高压共轨柴油机喷油器驱动电路研究.pdf

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1、些堡!呈型竺!坚翌坠竺!!竺翌垦呈苎!翌竺垒呈苎!竖：l：高压共轨柴油机喷油器驱动电路研究王旭；姚国仲；王维昆明理工大学交通工程学院，昆明650500)摘要：为了提高喷油器电磁阀的高速驱动性能，采用分析和实验相结合的方法设计了一种脉宽调制型电路实现电磁阀电流的Peak&Hold驱动波形，并在云内4缸发动机台架上进行了多项参数试验和分析。测试结果得出：喷油器Peak&Hold电流从0上升到18A只需100us。该驱动方式功耗小，电流上升时间短，电磁阀开关速度快。低端电流反馈能够精确的控制电流波形。关键词：高压

2、共轨柴油发动机；喷油电磁阀；驱动电路O引言近10年来，中国汽车工业蓬勃发展，产量和规模已经站在了世界的前沿，迎来了高速发展的黄金期。汽车工业高速发展的同时必须面对现代化工业高速发展后带来能源短缺问题以及环境污染问题。高压共轨柴油发动机的发展能够在一定程度上解决我们所面临的问题。电控高压共轨发动机的动力性、经济性、排放性等诸多性能取决于燃烧过程的供油规律。喷油电磁阀的开启时刻决定喷油时刻的开始，开启时长决定了喷油量。高压共轨柴油机的燃烧时间非常短暂，因此要求喷油电磁阀具备足够快的开、关能力。而电磁阀的开启时刻

3、和开启时长以及开启速度则是由驱动电流控制，除了喷油器的机械结构影响驱动电流外，所设计的驱动电路和控制方法也影响着电磁阀驱动电流的控制精度。根据喷油器的自身结构电器特性及对其驱动控制电流要求，对喷油电磁阀的驱动电路设计和驱动电流的控制进行了研究。本文设计了一种喷油器闭环控制的驱动电路，并进行了硬件在环实验和台架测试，实现了喷油电磁阀电流的精确控制。1喷油器驱动电路设计1．1喷油器电磁阀特性与驱动要求为了打开喷油器，电磁阀需要产生一定的电磁力，而电磁力是由电磁阀本身的结构、材料和使用参数等因素决定。电磁阀的电磁

4、力F。，的计算公式如下：2F一!!趟!垒：竺些‘n112术a。公式中的N、i、u、8和A分别为线圈匝数、线圈电流、磁导率、气隙长度和电磁阀吸合面积。当电磁阀材科等参数确定以后，电磁力的大小主要由线圈电流i和气隙长度8决定。假设在磁芯材料没有达到磁饱和状态或者处于磁饱和临界范围的情况下，忽略导磁材料的各种因素的影响，则电磁力与输入线圈电流i的平方成正比，当喷油器选定后，喷油器电磁阀的本身材料和结构参数已经确定，故只考虑电流对电磁力的影响，当电磁阀磁芯材料未达到作者简介：王旭(1991一)，男，云南红河人，硕士

5、研究生，研究方向为交通运输。饱和状态时，电磁阀的电流越大，电磁力也越大。而要使线圈电流在短时间内迅速增大，就要求di／dt足够大。并且为了保证喷油器的寿命和可靠性，要求通过电磁线圈的电流不能一直较大。根据对喷油器的驱动要求分析，需要一个Peak&Hold电流波形来驱动喷油器，电磁阀的控制可以分为五个阶段。如图l所示。～V、ⅣVK^^^／、^，、^．j’^：：：：＼：ILI厂N

6、

7、＼：：厂。＼：：＼l＼一时间I图1喷油器开启的5个阶段第一阶段：为了使电磁阀迅速打开，对电磁线圈输入一个48V的高压使线圈电流迅速

8、上升到18A的大电流。第二阶段：通过24V输入电压和反馈电流使电磁线圈电流保持在18A，持续的大电流能使电磁阀快速打开。第三阶段：电磁阀从大电流过度至保持电流阶段。第四阶段：为了降低能耗，防止烧坏电磁铁的线圈，将最大电流降低到维持电流12A。第五阶段：电磁铁断电，电磁阀衔铁在复位弹簧的作用下，关闭球阀，针阀落座。1．2电磁阀驱动方法为了使电磁阀的电流达到理想的Peak&Hold波形，采用双电压脉冲调制式驱动电路。其原理图如图2所示。双电压24V和48V分别来自蓄电池和48V升压电路。24V和48V两个输出脉

9、冲信号通过两个高端MOS管控制喷油器电磁阀接通24V或是48V。选缸信号通过控制喷油器低端的MOS管控制各缸喷油器的开启和关闭。下。蚌靠馨捶篓、_厂喀48、r=——1图2驱动电路示意图旺二Ibl选缸控制信号口岫咖衄边的电流检测芯片通过和软件结合稳定电流。例如，为了使喷油器针阀开启电流稳定在18A，当48V电源把电磁阀线圈电流拉升到18A时，电压切换到24V，当电流小于17A时，24V输出脉冲信号输出高电平使24V给电磁线圈供电，使电流上升到19A，当电流大于19A时，24V输出脉冲信号输出低电平使切断电磁线

10、圈24V供电。因此就可以把电流稳定在17A到19A之间。1．3喷油电磁阀驱动电路设计喷油器驱动电路主要包括MOS管驱动电路、反向电动势控制电路和电流检测电路。(1)MOS管驱动电路。由于控制信号输出的是微弱信号，不能直接驱动喷油器电磁阀，于是需要设计MOS管的驱动电路。TLE6282G是英飞凌生产的一款适合于大电流直流电刷电机和喷油器驱动的芯片，可以适用于12，24和42V的电源。它的两个半桥可以独立操作，甚至可