发动机活塞冷却系统及其智能控制电磁阀总成
技术领域
本实用新型涉及活塞冷却技术领域，尤其涉及一种智能控制电磁阀总成以及安装智能控制电磁阀总成的发动机活塞冷却系统。
背景技术
目前采用的活塞冷却阀由发动机ECU直接驱动，不论活塞冷却阀做成开关阀，还是比例阀，都需要使用ECU里面的驱动电路来驱动，ECU驱动针脚也要使用能够输出PWM波的可带负载针脚。这就造成了活塞冷却阀匹配ECU过程中，一旦ECU 没有足够的驱动电路(现在车上很多电机的驱动都是由驱动电路驱动的，发动机ECU里面一般会预留几路驱动备用电路，但一般不会预留太多)，或者没有足够的PWM负载输出针脚时，ECU跟活塞冷却阀就很难匹配上。
鉴于此，亟需针对现有技术进行改进，研发一种集成有控制装置的智能控制电磁阀总成；无需占用ECU的驱动电路、PWM负载输出针脚或更改ECU的配置就可根据ECU给出的开度命令实现智能控制电磁阀开启、关闭或保持在某一个开度；以降低ECU驱动智能控制电磁阀的难度和研发成本。
实用新型内容
旨在克服上述现有技术中存在的不足，本实用新型解决的第一个技术问题是，提出了一种集成化程度高的智能控制电磁阀总成，无需占用ECU的驱动电路、PWM负载输出针脚或更改ECU的配置就可根据ECU给出的开度命令实现相应动作；降低了ECU的驱动难度和研发成本。
作为同一个技术构思，本实用新型解决的第二个技术问题是，提出了一种发动机活塞冷却系统。
解决上述第一个技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能控制电磁阀总成，包括集成为一体的电磁阀本体和控制装置；
所述控制装置包括与所述电磁阀本体的外壳集成为一体的注塑安装座，所述注塑安装座内封装有电路板，所述电路板上设置有主控模块、CAN通讯模块、电磁阀驱动模块和供电模块；所述CAN通讯模块和所述电磁阀驱动模块均与所述主控模块电连接，所述供电模块用于为所述主控模块、所述CAN通讯模块和所述电磁阀驱动模块提供电压，所述电磁阀驱动模块与所述电磁阀本体的电磁线圈电连接；
所述注塑安装座上设置有与所述CAN通讯模块和所述供电模块连接的对外接口。
进一步，所述主控模块包括主控芯片和与所述主控芯片连接的晶振电路；所述主控芯片内置存储单元。
进一步，所述供电模块包括与所述对外接口连接的输入电压电路、与所述输入电压电路连接的降压型DC/DC转换器以及与所述降压型DC/DC转换器连接的输出电压电路；
所述输出电压电路用于为所述主控模块、所述CAN通讯模块和所述电磁阀驱动模块提供电压。
进一步，所述输入电压电路包括二极管D1，所述二极管D1的阳极与所述对外接口的电源正极引脚连接，所述二极管D1的阴极与电容C2、二极管D2的阴极以及电感L1均电连接，所述电容C2的另一端和所述二极管D2的阳极均接地；所述电感L1的另一端与电容C4、电容C5、所述电源正极引脚以及所述降压型DC/DC转换器的Vin引脚均电连接，所述电容C4和所述电容C5的另一端均接地；
还包括与所述降压型DC/DC转换器的Vin引脚连接的电阻R1、与所述降压型DC/DC转换器的Vss引脚连接的电容C8以及与所述降压型DC/DC转换器的 SS引脚连接的电容C9；所述电阻R1的另一端与所述降压型DC/DC转换器的 EN/UVLO引脚和电阻R2均电连接，所述电阻R2、所述电容C8和所述电容C9 的另一端均接地；
所述输出电压电路包括与所述降压型DC/DC转换器的LX引脚连接的电感 L2以及并联连接的电容C1、电容C3、电容C3和电容C7；所述电容C1、所述电容C3、所述电容C3和所述电容C7的一端公共节点与所述电感L2的另一端连接且引出输出电压端；另一端公共节点接地。
进一步，所述CAN通讯模块包括CAN收发器和静电保护电路；
所述CAN收发器的接收/发送引脚与所述主控芯片的接收/发送引脚对应电连接；所述静电保护电路包括并联连接的ESD静电保护二极管Uf1和电阻R3, 所述ESD静电保护二极管Uf1和所述电阻R3的一端公共节点与所述CAN收发器的CANH通讯引脚和所述对外接口的CANH通讯引脚均电连接，另一端公共节点与所述CAN收发器的CANL通讯引脚和所述对外接口的CANL通讯引脚均电连接；所述CAN收发器的VI0引脚、VCC引脚均与所述供电模块的输出端电连接。
进一步，所述电磁阀驱动模块包括驱动电路；
所述驱动电路包括电源管理芯片，所述电源管理芯片的ST引脚与所述主控芯片的故障反馈引脚电连接，所述电源管理芯片的IN引脚与所述主控芯片的控制引脚电连接，所述电源管理芯片的输出引脚OUT与所述电磁线圈的正极端连接；所述电磁线圈的负极端接地。
进一步，所述电源管理芯片的ST引脚与所述主控芯片的故障反馈引脚之间串接有电阻R6，所述电阻R6与所述ST引脚的连接节点与电阻R5连接，所述电阻R5的另一端与所述供电模块的输出端连接；所述电阻R6与所述主控芯片的故障反馈引脚的连接节点与电容C16连接，所述电容C16的另一端接地；
所述电源管理芯片的IN引脚与所述主控芯片的控制引脚之间串接有电阻 R9，所述电阻R9与所述主控芯片的控制引脚的连接节点与电阻R8连接，所述电阻R8的另一端接地；所述电源管理芯片的VBB引脚与所述供电模块的输入端电连接。
进一步，所述电磁阀驱动模块还包括电流故障反馈电路；
所述电流故障反馈电路包括电容C17、电阻R11、电阻R10和电容C18；所述电容C17和所述电阻R11并联且并联后的一端公共节点与所述电磁线圈的负极端和所述电阻R10均电连接，所述电阻R10的另一端与与所述电容C18和所述主控芯片的第一输入引脚均电连接，所述电容C18的另一端接地。
进一步，所述电磁阀驱动模块还包括电压故障反馈电路；
所述电压故障反馈电路包括电阻R13、电阻R12、稳压二极管Ddf、电容C19、电阻R14和电容C20；所述电阻R13的一端与所述供电模块的输入端电连接，所述电阻R13的另一端与所述电阻R12的一端电连接，所述电阻R12的另一端接地，所述稳压二极管Ddf、所述电容C19均与所述电阻R12并联，所述电阻 R14与所述电容C20串联后与所述电阻R12并联；
所述电阻R14与所述电容C20的连接节点与所述主控芯片的第二输入引脚电连接。
解决上述第二个技术问题所采用的技术方案是：提供一种发动机活塞冷却系统，包括多个活塞和冷却油道，所述冷却油道的下游段安装有与所述活塞一一对应的活塞冷却喷嘴；还包括所述的智能控制电磁阀总成，所述智能控制电磁阀总成安装在所述冷却油道的上游段；
所述对外接口外接CAN总线上的两路CAN信号线、整车线束上的两根电源线。
采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：
本实用新型中的智能控制电磁阀总成，包括集成为一体的电磁阀本体和控制装置；控制装置包括与电磁阀本体的外壳集成为一体的注塑安装座，注塑安装座内封装有电路板，电路板上设置有主控模块、CAN通讯模块、电磁阀驱动模块和供电模块；注塑安装座上设置有与CAN通讯模块和供电模块连接的对外接口。将对外接口外接CAN总线上的两路CAN信号线、整车线束上的两根电源线就可实现与ECU之间的通讯；ECU给出的开度命令通过对外接口和CAN通讯模块上传给主控模块，与主控模块电连接的电磁阀驱动模块就能控制阀的开启、关闭或保持在某一个开度上；或者ECU只需要发送给主控模块一个开始信号，主控模块就能自行从CAN总线上采集发动机的运行工况，例如发动机转速、发动机增压压力、发动机水温、发动机机油压力、发动机机油温度等信息，主控模块采集了这些发动机运行工况信息后，能够进行智能运算，计算出此时电磁阀本体需要开启的开度，并自行开启到这个开度上，从而达到智能控制活塞冷却油量的目的；无需占用ECU的驱动电路、PWM负载输出针脚；ECU也不需要去配置电路或配置底层代码，或者配置策略代码，克服了与ECU的匹配受限问题。
综上，本实用新型的智能控制电磁阀总成集成化程度高，无需占用ECU的驱动电路、PWM负载输出针脚或更改ECU的配置就可根据ECU给出的开度命令实现相应动作；降低了ECU的驱动难度和研发成本。
附图说明
图1是本实用新型智能控制电磁阀总成的结构示意图；
图2是本实用新型智能控制电磁阀总成的原理框图；
图3是控制装置的电子电路图；
图4是图3中电磁阀驱动模块的电子电路放大图；
图5是主控模块的电子电路放大图；
图6是供电模块和CAN通讯模块的电子电路放大图；
图7是本实用新型发动机活塞冷却系统的结构框图；
图中：1-智能控制电磁阀总成，11-电磁阀本体，111-外壳，112-电磁线圈， 113-隔磁套，114-动衔铁，115-顶针，116-静衔铁，117-阀座，1171-进油口， 1172-出油口，118-阀芯，12-控制装置，121-注塑安装座，122-电路板，123- 对外接口，2-活塞，3-冷却油道，4-活塞冷却喷嘴，5-CAN信号线，6-电源线；
a-电磁阀驱动模块，a1-驱动电路，a2-电流故障反馈电路，a3-电压故障反馈电路，b-CAN通讯模块，b1-静电保护电路，c-供电模块，c1-输入电压电路， c2-输出电压电路，d-主控模块，d1-晶振电路。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细描述。本实施例的描述仅仅是为了便于简化描述，不能理解为对实用新型的限制。
实施例一：
如图1和图2共同所示，智能控制电磁阀总成1包括集成为一体的电磁阀本体11和控制装置12；一体设计，结构紧凑。电磁阀本体11包括外壳111，外壳111内设置有电磁线圈112，电磁线圈112的内圈中设置有磁隔套113，磁隔套113内设置有动衔铁114；外壳111内设置有阀座117，阀座117上集成有静衔铁116，阀座117的一端与电磁线圈112顶靠，该阀座117内滑动安装有阀芯118和顶针115，顶针115一端与阀芯118顶靠，另一端与动衔铁114顶靠，阀座117的一端部设置有进油口1171，阀座117的外周部设置有出油口1172。
控制装置12包括与电磁阀本体11的外壳111集成为一体的注塑安装座121，注塑安装座121内封装有电路板122，电路板122上设置有主控模块d、CAN通讯模块b、电磁阀驱动模块a和供电模块c；CAN通讯模块b和电磁阀驱动模块 a均与主控模块d电连接，供电模块c用于为主控模块d、CAN通讯模块b和电磁阀驱动模块a提供电压，电磁阀驱动模块a与电磁阀本体aa的电磁线圈112 电连接；注塑安装座121上设置有与CAN通讯模块b和供电模块c连接的对外接口123。
将对外接口123外接CAN总线上的两路CAN信号线5(图7所示)、整车线束上的两根电源线6(图7所示)就可实现与ECU之间的通讯；ECU给出的开度命令通过对外接口123和CAN通讯模块b上传给主控模块d，主控模块d输出 PWM电压信号给电磁阀驱动模块a,电磁阀驱动模块a输出控制电磁阀本体11 开启、关闭或保持某一个开度的PWM功率信号；无需占用ECU的H桥电路、PWM 负载输出针脚；ECU也不需要去配置电路或配置底层代码，克服了与ECU的匹配受限问题。
本实施例中的电磁阀本体11是开关阀形式，ECU只需要发0-1的开关命令就能控制电磁阀本体11的通断；如果电磁阀本体11是比例阀形式，ECU可以发送1到1000之内的开度值控制电磁阀本体11的开度。下面以比例阀形式为例对其原理进行简单描述。
本实施例中的电磁阀本体11是常开比例阀形式，下端进油，侧孔出油，在电磁线圈112不加电的时候，阀是打开的，机油能正常流动；加电之后基于电磁阀驱动模块a向电磁线圈112输出的PWM功率信号，动衔铁114顶着顶针115 往下走，顶针115顶着阀芯118下行，阀芯118下行过程中，逐渐把阀座117 上的出油口1172给封住，实现比例调节。
由图3至图6共同所示，本实施例中，主控模块d包括型号为STM32的主控芯片和与主控芯片连接的晶振电路d1；主控芯片内置存储单元，基于发动机实时转速、增压压力、机油压力、机油温度、水温等参数，并根据这些参数通过台架试验标定出执行MAP和修正MAP，这些MAP存储在存储单元中以便调用，减少了ECU的代码量，确保了ECU的运算速度；其中，晶振电路d1为常见时钟电路，在此不做赘述。
本实施例中，供电模块c包括与对外接口123的电源正极引脚(图中所示为VIN)连接的输入电压电路c1(输入24V电压)、与输入电压电路c1连接的降压型DC/DC转换器以及与降压型DC/DC转换器连接的输出电压电路c2；本实施例中的降压型DC/DC转换器可以选择型号为MAX17501BTEVKIT的DC/DC转换器。输出电压电路c2出用于为主控模块d、CAN通讯模块b和电磁阀驱动模块 a提供5V电压。
其中，输入电压电路c1(为滤波电路)包括二极管D1，二极管D1的阳极与对外接口123的电源正极引脚连接，二极管D1的阴极与电容C2、二极管D2的阴极以及电感L1均电连接，电容C2的另一端和二极管D2的阳极均接地；电感 L1的另一端与电容C4、电容C5、电源正极引脚以及降压型DC/DC转换器的Vin 引脚均电连接，电容C4和电容C5的另一端均接地；还包括与降压型DC/DC转换器的Vin引脚连接的电阻R1、与降压型DC/DC转换器的Vss引脚连接的电容 C8以及与降压型DC/DC转换器的SS引脚连接的电容C9；电阻R1的另一端与降压型DC/DC转换器的EN/UVLO引脚和电阻R2均电连接，电阻R2、电容C8和电容C9的另一端均接地。
输出电压电路c2(为滤波电路)包括与降压型DC/DC转换器的LX引脚连接的电感L2以及并联连接的电容C1、电容C3、电容C3和电容C7；电容C1、电容C3、电容C3和电容C7的一端公共节点与电感L2的另一端连接且引出输出电压端(+5V)；另一端公共节点接地。
本实施例中，CAN通讯模块b包括型号为TJA1042TK/3的CAN收发器和静电保护电路b1；CAN收发器的接收/发送引脚(RXD/TXD)与主控芯片的接收/ 发送引脚对应电连接；静电保护电路b1包括并联连接的ESD静电保护二极管 Uf1和电阻R3,ESD静电保护二极管Uf1和电阻R3的一端公共节点与CAN收发器的CANH通讯引脚和对外接口123的CANH通讯引脚(图中所示为CANH)均电连接，另一端公共节点与CAN收发器的CANL通讯引脚和对外接口123的CANL 通讯引脚(图中所示为CANL)均电连接；CAN收发器的VI0引脚、VCC引脚均与供电模块c的输出端(输出电压电路c2的输出电压端)电连接。
本实施例中，电磁阀驱动模块a包括驱动电路a1、电流故障反馈电流a2 以及电压故障反馈电路a3。
其中，驱动电路a1包括型号为BTS428L2的电源管理芯片，电源管理芯片的ST引脚与主控芯片的故障反馈引脚电连接，电源管理芯片的IN引脚与主控芯片的控制引脚电连接，电源管理芯片的输出引脚OUT(输出PWM功率信号) 与电磁线圈112的正极端连接；电磁线圈112的负极端接地。
电源管理芯片的ST引脚与主控芯片的故障反馈引脚之间串接有电阻R6，电阻R6与ST引脚的连接节点与电阻R5连接，电阻R5的另一端与供电模块c 的输出端(输出电压电路c2的输出电压端)连接；电阻R6与主控芯片的故障反馈引脚的连接节点与电容C16连接，电容C16的另一端接地；电源管理芯片的 IN引脚与主控芯片的控制引脚之间串接有电阻R9，电阻R9与主控芯片的控制引脚的连接节点与电阻R8连接，电阻R8的另一端接地；电源管理芯片的VBB引脚与供电模块c的输入端(与对外接口123的电源正极引脚连接的二极管D1的阳极)电连接。
电流故障反馈电路a2从电磁线圈123的负极端引出，通过检测流过电磁线圈123的电流，判断是否存在故障。包括电容C17、电阻R11、电阻R10和电容 C18；电容C17和电阻R11并联且并联后的一端公共节点与电磁线圈123的负极端和电阻R10均电连接，电阻R10的另一端与与电容C18和主控芯片的第一输入引脚(图中所示为26引脚，标识为AIN0)均电连接，电容C18的另一端接地。
电压故障反馈电路a3从供电模块c的输入端引出，进行电压检测用于电压修正。包括电阻R13、电阻R12、稳压二极管Ddf、电容C19、电阻R14和电容 C20；电阻R13的一端与供电模块c的输入端(与对外接口123的电源正极引脚连接的二极管D1的阳极)电连接，电阻R13的另一端与电阻R12的一端电连接，电阻R12的另一端接地，稳压二极管Ddf、电容C19均与电阻R12并联，电阻 R14与电容C20串联后与电阻R12并联；电阻R14与电容C20的连接节点与主控芯片的第二输入引脚(图中所示为27引脚，标识为AIN1)电连接。
电流故障反馈电流a2、电压故障反馈电路a3以及电源管理芯片自带的ST 引脚可实时采集驱动电流、驱动电压等参数，判定出电磁阀本体11当前的工作情况以及是否发生开路、短路、卡滞等故障；可以给ECU提供反馈信号，方便 ECU控制策略做成闭环。
其中：图3至图6中有很多相同标识符号，标有相同标识符号的地方代表相互电连接，例如图4与图5中均有MOS_CTRL标识，代表该处相互电连接，对其他相同标识不做赘述。
实施例二：
本实施例是实施例一的一个具体应用，本实施例公开了一种发动机活塞冷却系统，包括多个活塞2和冷却油道3，冷却油道3的下游段安装有与活塞2 一一对应的活塞冷却喷嘴4；还包括智能控制电磁阀总成1，智能控制电磁阀总成1安装在冷却油道3的上游段；对外接口123外接CAN总线上的两路CAN信号线5(遵循CAN总线协议，通过与ECU进行数据交互)、整车线束上的两根电源线6。
在发动机运行过程中，主控芯片根据ECU通过CAN总线发来的控制命令，向电磁阀驱动模块a发送PWM信号，电磁阀驱动模块a驱动电磁阀本体11做相应动作，并根据主控芯片内存储的MAP进行实时控制修正。
综上，本实用新型的智能控制电磁阀总成集成化程度高，结构紧凑；接线简单仅需要供电和CAN总线共4根线，无需占用ECU的H桥电路、PWM负载输出针脚或更改ECU的配置就可根据ECU给出的开度命令实现相应动作；降低了 ECU的驱动难度和研发成本。
当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
