一種高壓共軌柴油發(fā)動機噴油器驅(qū)動電路及控制方法

1 電路工作原理

一種噴油器驅(qū)動電路的設(shè)計方法，根據(jù)電磁閥固有特性對強激電流及保持電流的強度或持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)燃油流量精確控制的同時，也能夠降低功耗、延長電磁閥的壽命。它具有精度高、穩(wěn)定性好、控制信號簡單等特點。其中輸出電路主要由浮動?xùn)艠O驅(qū)動器、MOSFET管組成，反饋電路由采樣電阻、運算放大器及分壓電路組成，對噴油器電磁閥的控制采用了一種閉環(huán)思想，見圖1。

CPU的ETPU單元產(chǎn)生提供初始噴油信號PWM控制信號，經(jīng)過燃油芯片譯碼，產(chǎn)生的高壓噴油脈沖和正常電壓噴油脈沖信號，通過浮動?xùn)艠O驅(qū)動器，用來控制高邊MOS 管V3和V4導(dǎo)通，V3的輸出端通過一個二極管與V4輸出端相連，保證了24V電源和50V電源輸出互不影響，浮動?xùn)艠O驅(qū)動器確保MOS管柵極與源極的電壓大于開啟電壓；電阻R3，R4對24V和50V電源的電流進行采集，監(jiān)控電源輸出工作是否正常；R5，R6和V7實現(xiàn)對高邊輸出進行回繞采集，與控制輸出信號進行比較實現(xiàn)高邊開關(guān)驅(qū)動電路自檢測功能；V6的正極與地相連，負極與高邊開關(guān)輸出相連，實現(xiàn)續(xù)流保護作用；高壓共軌柴油發(fā)動機噴油器高邊輸出和低邊輸入連接到高頻濾波電路，經(jīng)過L1、C1和C2組成的高頻濾波器，能夠抵抗輸入信號中的高強度輻射場，實現(xiàn)對內(nèi)部芯片保護；噴油器的輸入輸出端連接靜電防護電路，當噴油器端輸入信號中出現(xiàn)瞬態(tài)高壓靜電干擾信號時，瞬態(tài)抑制管V10導(dǎo)通，實現(xiàn)對后級電路的雷電防護功能；噴油器的負極回路經(jīng)過MOS管V8，與高邊驅(qū)動協(xié)同控制形成半橋驅(qū)動電路，只有在高邊驅(qū)動電路和低邊驅(qū)動電路同時打開，噴油器才能工作；該電路保證噴油器不會出現(xiàn)誤打開動作，損壞發(fā)動機，其中V9正極連接到MOS管漏極，負極連到50V，以免在噴油器在關(guān)閉時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢擊穿MOS管，起到續(xù)流保護作用；采樣電阻串聯(lián)在噴油器回路控制電路MOS管和地之間，通過采集采樣電阻的電流，經(jīng)過濾波放大，將處理后的結(jié)果分成2路連接到燃油芯片，以便實現(xiàn)把噴油電路強擊電流和維持電流控制在規(guī)定的范圍。一種高壓共軌柴發(fā)動機噴油器驅(qū)動電路，其特征在于：所述發(fā)動機噴油器驅(qū)動電路組成包括雷電防護電路、高頻濾波電路、高邊驅(qū)動電路，低邊驅(qū)動電路，電流采集反饋電路；所述雷電防護電路是由瞬態(tài)抑制電路構(gòu)成，實現(xiàn)對電路的雷電防護；所述高頻濾波電路與雷電防護電路連接，可對輸入的信號進行高頻濾波，對高強輻射場起到抑制作用；所述高邊驅(qū)動電路保證在50V和24V電源導(dǎo)通下保證噴油器正常供電；所述低邊驅(qū)動電路配合高邊驅(qū)動電路共同控制噴油器打開；所述電流采集反饋電路通過采集噴油器電流，將采集的噴油器電流經(jīng)過濾波放大，送進燃油芯片，驅(qū)動電路見圖2，控制電路見圖3，采集電路見圖4。

這與五建多年來一直十分重視科技成果轉(zhuǎn)化，有效提升科技自主創(chuàng)新能力用于指導(dǎo)實踐密不可分。特別是“十二五”以來，五建制定發(fā)布了關(guān)于科技創(chuàng)新項目申報、科技經(jīng)費使用、科技獎勵和科技成果轉(zhuǎn)化推廣激勵等一系列制度；建立了環(huán)保節(jié)能中心、安全技術(shù)研發(fā)中心，SEG土壤治理中心、廣東省土壤治理工程中心、清華大學(xué)潘際鑾院士專家工作站也先后掛牌成立，并和清華大學(xué)、華南理工、華東理工共建人才培養(yǎng)基地，為創(chuàng)新技術(shù)和培養(yǎng)人才提供了良好的平臺。

2 電路特點

本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)對噴油器的精確控制。根據(jù)電磁閥固有特性對強激電流及保持電流的強度或持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)燃油流量精確控制的同時，也能夠降低功耗、延長電磁閥的壽命。采用瞬態(tài)抑制管實現(xiàn)靜防護，采用電感和電容組合實現(xiàn)高頻濾波，可抑制發(fā)動機上復(fù)雜工作環(huán)境的干擾信號。采用高邊開關(guān)驅(qū)動電路和低邊驅(qū)動開關(guān)驅(qū)動電路控制噴油器工作，可確保噴油器只有在正確的時刻打開，保證發(fā)動機不被損壞。采用了對電源電流采集，回繞輸出采集確保能夠?qū)﹄娐肥欠裾９ぷ鬟M行有效的監(jiān)控。采用對噴油打開時用比較高的電壓，在維持時采用正常工作電壓同時采用比較低的電流，可確保噴油器迅速打開和關(guān)閉。在噴油器的輸出端和回路增加二極管，可確保在噴油器打開和關(guān)閉時產(chǎn)生高壓感應(yīng)電動勢起到續(xù)流鉗位，保護內(nèi)部芯片不被損壞。某型電子控制器已經(jīng)交付用戶使用，控制快速電磁閥電路滿足工作穩(wěn)定、可靠，可以實現(xiàn)電流波形的精確控制。CYD_IJ是CPU中ETPU模塊提供初始噴油控制信號，經(jīng)過燃油芯片處理后產(chǎn)生BOOST_IJ(高壓噴油脈沖)和POW_IJ(正常電壓噴油脈沖)信號，用來控制高邊MOS管V3和V4。高邊MOS 管用來控制噴油器的噴油電流。經(jīng)過燃油芯片產(chǎn)生CYD_RT回線控制信號，用來控制低邊MOS管V3。高壓噴油控制信號和正常噴油控制信號經(jīng)過二極管后控制電磁閥的正端。在電磁閥打開過程中，高壓噴油信號首先開始工作，當電磁閥線圈電流上升到一定值以后，高壓噴油信號停止工作，同時正常噴油信號開始工作，直至噴油結(jié)束。在此過程中，對應(yīng)的回線控制信號CYD_RT在噴油期間一直有效。在電磁閥打開的過程中，回線控制電路中采樣電阻上流過一定值的電流，當該電流超過內(nèi)部滯回比較器的閾值時，內(nèi)部滯回比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，當該電路電流低于內(nèi)部滯回比較器的閾值時，內(nèi)部滯回比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，最終產(chǎn)生PWM波控制電磁閥的高速開啟和關(guān)閉，讓電磁閥保持較小且恒定的電流，降低電路的功耗，同時保護器件不會過熱，噴油控制電路見圖5，噴油器結(jié)構(gòu)見圖6。

目前社會經(jīng)濟快速發(fā)展，社會群體對生活質(zhì)量也提出了更高的要求，對于畜禽產(chǎn)品的需求也不斷增長。反芻動物生產(chǎn)中，抗生素的影響切實存在，而微生態(tài)制劑的優(yōu)勢在于不會形成毒副作用，不會造成污染，且具有良好經(jīng)濟性，能達到良好的飼用效果，因此，在反芻動物生產(chǎn)中得到廣泛推廣和應(yīng)用。

CYD_IJ為CPU提供的初始噴油信號，經(jīng)過燃油芯片處理后產(chǎn)生高壓噴射BOOST_IJ和正常噴射POW_IJ主控制信號。IJ_VOL為高壓預(yù)噴射和主噴射信號的線或，即為電磁閥上端的電壓，在兩個信號同時為高時，IJ_VOL為高壓信號50V；快速開啟后，IJ_VOL為正常電源電壓24V。IJ_CUR為電磁閥在噴射過程中的電流，在初始高壓噴射過程中該電流迅速上升至峰值電流I_PULL，在高壓噴射結(jié)束后該電流隨著PWM脈沖的變化呈現(xiàn)充電放電的過程，保持在I_HOLD附近，使電磁閥的電流維持在比較低的范圍內(nèi)。

3 電路優(yōu)勢

一種噴油器器驅(qū)動電路的設(shè)計方法，根據(jù)電磁閥固有特性對強激電流及保持電流的強度或持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)燃油流量精確控制的同時，也能夠降低功耗、延長電磁閥的壽命。它具有精度高、穩(wěn)定性好、控制信號簡單等特點。其中輸出電路主要由浮動?xùn)艠O驅(qū)動器、MOSFET管組成，反饋電路由采樣電阻、運算放大器及分壓電路組成，對噴油器電磁閥的控制采用了一種閉環(huán)思想，該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油控制，是車載控制器的必要的設(shè)計以及優(yōu)勢。根據(jù)電磁閥固有特性對強激電流及保持電流的強度或持續(xù)時間進行調(diào)節(jié)，在實現(xiàn)燃油流量精確控制的同時，也能夠降低功耗、延長電磁閥的壽命。采用瞬態(tài)抑制管實現(xiàn)靜防護，采用電感和電容組合實現(xiàn)高頻濾波，可抑制發(fā)動機上復(fù)雜工作環(huán)境的干擾信號。采用高邊開關(guān)驅(qū)動電路和低邊驅(qū)動開關(guān)驅(qū)動電路控制噴油器工作，可確保噴油器只有在正確的時刻打開，保證發(fā)動機不被損壞。采用了對電源電流采集，回繞輸出采集確保能夠?qū)﹄娐肥欠裾９ぷ鬟M行有效的監(jiān)控。采用對噴油打開時用比較高的電壓，在維持時采用正常工作電壓同時采用比較低的電流，可確保噴油器迅速打開和關(guān)閉。在噴油器的輸出端和回路增加二極管，可確保在噴油器打開和關(guān)閉時產(chǎn)生高壓感應(yīng)電動勢起到續(xù)流鉗位，保護內(nèi)部芯片不被損壞。該設(shè)計能夠成功應(yīng)用于高壓共軌技術(shù)不僅可提升直噴柴油機動力性和燃油經(jīng)濟性，同時改善了排放性能。這要求共軌噴油器具有高速響應(yīng)的特征,而其高速響應(yīng)特性是通過電磁閥的特殊設(shè)計來實現(xiàn)的。一種高壓共軌柴發(fā)動機噴油器驅(qū)動電路的組成包括雷電防護電路、高頻濾波電路、高邊驅(qū)動電路，低邊驅(qū)動電路，電流采集反饋電路。噴油器控制是高壓共軌柴油發(fā)動機管理系統(tǒng)的核心部分，噴油器的打開和關(guān)閉的響應(yīng)速度直接決定了噴油的精度。該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)電路以及控制精度，通過實現(xiàn)節(jié)油，精確控制，成功實現(xiàn)了精確控制，通過噴油器噴孔結(jié)構(gòu)以及循環(huán)噴油量一致，是電子控制器在柴油機上的典型應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)柴油機不同溫度與應(yīng)力場的噴油最優(yōu)化。

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