一款提高噴油器噴射品質(zhì)的驅(qū)動電路

王亦農(nóng)

（內(nèi)蒙古大學交通學院汽車工程系，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

我們知道評價燃料噴射品質(zhì)主要包括3個方面的內(nèi)容：①燃料的質(zhì)量精確計量：由于電源電壓是一個變量，使得噴油器電磁閥打開和關(guān)閉的速度相應(yīng)變化，從而影響燃料的計量，MCU會根據(jù)電源電壓的變化對PWM信號寬度進行修正；②燃料噴射束的霧化程度、形狀及射程；③噴射正時：為減少燃料吸熱蒸發(fā)或體積膨脹而影響發(fā)動機的充氣系數(shù)，燃料噴射的結(jié)束時刻應(yīng)安排在進氣門關(guān)閉之前短時間內(nèi)。

由于噴油器在打開與關(guān)閉階段閥芯節(jié)流作用，燃料噴射束的形狀不理想，噴油器打開階段是發(fā)動機進氣沖程初期，有充沛的氣流攪動燃料噴射束，所以閥芯開啟階段對噴射品質(zhì)要求不高。當噴油器進入關(guān)閉階段，由于電磁閥芯的節(jié)流作用，噴射束尾段缺乏穿透動能的燃料很可能被關(guān)在進氣門之外，單純使噴射正時提前又會增加燃料在進氣管中停留的時間而影響充氣系數(shù)，所以提高電磁閥的關(guān)閉速度，是解決這一矛盾的有效方法。

電磁閥的開、關(guān)速度與電磁閥線圈的感抗、閥芯品質(zhì)、升程、回位彈簧彈性系數(shù)、驅(qū)動電壓等有關(guān)，針對具體應(yīng)用，在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面都定型的情況下，可通過選擇優(yōu)化驅(qū)動電路來改善噴油器電磁閥的運動 （開關(guān)）特性。

1 普通驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)回顧

一般電流驅(qū)動型噴油器電磁閥驅(qū)動電路如圖1所示，PWM驅(qū)動信號來自MCU端口，在PWM高頻應(yīng)用中，為消除MOS管寄生電容的影響，同時也出于隔離保護MCU的目的，PWM信號要經(jīng)驅(qū)動級再連接MOS驅(qū)動管。圖2是PWM驅(qū)動信號、電磁閥線圈電流及閥芯升程示意。

由于本文闡述的電路主要是針對噴油器關(guān)閉過程，所以有必要敘述圖2中繪制的電磁閥線圈電流和閥芯關(guān)閉過程曲線的含義 （閥芯打開過程曲線含義可參考關(guān)閉過程理解或閱讀文章后的參考文獻）。當PWM脈沖消失后，線圈的儲能開始釋放，由于續(xù)流二極管D的續(xù)流作用，電磁閥線圈存在感生電流，并且以接近指數(shù)規(guī)律急劇下降，當電磁力不足以平衡彈簧力時，電磁閥閥芯開始下落，閥芯下落過程中由于氣隙磁通的變化，使得磁路中的磁通迅速減小，由于這一變化是建立在磁場自然衰減之上的，這必定在線圈中產(chǎn)生感生電動勢，阻礙線圈中電流的下降 （減緩了電流的下降趨勢），這一過程延續(xù)到閥芯關(guān)閉，見圖2的D→E曲線段。之后磁場進一步衰減，線圈電流按另一指數(shù)曲線下降，如圖2的E→F段。很明顯由于存在續(xù)流及其形成的磁場，對閥芯的關(guān)閉運動形成阻礙，延長了閥芯的關(guān)閉速度?？刂埔簯B(tài)燃料的電磁閥由于通徑小，閥芯升程短，關(guān)閉響應(yīng)時間一般會控制在0.5 ms之內(nèi)，但在燃氣噴射驅(qū)動中，用于控制氣態(tài)燃料的電磁閥通徑較大，閥芯的尺寸、慣量及升程較大，開關(guān)動作響應(yīng)時間長，典型的閥芯關(guān)閉時間在1～2ms之間，有效縮短開關(guān)時間對控制噴射品質(zhì)顯得更有意義，因此，在CNG／LPG噴射系統(tǒng)的驅(qū)動電路中，普遍應(yīng)用圖3所示驅(qū)動電路。

2 改進驅(qū)動電路原理

圖3是改進后驅(qū)動電路圖，續(xù)流控制信號S0連接于MCU某驅(qū)動端口，PWM驅(qū)動信號與續(xù)流控制信號S0的控制時序、線圈電流與閥芯升程示意圖見圖4。S0在PWM信號輸出期間保持高電位，續(xù)流二極管D與導通狀態(tài)的三極管Q2構(gòu)成續(xù)流通路，當PWM信號結(jié)束時，S0電位被MCU端口拉低，Q3截止，Q2也截止，續(xù)流通路被切斷，電磁線圈無電流，磁場迅速下降，由于沒有續(xù)流形成的磁場，閥芯會在回位彈簧的作用下迅速回位，比較圖2和圖4閥芯升程示意圖，可知閥芯的關(guān)閉速度明顯提高。針對電流驅(qū)動型噴油器，在PWM脈沖結(jié)束時線圈中的平均電流只有最大值的一半 （設(shè)PWM占空比50%），此時切斷續(xù)流，由于噴油器線圈匝數(shù)少，感抗小，線圈中的瞬變電壓值較低，不會對電路造成破壞。

3 應(yīng)用實例

圖5為CNG改裝燃氣ECU實物照片，型號是TGS 1.0B，生產(chǎn)單位是北京華清聯(lián)創(chuàng)科技有限公司，這是一款AC300兼容系統(tǒng)，是CNG改裝系統(tǒng)中控制功能較全面、控制較精確的系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于對4缸發(fā)動機的燃氣改裝。圖6為這款ECU噴軌電磁閥驅(qū)動部分的原理電路圖，需要說明的是check端接MCU端口，用于監(jiān)測噴軌電磁閥故障。

用TGS 1.0B驅(qū)動噴軌測試，相關(guān)參數(shù)如下：噴軌品牌AST，型號AST－TP，電阻3 Ω，響應(yīng)時間為1.7±0.2ms， 閥芯行程0.6ms， 燃氣壓力0.1MPa，測試結(jié)果電磁閥關(guān)閉時間縮短到1.1±0.2ms。

續(xù)流控制信號時序根據(jù)電磁線圈的感抗值、線圈在保持狀態(tài)中的平均電流值、驅(qū)動MOS管的耐壓值、續(xù)流控制電路的耐壓值確定，確保瞬變電壓控制在安全范圍。

［1］李鑫，張振東，郭輝.汽車電磁噴油器動態(tài)時間參數(shù)測試研究［J］. 輕型汽車技術(shù)， 2009 （11／12）： 15－18.