一種電流可自校正的高壓共軌噴油器驅(qū)動(dòng)方法＊

謝宏斌 蔣兆杰 張美娟 張愛(ài)云 蔡沈衛(wèi)

（1.無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，無(wú)錫 214121；2.中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司無(wú)錫油泵油嘴研究所，無(wú)錫 214063）

主題詞：高壓共軌 電流自校正 噴油器驅(qū)動(dòng)方法

1 前言

在柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)中，噴油器是通過(guò)高速電磁閥實(shí)現(xiàn)噴射控制的，電磁閥的性能直接影響噴油器的響應(yīng)速度和控制精度，因而電磁閥是噴油器總成的核心元件。目前，主流的高壓共軌噴油器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路采用雙電源、PEAK_HOLD模式[1-4]。其電流調(diào)制方式主要有硬件調(diào)理電路[5-7]和脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）占空比[8-12]調(diào)節(jié)2種方式。

噴油器驅(qū)動(dòng)回路由線(xiàn)束和電控單元印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）上的驅(qū)動(dòng)線(xiàn)構(gòu)成，PCB 的布局和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的布置會(huì)導(dǎo)致各缸驅(qū)動(dòng)回路的實(shí)際長(zhǎng)度（由PCB走線(xiàn)以及線(xiàn)束構(gòu)成）始終存在差異，使各缸驅(qū)動(dòng)回路的阻抗存在較大差異[13]，進(jìn)而導(dǎo)致各缸驅(qū)動(dòng)電流不一致。

噴油器電磁閥長(zhǎng)時(shí)間使用后，會(huì)出現(xiàn)阻抗增加，驅(qū)動(dòng)電流上升斜率降低的情況，采用硬件調(diào)理法會(huì)減小電流峰值，導(dǎo)致電磁力下降，進(jìn)而影響噴油器的噴油特性。目前的2 種電流調(diào)制方式均無(wú)法適應(yīng)驅(qū)動(dòng)回路阻抗的差異以及電磁閥老化后出現(xiàn)的參數(shù)差異。文獻(xiàn)[14]、文獻(xiàn)[15]介紹了2 款專(zhuān)用噴油器驅(qū)動(dòng)芯片MC33816、MC33PT2000，可以配置驅(qū)動(dòng)電流的形態(tài)、不同階段電流的峰值和谷值，峰值和谷值的設(shè)置通過(guò)配置開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間實(shí)現(xiàn)。然而，驅(qū)動(dòng)回路阻抗差異較大或電磁閥線(xiàn)圈出現(xiàn)老化會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流上升斜率變緩，進(jìn)而使驅(qū)動(dòng)電流的控制精度下降。

針對(duì)現(xiàn)有控制方式的不足，本文提出一種噴油器驅(qū)動(dòng)方法，取消硬件調(diào)理電路，基于單片機(jī)MPC57xx的豐富外設(shè)，構(gòu)建一種能適應(yīng)驅(qū)動(dòng)回路參數(shù)變化并自動(dòng)校正驅(qū)動(dòng)電流的精確控制方法。

2 現(xiàn)有噴油器驅(qū)動(dòng)電流調(diào)制方式分析

2.1 硬件調(diào)理電路的延時(shí)效應(yīng)分析

實(shí)際應(yīng)用的硬件調(diào)理電路主要由運(yùn)算放大器、比較器等電子元件構(gòu)成。運(yùn)算放大器主要用于放大由驅(qū)動(dòng)電流生成的電壓信號(hào)，比較器將采樣的電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓閾值比較，當(dāng)超過(guò)閾值時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，反之則接通驅(qū)動(dòng)信號(hào)。假設(shè)采樣信號(hào)在某一時(shí)刻T已經(jīng)達(dá)到了設(shè)定的電壓閾值，但是驅(qū)動(dòng)電路在延遲一段時(shí)間Δt后，才會(huì)真正關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路。關(guān)閉時(shí)的實(shí)際電流峰值為：

式中，I為設(shè)定的電流；k為驅(qū)動(dòng)電流的斜率。

延遲時(shí)間Δt與硬件調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)以及采用器件的性能有關(guān)。

在優(yōu)化調(diào)理電路參數(shù)時(shí)，會(huì)使設(shè)定的電流I小于目標(biāo)電流，以使實(shí)際電流峰值等于目標(biāo)電流。調(diào)理電路參數(shù)確定后，其延時(shí)即確定，可以認(rèn)為在整個(gè)生命周期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)較大改變，各缸驅(qū)動(dòng)回路阻抗的差異性會(huì)導(dǎo)致斜率k不同，由式（1）可知，各缸驅(qū)動(dòng)電流的峰值并不一致。噴油器老化時(shí)，線(xiàn)圈阻抗變大，k變小，由于Δt不變，實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流峰值變小。上述現(xiàn)象會(huì)對(duì)噴油器開(kāi)啟峰值電流的控制造成一定的負(fù)面影響，嚴(yán)重時(shí)峰值電流出現(xiàn)明顯下降，導(dǎo)致電磁力不足，進(jìn)而嚴(yán)重影響噴油特性。

2.2 PWM調(diào)節(jié)方式分析

PWM 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流的方式有2 種。一種是開(kāi)環(huán)法[8-11]，即針對(duì)某種型號(hào)的噴油器進(jìn)行大量試驗(yàn)，從而得到控制最優(yōu)的占空比。該方法較為簡(jiǎn)單，但控制精度低，如果出現(xiàn)老化及驅(qū)動(dòng)回路阻抗差異較大的現(xiàn)象，控制精度會(huì)下降。

另一種是閉環(huán)法，文獻(xiàn)[12]介紹了一種使用模糊PID算法調(diào)制驅(qū)動(dòng)電流的智能控制方法，可在一定程度上緩解由于前述現(xiàn)象導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)電流均值下降問(wèn)題，但是該方法只是將驅(qū)動(dòng)電流平均值控制在目標(biāo)值附近，沒(méi)有對(duì)驅(qū)動(dòng)電流各階段的峰、谷值進(jìn)行控制。

2.3 噴油器驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用芯片調(diào)節(jié)方式分析

近年來(lái)，飛思卡爾公司推出了2款噴油器驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用芯片MC33816 和MC33PT2000[13-14]，驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)節(jié)原理如圖1所示。

圖1 專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片的電流相位

其中：Tboost為高壓開(kāi)放時(shí)間，決定驅(qū)動(dòng)電流的上升峰值；Tpeak_off為一階電流振蕩下行時(shí)間，決定振蕩幅值；Tbypass為一階振蕩到二階振蕩的過(guò)渡時(shí)間；Thold_off為二階電流振蕩下行時(shí)間，決定二階電流的振蕩幅值；Teoi為關(guān)閉時(shí)間，由續(xù)流回路決定。在電磁閥參數(shù)不變的情況下，用時(shí)長(zhǎng)表征驅(qū)動(dòng)電流的大小是可行的，電磁閥如果出現(xiàn)前述現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)電流的上升斜率發(fā)生改變，此時(shí)若繼續(xù)使用初始標(biāo)定的時(shí)間值，就會(huì)導(dǎo)致控制精度下降，并出現(xiàn)與硬件調(diào)理電路調(diào)節(jié)方式相同的弊端。

3 電流可自校正的噴油器驅(qū)動(dòng)電路工作原理

噴油器電磁閥的結(jié)構(gòu)、材料組成確定后，電磁力由驅(qū)動(dòng)電流j、氣隙長(zhǎng)度δ決定。在磁芯材料未達(dá)到磁飽和的情況下，忽略導(dǎo)磁材料的遲滯誤差、渦流效應(yīng)、熱損耗等因素的影響，電磁力F[16]為：

式中，N為線(xiàn)圈匝數(shù)；A為電磁閥吸合時(shí)的有效面積；μ0為真空磁導(dǎo)率。

從式（2）可知，噴油器出廠后，其結(jié)構(gòu)參數(shù)即確定，驅(qū)動(dòng)電流是影響噴油器噴射性能的最關(guān)鍵參數(shù)。因此，精確控制驅(qū)動(dòng)電流至關(guān)重要。

本文提出一種電流可自校正的驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電流可始終保持在設(shè)定的值，即使各缸驅(qū)動(dòng)回路阻抗有差異或電磁閥出現(xiàn)老化而導(dǎo)致阻抗、電感參數(shù)變化，其也能將驅(qū)動(dòng)電流控制在設(shè)定值，確保驅(qū)動(dòng)電流的精度。

3.1 驅(qū)動(dòng)電路的改進(jìn)

電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用噴油器電磁閥驅(qū)動(dòng)電路常用的雙電壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，取消一般驅(qū)動(dòng)電路中的電流調(diào)理電路，只保留電流采樣電路，驅(qū)動(dòng)電流的峰值、一階電流的振蕩峰值和谷值、二階電流的峰值和谷值均通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)PWM波形的占空比來(lái)控制。

圖2 電流可自校正驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)電路的高邊輸出端A（見(jiàn)圖2）經(jīng)限壓電路后，引入復(fù)雜可編程邏輯器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD），目的是將電路輸出端實(shí)際的開(kāi)關(guān)脈沖作為電流采樣觸發(fā)脈沖。輸出端的開(kāi)關(guān)脈沖能準(zhǔn)確反映驅(qū)動(dòng)電路實(shí)時(shí)的通斷狀態(tài)，因此在該脈沖的上、下沿觸發(fā)電流采樣即可準(zhǔn)確檢測(cè)到實(shí)時(shí)的電流峰值、一階電流的振蕩峰值、谷值以及二階電流的峰值、谷值。使用輸出端開(kāi)關(guān)脈沖合成電流采樣驅(qū)動(dòng)脈沖，避免了從輸入驅(qū)動(dòng)脈沖到電路實(shí)際開(kāi)始響應(yīng)之間存在的延時(shí)，使電流采樣值更加接近實(shí)際電流。由于高壓開(kāi)放、高端調(diào)制、驅(qū)動(dòng)使能信號(hào)均由CPLD輸出，它們與電流采樣觸發(fā)脈沖存在一定延時(shí)，如圖3 中的Δt，電流采樣觸發(fā)脈沖與實(shí)際的電流波形保持一致。

圖3 電流可自校正驅(qū)動(dòng)方法的相位

由于驅(qū)動(dòng)電流結(jié)構(gòu)為PEAK_HOLD模式，驅(qū)動(dòng)端的開(kāi)關(guān)脈沖實(shí)際上是由一個(gè)驅(qū)動(dòng)高壓與一組驅(qū)動(dòng)電池電壓組成，所以在接入CPLD前需對(duì)電壓進(jìn)行限幅。

3.2 驅(qū)動(dòng)電流特征值的定義

該電路的工作相位圖見(jiàn)圖3，驅(qū)動(dòng)過(guò)程分為3個(gè)階段：

a.高壓開(kāi)放階段（t0～t1時(shí)刻）：M2導(dǎo)通（整個(gè)驅(qū)動(dòng)過(guò)程M3始終導(dǎo)通），開(kāi)放時(shí)間T0決定驅(qū)動(dòng)電流波形的峰值。

b.一階電流維持階段（t1～t2時(shí)刻）：當(dāng)M1、M2關(guān)斷時(shí)，處在達(dá)到峰值電流后的續(xù)流階段，續(xù)流時(shí)間T3決定一階電流振蕩谷值。續(xù)流結(jié)束后，M1重新導(dǎo)通，電流開(kāi)始爬升，經(jīng)歷爬升時(shí)間T1后，達(dá)到一階電流的振蕩峰值，T1決定了一階驅(qū)動(dòng)電流振蕩峰值。T1結(jié)束后，M1再次關(guān)斷，此時(shí)電流進(jìn)入下降通道，T2決定了一階驅(qū)動(dòng)電流振蕩谷值。時(shí)間T8為一階電流維持階段的時(shí)長(zhǎng)。在一階電流維持階段，振蕩電流如此周期性爬升和下降，直至一階電流維持階段結(jié)束。

c.二階電流維持階段（t2～t3時(shí)刻）：一階驅(qū)動(dòng)電流結(jié)束后，M1、M2關(guān)斷，此時(shí)處在一階電流過(guò)渡到二階電流的續(xù)流階段，續(xù)流時(shí)間T5決定二階電流振蕩谷值。續(xù)流結(jié)束后，M1重新導(dǎo)通，電流開(kāi)始爬升，經(jīng)歷T6后，達(dá)到二階電流的振蕩峰值，T6決定了二階驅(qū)動(dòng)電流振蕩峰值。此時(shí)，M1再次關(guān)斷，電流進(jìn)入下降通道，T7決定了二階驅(qū)動(dòng)電流振蕩谷值。在二階電流維持階段，振蕩電流也周期性爬升和下降，直至該階段結(jié)束。

T0～T8決定了驅(qū)動(dòng)電流的物理特點(diǎn)，包括驅(qū)動(dòng)電流峰值、一階維持電流起始電流、一階維持電流的峰值和谷值、二階維持電流起始電流、二階維持電流的峰值和谷值，以及一階電流維持階段的時(shí)長(zhǎng)。T0～T8決定了驅(qū)動(dòng)電流的形態(tài)，稱(chēng)之為驅(qū)動(dòng)電流的特征值。

3.3 驅(qū)動(dòng)電流在線(xiàn)自校正技術(shù)工作原理

如圖3 所示，CPLD 根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路高邊輸出端的開(kāi)關(guān)脈沖信號(hào)合成電流采樣觸發(fā)脈沖。微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）接收該脈沖，并在上、下沿觸發(fā)MCU的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換（AD）采樣模塊，實(shí)時(shí)采樣獲取驅(qū)動(dòng)電流的峰值、一階維持電流的峰值和谷值以及二階電流的峰值和谷值，并通過(guò)MCU 的直接存儲(chǔ)器存?。―irect Memory Access，DMA）通道將數(shù)據(jù)存入隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random Access Memory，RAM），供MCU 分析使用，使用DMA 通道可以使數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存不受主MCU 干預(yù)，從而節(jié)省主MCU的資源。

MCU 在輸出下次驅(qū)動(dòng)信號(hào)前，分析采樣數(shù)據(jù)是否符合要求，如不符合要求，在線(xiàn)調(diào)節(jié)電流特征值（T0～T8），直到實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流的各參數(shù)符合要求。該調(diào)節(jié)過(guò)程在整個(gè)電控單元運(yùn)行過(guò)程中始終進(jìn)行，這種閉環(huán)調(diào)節(jié)技術(shù)確保了噴油器驅(qū)動(dòng)波形的一致性。驅(qū)動(dòng)電流在線(xiàn)調(diào)節(jié)技術(shù)流程如圖4所示。

圖4 電流調(diào)節(jié)流程

本文通過(guò)電流采樣觸發(fā)脈沖的上、下沿實(shí)時(shí)采樣驅(qū)動(dòng)電流的峰值和谷值，MCU的AD模塊可在1 μs內(nèi)完成采樣，由于采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間非常短，即使電流上升斜率變化幅值較大，反饋的電流值仍能精確反映實(shí)際電路中的真實(shí)電流。

噴油器電磁閥使用較長(zhǎng)時(shí)間后，電感老化，阻抗增加，電感參數(shù)出現(xiàn)一定程度的離散，實(shí)際應(yīng)用中各缸噴油器的驅(qū)動(dòng)回路阻抗也存在一定差異，通過(guò)該電流閉環(huán)技術(shù)可以自動(dòng)校正驅(qū)動(dòng)電流，保持驅(qū)動(dòng)電流的一致。

在實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同型號(hào)的噴油器，可通過(guò)試驗(yàn)先確定T0～T8的基礎(chǔ)值，并將這些數(shù)據(jù)存入MCU的閃存（Flash）中，作為驅(qū)動(dòng)噴油器電流波形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，一個(gè)電控單元中可以存入多種型號(hào)噴油器的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)兼容驅(qū)動(dòng)。

3.4 驅(qū)動(dòng)電流的采樣過(guò)程

MCU需要根據(jù)上一次驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的電流采樣值動(dòng)態(tài)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流的特征值，然后依據(jù)調(diào)整后的電流特征值合成驅(qū)動(dòng)脈沖，進(jìn)行下一次驅(qū)動(dòng)。電流采樣值是在每個(gè)觸發(fā)脈沖的上、下沿進(jìn)行采樣獲得的，因此每次實(shí)際電流采樣的結(jié)果是與電流采樣觸發(fā)脈沖上、下沿對(duì)應(yīng)的一組數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 驅(qū)動(dòng)電流采樣值的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.5 驅(qū)動(dòng)電流自校正模糊控制

本文使用模糊控制[17]的方法在線(xiàn)調(diào)整電流特征值，如圖6所示，模糊控制器的輸入為當(dāng)前周期與上一周期電流差值Iec和當(dāng)前周期電流值與目標(biāo)控制電流的差值Ie。

圖6 驅(qū)動(dòng)電流模糊控制結(jié)構(gòu)

實(shí)際應(yīng)用中，通常通過(guò)測(cè)量電壓信號(hào)換算成電流信號(hào)，即100 mV對(duì)應(yīng)1 A，因此使用U(Ie)、U(Iec)表示電流Ie、Iec對(duì)應(yīng)的電壓值。設(shè)U(Ie)、U(Iec)以及驅(qū)動(dòng)電流的特征值Ti(i=0,1,…,8)的模糊語(yǔ)言值均為{PL,PM,PS,O,NS,NM,NL}，隸屬度函數(shù)采用三角函數(shù)形式。U(Ie)的隸屬度矢量如表1所示。

在進(jìn)行模糊化劃分時(shí)，并不是按照等分的原則，當(dāng)Ie＞1 A時(shí)，即認(rèn)為差值較大，Ie≤1 A時(shí)，劃分的單元較小，有利于精確控制。U(Iec)的隸屬度矢量如表2表示。

實(shí)際調(diào)整時(shí)，Iec的變化不會(huì)很大，以500 mA為步長(zhǎng)進(jìn)行處理符合實(shí)際情況。

表1 U(Ie)的隸屬度矢量

表2 U(Iec)的隸屬度矢量

驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)時(shí)間的關(guān)系為：

式中，U為驅(qū)動(dòng)電壓；L為電磁閥電感；ΔT為驅(qū)動(dòng)時(shí)間。

由式（3）可看出，驅(qū)動(dòng)時(shí)間與驅(qū)動(dòng)電流為線(xiàn)性關(guān)系，但電磁閥工作時(shí)的電流均超過(guò)其飽和電流，此時(shí)的電感參數(shù)會(huì)隨著電流的增加而快速下降，電流會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)時(shí)間的增加而加速增長(zhǎng)。因此在制定模糊規(guī)則時(shí)，當(dāng)Ie較大，同時(shí)Iec相對(duì)于目標(biāo)控制值逆向變化時(shí)，需采用最大的步長(zhǎng)增大或減小時(shí)間特征值。其他情況需要采用較小的步長(zhǎng)增大或減小時(shí)間特征值。表3 所示為本文采用的模糊規(guī)則，其中ΔTi為驅(qū)動(dòng)電流特征值。

表3 ΔTi模糊規(guī)則

根據(jù)輸入變量Ie及Iec的隸屬度矢量表以及模糊規(guī)則表建立Ie、Iec、ΔTi模糊控制查詢(xún)表如表4所示。

表4 ΔTi模糊控制查詢(xún)表

當(dāng)誤差較小時(shí)，采用小步長(zhǎng)修正驅(qū)動(dòng)電流的特征值，僅在電流差值以及電流變化值較大時(shí)采用大步長(zhǎng)修正。

本方法的特點(diǎn)是每次驅(qū)動(dòng)結(jié)束后會(huì)得到一組電流采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)和設(shè)定的電流目標(biāo)值決定是否在線(xiàn)調(diào)節(jié)電流特征值。如果各缸噴油器的驅(qū)動(dòng)回路阻抗有差異，那么ECU在上電初期就會(huì)開(kāi)啟調(diào)節(jié)過(guò)程，經(jīng)過(guò)幾個(gè)噴射周期后，即可確定各缸噴油器的驅(qū)動(dòng)特征值，并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持驅(qū)動(dòng)電流各控制目標(biāo)值的一致，調(diào)整后的電流特征值在每次下電后存儲(chǔ)在MCU的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM）中，每次上電后，將該數(shù)據(jù)調(diào)出到RAM中，供驅(qū)動(dòng)程序使用。電磁閥老化，阻抗增加是長(zhǎng)期漸進(jìn)的過(guò)程，當(dāng)電感參數(shù)、阻抗變化到一定閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)程序就會(huì)自行調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流的特征值以適應(yīng)噴油器電磁閥參數(shù)的變化，保證驅(qū)動(dòng)電流長(zhǎng)期保持一致，這將有效緩解電磁閥老化導(dǎo)致噴油特性惡化的負(fù)面影響，延長(zhǎng)噴油器的使用壽命。

4 試驗(yàn)分析

本文方法的最大優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)驅(qū)動(dòng)回路阻抗的差異，自動(dòng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流的特征值，確保驅(qū)動(dòng)電流的控制精度。根據(jù)文獻(xiàn)[13]，由于PCB 布線(xiàn)以及線(xiàn)束布置的差異，各缸噴油器阻抗差異的數(shù)量級(jí)為100 mΩ，為此設(shè)計(jì)一組試驗(yàn)來(lái)模擬驅(qū)動(dòng)回路阻抗參數(shù)的變化，在一固定的噴油器驅(qū)動(dòng)回路中，分別串接0 Ω、0.2 Ω、0.4 Ω、0.8 Ω的電阻，采用博世公司的二代噴油器，其內(nèi)阻約0.23 Ω。在這4種情況下分別用硬件調(diào)理電路和本文提出的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)噴油器，觀察驅(qū)動(dòng)電流的變化情況。

采用硬件調(diào)理電路的驅(qū)動(dòng)波形如圖7所示，隨著回路阻抗逐漸變大，驅(qū)動(dòng)電流的峰值逐漸減小，當(dāng)串接阻抗為0.8 Ω時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流的峰值出現(xiàn)了較大降幅，同時(shí)，電磁閥的電磁力明顯下降，噴油器的開(kāi)啟延時(shí)變長(zhǎng)，嚴(yán)重影響噴油特性。

圖7 采用硬件調(diào)理電路的驅(qū)動(dòng)波形

在不同阻抗驅(qū)動(dòng)回路下，采用本文提出的方法，驅(qū)動(dòng)電流的峰值及保持電流的峰值基本一致，但驅(qū)動(dòng)電流的上升斜率出現(xiàn)了變緩的趨勢(shì)，這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)回路阻抗變大，如圖8所示。

圖8 采用驅(qū)動(dòng)電流自校正方法的驅(qū)動(dòng)波形

5 保持驅(qū)動(dòng)電流一致性對(duì)噴油特性的影響

本文提出的方法可以在不同的回路阻抗條件下保證驅(qū)動(dòng)電流的峰值以及維持電流的峰、谷值的一致性，但是無(wú)法改變因阻抗變大導(dǎo)致的電流上升斜率變緩的現(xiàn)象。為此，在單次噴射儀上對(duì)不同阻抗的驅(qū)動(dòng)回路進(jìn)行測(cè)試，采用博世的二代噴油器，噴射脈寬1 800 μs,噴射壓力160 MPa。使用硬件調(diào)理電路控制驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，其噴油特性數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 采用硬件調(diào)理電路時(shí)的噴油特性參數(shù)

由表5 可以看出，隨著驅(qū)動(dòng)回路阻抗的變化，各階段驅(qū)動(dòng)電流都開(kāi)始下降，開(kāi)啟延時(shí)變長(zhǎng)，關(guān)閉延時(shí)變短，噴油持續(xù)時(shí)間縮短，噴油量下降，趨勢(shì)變化是非線(xiàn)性的，當(dāng)驅(qū)動(dòng)回路阻抗增大到某一閾值（0.4 Ω）時(shí)，噴油量明顯減小。

使用本文提出的驅(qū)動(dòng)方法控制驅(qū)動(dòng)電流，其噴油特性數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 采用電流可自校正驅(qū)動(dòng)方法的噴油特性參數(shù)

由表6可以看出，本文提出的驅(qū)動(dòng)方法可以自動(dòng)校正驅(qū)動(dòng)電流以適應(yīng)回路阻抗的變化。驅(qū)動(dòng)回路阻抗在較小范圍內(nèi)變化時(shí)，各階段驅(qū)動(dòng)電流基本保持不變。當(dāng)回路阻抗增加到較大數(shù)值時(shí)（＞0.4 Ω），各階段驅(qū)動(dòng)電流的控制精度明顯下降，噴油量也有所下降，但比硬件調(diào)理方法更能適應(yīng)驅(qū)動(dòng)回路阻抗的變化，且保持各缸驅(qū)動(dòng)電流的一致性。

保持驅(qū)動(dòng)電流的一致性雖然不能完全解決因驅(qū)動(dòng)回路阻抗差異導(dǎo)致的噴油特性惡化問(wèn)題，但可以改善噴油特性，特別是當(dāng)阻抗的差異較小時(shí)，可以保持噴油特性基本不變，即使在阻抗差異較大的情況下，也可以顯著改善噴油特性。噴油器電磁閥的老化過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是驅(qū)動(dòng)回路阻抗以及電磁閥電感參數(shù)離散的過(guò)程，使用本文方法可以很好地適應(yīng)這種參數(shù)的變化，當(dāng)驅(qū)動(dòng)回路參數(shù)變化較小時(shí)，噴油特性不受影響，當(dāng)驅(qū)動(dòng)回路參數(shù)變化較大時(shí)，改善噴油特性，進(jìn)而延長(zhǎng)噴油器電磁閥的使用壽命。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路不能自動(dòng)適應(yīng)驅(qū)動(dòng)回路阻抗變化而導(dǎo)致電流控制精度下降的問(wèn)題，本文提出了一種電流可自校正的噴油器驅(qū)動(dòng)方法，利用電流特征值描述驅(qū)動(dòng)電流的物理形態(tài)，在每個(gè)驅(qū)動(dòng)周期內(nèi)高速采樣驅(qū)動(dòng)電流各階段的峰值和谷值，然后依據(jù)實(shí)際值和控制值之間的偏差構(gòu)建模糊控制規(guī)則，并基于該規(guī)則在線(xiàn)調(diào)節(jié)特征值實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電流自校正。試驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能適應(yīng)驅(qū)動(dòng)回路阻抗的變化，自動(dòng)校正驅(qū)動(dòng)電流，使其保持在目標(biāo)值附近，確保各缸噴油特性的一致。電磁閥老化的進(jìn)程，實(shí)質(zhì)是阻抗?jié)u進(jìn)增加的過(guò)程，因此采用本方法能抑制電磁閥老化對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的不利影響，有助于延緩噴油特性的惡化速度并延長(zhǎng)電磁閥的使用壽命。