柴油機噴油系統電磁閥驅動電路的製作方法

2023-06-19 00:34:16

專利名稱：柴油機噴油系統電磁閥驅動電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種柴油機噴油系統電磁閥驅動電路，尤其是柴油機共軌噴油系統的電控噴油器驅動電路。
背景技術：
現有技術中柴油機電控噴油器高速電磁閥驅動電路的改進目標，一方面是降低能量消耗，減少噴油器電磁閥驅動所產生反向電動勢的浪費，同時還要保證電磁閥快速響應能力，以滿足發動機高轉速及多次噴射能力的技術要求；另一方面需進一步簡化驅動電路和配套電源數量，以降低應用成本。現有電磁閥驅動電路的種類很多，按驅動電源類型可分為單電源驅動和雙電源驅動兩種。單電源驅動技術的特點是系統只有一種驅動電源，因此結構簡單、成本低，實際應用較為廣泛，例如Bosch公司專利DE10011924 (JP2001304024)及西門子公司專利 US08079140 (CN1125494A)都屬於單電源驅動。雙電源驅動具有一個高壓驅動電源和一個低壓驅動電源，這種驅動技術有利於提高電磁閥響應及電流控制精度。目前在雙電源驅動技術中驅動高壓大多通過外接升壓電路實現，該升壓電路利用車載蓄電池電源，採用DC/DC 變換或變壓器方式實現，如中國專禾U 200410033776. X,200510011109. 6,200610117293. 7 都屬於雙電源驅動。若按設計原理分，現有電磁閥驅動電路可分為獨立式和集成式兩種，獨立式設計控制簡單，但成本較高；集成式將兩個或多個電路集成在一起，以降低系統總製造成本，如上述清華大學的專利ZL200510011109. 6就是將DC/DC升壓電路集成到現有雙電源驅動電路中，從而可省去外接升壓電路。當前，集成式雙電源電磁閥驅動電路，該方案有節省原材料，簡化電路設計等優點，但是其不足之處也很明顯首先，它需要兩個電源，高壓驅動電源與低壓驅動電源，這樣就增加了成本和資源。由於蓄電池體積比較大，所以不利於車體安裝；其次，該方案並未從實際應用的角度出發，沒有提出當轉速較高時，如何解決充電效率的問題。
發明內容本實用新型的目的是對柴油機噴油系統的電磁閥驅動電路提出一種新的技術方案，以解決現有技術方案的不足。本實用新型是一種單驅動電源的集成式驅動。本實用新型的主要技術特徵在於將柴油機電控單元的充電電路和電控噴油器的電磁閥低端控制電路集成在一起，共同實現柴油機噴油系統控制；驅動電路用噴油器電磁閥線圈的儲能作用產生驅動高壓，驅動電路包括電磁閥高端控制電路、電磁閥低端控制電路、儲能電容電路、邏輯控制電路，其中電磁閥高端控制電路包括三個模塊電壓Vbat控制電路模塊、維持電流電路模塊、高壓開放電路模塊。本實用新型的其它技術特徵是每次上電時噴油器電磁閥按順序輪流工作，即每次電控單元上電時軟體讀取Flash存儲器中的充電噴油器電磁閥序號，並以該序號噴油器的電磁閥進行首次充電，電控單元斷電時充電噴油器的電磁閥序號遞增一，並保存在電控單元Flash存儲器中。驅動高壓具有反饋控制信號，在達到規定的驅動高壓後控制邏輯電路自動切斷PWM信號。PWM信號在工作期間周期和佔空比固定，在噴油系統電磁閥、電控單元和線束確定的情況下，系統充電效率由充電周期和佔空比共同決定。控制信號包含一路延時信號，在噴射驅動和充電工作之間留有間隔，確保噴油器電磁閥不發生誤動作。與現有技術相比，本實用新型的有益效果是1)省略了專門的高壓充電電路，從而簡化了電控單元系統，降低了電控單元的成本，更方便電控單元在柴油機缸體上安裝；2)利用噴油器電磁閥的感應電動勢給儲能電容充電，可回收能量，節約能源，減少電磁汙染，符合「綠色科技」的發展趨勢；3)儲能電容充電時，MOSFET管開關頻率較低，能對元器件起保護作用。
圖1為本實用新型驅動電路框圖圖2為本實用新型驅動電路(驅動六缸噴油器)圖3為工作過程控制信號圖4為噴油器電流驅動波形圖中區域模塊代號A 電流維持電路，包括放大電路，滯回比較電路B:專用晶片C:比較器電路 1 電壓Vbat控制電路模塊2:維持電流電路模塊3 高壓開放電路模塊4:電磁閥低端控制電路5 儲能電容電路6:邏輯控制電路圖中元器件及信號代號MOSFET 管11，12，13，14，15，16，17，18，19二極體:21，22，23，24，25，26，27，28，29，210電磁閥31，32，33，34，35，36電容41電阻51，52，53或門61，62與非門71控制信號:81，82，83，84，85，86，87，88驅動信號91，92，93，94，95，96反饋信號101區域B 輸出信號:Y0, Yl, Υ2，Υ3，Υ4，Υ5[0039]電源經處理後的電壓Vbat具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例做進一步詳述，以便分析本技術方案的應用特徵及優點，同時，以下所列舉實施例是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護範圍。圖1為本實用新型驅動電路框圖，包括電磁閥高端控制電路、電磁閥低端控制電路、邏輯控制電路、儲能電容電路和噴油器電磁閥五個部分，其中電磁閥高端控制電路包括電壓Vbat控制電路模塊1、維持電流電路模塊2和高壓開放電路模塊3三個模塊。在電控噴油器驅動系統中，僅用單個車載蓄電池電源，無專用高壓產生電路，本實用新型驅動電路屬於單驅動電源的集成式驅動電路。以六缸電控柴油機系統為例，在電磁閥驅動電路中， 六隻噴油器高端共結，電磁閥高端控制電路包括三個模塊，六隻噴油器低端分別接MOSFET 管，每路對應一個控制信號。儲能電容的充電電路和電控噴油器中的電磁閥低端控制電路共用同一電路，對應電路增加保護二極體和儲能電容。圖2為本實用新型驅動電路(驅動六缸噴油器)。由電壓Vbat控制電路模塊1、 維持電流電路模塊2、高壓開放電路模塊3、電磁閥低端控制電路4、儲能電容電路5和邏輯控制電路6組成，其中柴油機電控單元的充電電路和電控噴油器的電磁閥低端控制電路集成在一起，通過軟體控制邏輯共同實現柴油機噴油系統的控制。驅動電路以噴油器電磁閥 31 36的儲能作用產生驅動高壓，每次上電時噴油器電磁閥按順序輪流工作，即每次電控單元上電時軟體讀取Flash存儲器中的充電噴油器電磁閥序號，並以該序號噴油器的電磁閥進行首次充電，電控單元斷電時充電噴油器的電磁閥序號遞增一，並保存在電控單元 Flash存儲器中。電磁閥高端控制電路包括電壓Vbat控制電路模塊1、維持電流電路模塊2和高壓開放電路模塊3三個模塊電壓Vbat控制電路模塊1中，電壓Vbat控制信號81控制MOSFET管17的通斷，以控制是否加載Vbat信號，電阻51、52起電路限流作用。噴油器電磁閥31 36高端共結， 且與保護二極體21陰極相連，MOSFET管17的漏極與保護二極體21的陽極相連。二極體 22的陰極與保護二極體21的陰極相連，陽極連接地線，起續流作用。維持電流電路模塊2中，電流經採樣電阻53後所得的採樣電壓經過包含有放大器電路和滯回比較器電路的器件區域A後，在二階維持控制信號82的共同作用下，輸出信號控制MOSFET管18通斷，來實現噴油器電流的維持功能。MOSFET管18的漏極接保護二極體 29陽極，二極體四陰極接噴油器電磁閥31 36高端。高壓開放電路模塊3中，高壓開放信號83控制MOSFET管19的通斷，MOSFET管19 源極接二極體210陽極，二極體210確保電流方向只能從MOSFET管19至驅動電磁閥，起到保護作用。二極體210陰極接噴油器電磁閥31 36的高端。電磁閥低端控制電路4中，包括六隻MOSFET管11 16，六路驅動信號91 96， 六隻MOSFET管源極連在一起，並與採樣電阻53 —端相連，採樣電阻的另一端連接地線， MOSFET管的漏極分別連接到六隻噴油器電磁閥31 36的低端，六路控制信號由專用晶片B產生。儲能電容電路5中，包括六隻二極體23 觀，起電流單向導通作用。電容41為極性電容，比較器電路C實現電容41上高壓控制，即當高壓沒有達到設定電壓時充電電路工作，當高壓達到設定電壓時切斷高壓充電電路。二極體23 觀陽極分別接MOSFET管11 16的漏極，陰極接電容41的正極。邏輯控制電路6中，包括控制信號81、84、85、86、87、88、101 ；或門61、62及與非門
71，專用晶片B實現電流邏輯信號處理，最後輸出信號YO TO直接驅動噴油器電磁閥。控制邏輯電路中，一個或門61的輸出端與另外一個或門62的輸入端相連，另外一個或門62 的輸出端接與非門71的輸入端，與非門71的輸出端接專用晶片B的控制端，專用晶片B的六路信號輸出端分別與六路MOSFET管的柵極相連。比較器電路C輸出反饋信號101，即在達到規定驅動高壓後控制邏輯電路切斷控制信號84，從而切斷充電過程。84為PWM信號，其中信號的周期和佔空比根據實際系統優化得到。工作期間信號84的周期和佔空比固定，當噴油系統中電磁閥、電控單元和線束確定的情況下，系統充電效率由信號84的周期和佔空比決定。邏輯控制電路6中增加延時控制信號85，在噴射驅動和充電工作之間留有間隔，確保噴油器電磁閥不發生誤動作。圖3為工作過程控制信號，詳細敘述如下(1)在上電後、 t2時間內，電控單元上電後，除信號84外，其它信號都延遲一段時間，在該時間段內六隻電磁閥高端都是車載蓄電池電壓，低端由專用晶片輸出控制，專用晶片內部內置解碼器，輸出￥3、仍、￥1、￥2、￥4、￥0信號分別對應噴油器4，6、2、3、5、1缸， 每次上電時噴油器電磁閥按順序輪流工作，即每次電控單元上電時軟體讀取Flash存儲器中的充電噴油器電磁閥序號，並以該序號噴油器的電磁閥進行首次充電，電控單元斷電時充電噴油器的電磁閥序號遞增一，並保存在電控單元Flash存儲器中。(2)在一定的延時時間內，選缸信號86、87、88均為低電平，因此，輸出YO為低信號，其它輸出信號為高電平。噴油器電磁閥31低端所接MOSFET管11在PWM信號84的驅動下，以一定頻率工作在開關狀態，每次關斷時，噴油器電磁閥31低端都會產生反向電動勢，其大小與電感值L成正比，與電流變化速度Δ i/ Δ t成正比，該關係可用下式表示U = L- Ai/At。感應電動勢通過二極體23給電容41充電，當電容41電壓達到設定值後，反饋信號101把PWM信號84屏蔽，因此，充電停止。(3)t2 t4時間內，噴油器驅動信號有效，為低電平，同時高壓開放信號83翻轉為高電平，驅動MOSFET管19。按照選缸信號邏輯，先驅動第1缸噴油器(噴油器驅動順序取決於發動機發火順序，這裡僅以1 6順序來進行說明)，儲能電容高壓釋放，電磁閥中的驅動電流迅速上升，電磁閥吸合，噴油器開始噴油。在該過程中，通過採樣噴油器電磁閥電流來控制維持電流大小，為減小比較器域值，加入二階維持控制信號82，共同控制MOSFET管 18。即在t3 t4時間內，維持電流由較高一階維持下降到較低的二階維持。電流波形見圖 4中Ta時刻至Tb時刻，在Tb時刻噴油器電磁閥關閉。(4) t2 t5時間內，延時信號85為高電平，將PWM信號84屏蔽，信號85的有效時間比信號81的有效時間稍長，確保維持電流和充電電流之間有一定時間間隔，避免電流疊加，波形見圖4中Tb時刻至Tc時刻。[0058](5) t5 t6時間內，延遲信號85跳變為低電平，PWM信號84開始驅動MOSFET管 14，電磁閥34低端產生反向電動勢給電容41充電，直到電容41電壓達到設定值。這段時間內，充電效率至關重要，確保發動機在高轉速工況下也能正常工作，因此，在t6時刻之前某時刻就必須完成充電，電流波形見圖4中Tc時刻至Td時刻。(6) t6 t7時間內，第2缸完成噴射動作，並且完成給電容41的充電任務，控制過程與前一缸完全類似。(7) t7 t8時間內，第3缸完成噴射動作，並且完成給電容41的充電任務，控制過程與前一缸類似。 (8) t8 t9時間內，第4缸完成噴射動作，並且完成給電容41的充電任務，控制過程與前一缸類似。(9)t9 t1(1時間內，第5缸完成噴射動作，並且完成給電容41的充電任務，控制過程與前一缸類似。(10) t10 tn時間內，第6缸完成噴射動作，並且完成給電容41的充電任務，控制過程與前一缸類似。、 t2時亥lj，噴油器電磁閥31僅起充電作用，電磁閥沒有被驅動，因此無燃油噴射過程，t2時刻至tn時刻代表完整的工作循環。假設充電電磁閥為第1缸，則在電控單元斷電時記錄充電序號1，當電控單元再次上電時，第2缸電磁閥擔任充電任務，當電控單元斷電時記錄充電序號2，若再次上電則第3缸電磁閥擔任充電任務，依此類推，直至所有電磁閥完成一輪後再從第1缸電磁閥開始，這樣可確保所有電磁閥的工作負荷均衡，提高了噴射系統的可靠性。圖4為噴油器電流驅動波形(以第二缸噴油器為例)，在、 、時間內，第二缸噴油器完成一個完整的工作過程。圖中的信號是MOSFET管12的柵極驅動信號，在Ta Tb 時間內，噴油器完成高壓噴射，一階電流維持和二階電流維持，在燃油噴射過程中，電容41 中高壓釋放，使得流經噴油器電磁閥32中的電流迅速上升，達到規定的峰值電流時，該電磁閥獲得較大電磁力而開啟，而後通過採樣電阻53測量電磁閥迴路電流，通過電流維持電路A控制電磁閥高端是否加車載蓄電池電壓，預先設定的電流波形維持在兩個水平，一個較高，一個較低。噴油器驅動結束後，電磁閥關閉，噴射動作完成。在Tb Tc時間內，由於延遲信號85的作用，噴油器不做任何動作；在Tc Td時間內，噴油器電磁閥32進入充電功能狀態，電容41接比較器電路C，並設定目標充電電壓，當電容上電壓達到設定值，反饋信號101把PWM信號84屏蔽掉。由此可見本實施例具有以下優點從實際應用角度出發，並確保在發動機高轉速下，電控單元的充電效率能夠滿足要求。只用一個車載蓄電池，系統第一次噴射所需高壓是由噴油器電磁閥產生的反向電動勢給電容充電所得。本技術利用噴油器電磁閥的儲能作用產生驅動高壓，柴油機電控單元的充電電路和電控噴油器中的電磁閥低端控制電路集成在一起。且PWM信號頻率較低，流經電感的信號交流分量較少，從而大大減少了電磁幹擾，符合電磁兼容性的設計原則，由於MOSFET管的工作頻率低，發熱少，因而不影響其使用壽命。
權利要求1.一種柴油機噴油系統電磁閥驅動電路，是一種單電源的集成式驅動電路，其特徵在於將柴油機電控單元的充電電路和電控噴油器的電磁閥低端控制電路集成在一起，共同實現柴油機噴油系統控制；驅動電路用噴油器電磁閥線圈的儲能作用產生驅動高壓，驅動電路包括電磁閥高端控制電路、電磁閥低端控制電路、儲能電容電路、邏輯控制電路，其中電磁閥高端控制電路包括三個模塊電壓Vbat控制電路模塊、維持電流電路模塊、高壓開放電路模塊。
2.根據權利要求1所述的柴油機噴油系統電磁閥驅動電路，其特徵在於，其中所述的電磁閥高端控制電路的三個模塊中，都分別包括一個MOSFET管和一個保護二極體，且保護二極體的陽極接MOSFET管的一端，陰極接六隻電磁閥的高端。
3.根據權利要求1所述的柴油機噴油系統電磁閥驅動電路，其特徵在於，其中所述的驅動高壓具有反饋控制信號，在達到規定的驅動高壓後控制邏輯電路自動切斷PWM信號。
4.根據權利要求3所述的柴油機噴油系統電磁閥驅動電路，其特徵在於，其中所述的控制邏輯電路中，一個或門的輸出端與另外一個或門的輸入端相連，另外一個或門的輸出端接與非門的輸入端，與非門的輸出端接專用晶片的控制端，專用晶片的六路信號輸出端分別與六路MOSFET管的柵極相連。
5.根據權利要求3所述的柴油機噴油系統電磁閥驅動電路，其特徵在於，其中所述的控制信號包含一路延時信號，在噴射驅動和充電工作之間留有間隔，確保噴油器電磁閥不發生誤動作。
專利摘要本實用新型涉及一種柴油機噴油系統電磁閥驅動電路。其主要技術特徵在於將柴油機電控單元的充電電路和電控噴油器的電磁閥低端控制電路集成在一起，共同實現柴油機噴油系統控制；驅動電路用噴油器電磁閥線圈的儲能作用產生驅動高壓，驅動電路包括電磁閥高端控制電路、電磁閥低端控制電路、儲能電容電路、邏輯控制電路，其中電磁閥高端控制電路包括三個模塊電壓Vbat控制電路模塊、維持電流電路模塊、高壓開放電路模塊。
文檔編號F02D41/04GK202165166SQ20102065792
公開日2012年3月14日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者丁珏, 周樹豔, 宋國民, 黃城健 申請人:中國第一汽車集團公司無錫油泵油嘴研究所