就极大提高了系统的安全性和可靠性，从所花费的成本角度考虑，属于低投入高回报的设计，减少了蓄电池电能浪费、预热装置损坏、甚至车辆烧损的潜在风险，具有较大的经济效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明发动机进气预热控制电路基本结构示意图。

图2为本发明发动机进气预热控制电路优选结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

如图1所示，一种发动机进气预热控制电路，包括高边继电器k1、低边继电器k2、电子控制单元ecu以及电源，所述k1输入端1脚和k2输入端1脚连接电源正极vbb，k1输入端2脚和k2输入端2脚分别连接ecu的控制端ctl1和ctl2，k1输出端3脚通过负载gh1连接k2输出端4脚，k1输出端4脚连接电源正极vbb，k2输出端3脚接地，电源负极接地。

本实施方式使用蓄电池作为电源，但这并不作为对本发明的限制，本领域技术人员应该理解本发明也可采用除蓄电池以外的其他直流供电源。负载gh1为预热装置负载，k1为高边继电器，k2为低边继电器，ecu的控制端ctl1输出高电平时，k1线圈不导通，k1的触点不接合，ecu的控制端ctl2输出高电平时，k2线圈不导通，k2的触点不接合，当对系统进行开关控制时，所述ecu的控制端ctl1和ctl2同时输出高电平或同时输出低电平，当ctl1和ctl2同时输出高电平时，说明需要断开系统电路，若此时继电器k1、k2中的其中一个发生触点粘连故障，整个系统电路依然可以实现断开，只有当继电器k1和k2均发生触点粘连时，控制电路才会丧失控制功能导致整个系统电路不能按照预期断开。假设一个继电器发生触点粘连的概率为0.3％，则本发明控制电路丧失功能的概率为十万分之九，可见本发明所设计的控制电路结构能够极大提高发动机预热系统的安全性和可靠性。

进一步的，本发明的电子控制单元ecu包括微控制单元mcu、电阻r1、电阻r2、电阻r3以及防反二极管d1，所述mcu有两个控制输出端口out1、out2以及一个输入端口in，所述控制输出端口out1、out2为ecu的控制端ctl1和ctl2,所述防反二极管d1的正端连接vcc，d1负端连接电阻r3的一端，r3的另一端连接于ecu的输入端adc1和电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接于mcu的输入端口in和电阻r2的一端，电阻r2的另一端接地，所述继电器k1的输出端3脚连接ecu的输入端adc1。

本发明中mcu为ecu内部的微处理器，vcc为mcu供电电压，r1、r2和r3为分压电阻。ecu的输入端adc1输入反馈信号，并经内部r1和r2分压后送入mcu中，由mcu进行模数转换采集电压值vfb，通过控制端口ctl1、ctl2的高低电平以及相应的vfb的电压值即可实现k1和k2触点粘连的检测。

当需要进行预热时，ctl1和ctl2同时置低电平l，k1和k2的触点接合，此时mcu采样端的电压值vfb为：vfb＝vbb*r2/(r1+r2)，其中vbb为蓄电池电压值，通常情况下，16v≤vbb≤32v。

当结束预热后，ctl1和ctl2同时置高电平h，正常情况下k1和k2的触点断开，adc1端悬空，此时mcu采样端的电压值vfb为：vfb＝(vcc-vd1)*r2/(r1+r2+r3)，其中vd1为防反二极管的正向压降。

如果当结束预热后，ctl1和ctl2同时置高电平，k1触点发生粘连而k2的触点正常断开，或者k1和k2触点同时粘连，此时mcu采样端的电压值vfb为：vfb＝vbb*r2/(r1+r2)。

如果当结束预热后，ctl1和ctl2同时置高电平，k1的触点正常断开而k2触点发生粘连，此时mcu采样端的电压值vfb为：vfb＝[(vcc-vd1)*rp/(rp+r3)]*r2/(r1+r2)，其中rp为(r1+r2)与负载gh1内阻并联后的电阻，由于负载gh1的内阻一般2欧姆以下，相比r1、r2、r3小很多，通常r1、r2、r3是gh1阻抗的5000倍以上，所以vfb接近于零。

作为本发明优选的实施方式，如图2所示，为了使得mcu更好地控制继电器的开关，还可在mcu的控制输出端口和继电器之间连接驱动功率管，具体连接方式为：控制输出端口out1连接电阻r4的一端，电阻r4的另一端连接电阻r5的一端和驱动功率管q1的基极，r5的另一端和驱动功率管q1的发射极接地，驱动功率管q1的集电极连接ecu的控制端ctl1；控制输出端口out2连接电阻r6的一端，电阻r6的另一端连接电阻r7的一端和驱动功率管q2的基极，r7的另一端和驱动功率管q2的发射极接地，驱动功率管q2的集电极连接ecu的控制端ctl2。q1为高边继电器驱动功率管，q2为低边继电器驱动功率管，r4、r5、r6、r7为功率管基极分压电阻。当控制端口out1为低电平时，q1不导通，ctl1为高电平，k1线圈不导通，k1的触点不接合；当控制端口out2为低电平时，q2不导通，ctl2为高电平，k2线圈不导通，k2的触点不接合。

当需要进行预热时，控制端口out1和out2置高电平，ctl1和ctl2即与地导通，k1和k2的触点接合，此时mcu采样端的电压值vfb为：vfb＝vbb*r2/(r1+r2)；

当结束预热后，控制端口out1和out2置低电平，q1和q2不导通,正常情况下k1和k2的触点断开，adc1线悬空，此时mcu采样端的电压值vfb为：vfb＝(vcc-vd1)*r2/(r1+r2+r3)，其中vd1为防反二极管的正向压降；

如果当结束预热后，控制端口out1和out2置低电平，q1和q2不导通,k1触点发生粘连而k2的触点正常断开，或者k1和k2触点同时粘连，此时mcu采样端的电压值vfb为：vfb＝vbb*r2/(r1+r2)；

如果当结束预热后，控制端口out1和out2置低电平，q1和q2不导通，k1的触点正常断开而k2触点发生粘连，此时mcu采样端的电压值vfb为：

vfb＝[(vcc-vd1)*rp/(rp+r3)]*r2/(r1+r2)，其中rp为(r1+r2)与负载gh1内阻并联后的电阻，由于负载gh1的内阻一般2欧姆以下，相比r1、r2、r3小很多，通常r1、r2、r3是gh1阻抗的5000倍以上，所以vfb接近于零。

根据以上描述，可以得出如下故障检测表(h表示高电平、l表示低电平)：

为了更好的详细阐述本发明，下面结合具体数值并给出控制端ctl1和ctl2各种状态时的故障检测表：gh1电阻为1.7ω，r2＝r3＝10kω,r1＝100kω,vbb＝16v,vcc＝5vvd1＝0.6v。

根据上述取值，可以得出如下故障检测表(h表示高电平、l表示低电平、x表示两种电平均可)：

需要说明的是：上述具体取值只是为了更加详细阐述本发明，但不用于限制本发明的保护范围。

本发明能够减小发动机预热结束后因继电器发生触点粘连而产生的控制电路失效，以及由此带来的一系列安全隐患，能极大提高系统的安全性和可靠性。

以上仅为本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。