一種柴油機電磁閥驅動電路的製作方法

2023-04-30 19:04:31 1

專利名稱：一種柴油機電磁閥驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及柴油機的電控系統，特別是關於柴油機電控系統中的一種柴油機電磁閥驅動電路。
背景技術：
隨著電子技術的發展，發動機的控制方式逐步由原來的機械式轉化為電控(電子 控制)式。例如發動機中的電磁閥，通過電控可以精確、靈活控制柴油機的噴油量和噴射 時間，提高發動機的性能。而電磁閥作為噴射系統的執行器，必須具備延遲短、響應快等特 點，才能滿足柴油機噴射時間短、噴射頻率高等要求。為滿足這一要求，除了需要結構複雜、 加工精密的機械部件外，還需要高效、便捷的驅動方式來調整電磁閥的驅動電流，從而實現 電磁閥快速且準確地開啟和關斷，發揮機械部件的最佳性能。現階段電控柴油機噴油器電磁閥多採用Peak&Hold驅動方式，該方式的工作原理 是初始的Peak階段採用較大的驅動電流，以獲得較大的電磁力，使電磁閥快速動作，從而 縮短了響應時間。Peak階段為獲得較大的驅動電流，通常採用一個顯著高於車載蓄電池電 壓的高壓驅動電源。隨後的Hold階段僅需要一個較小的驅動電流，就可以使電磁閥在一個 較小的電磁力作用下保持運動狀態。Peak&Hold驅動方式的驅動電路和控制方法已經有很 多種，但是它們具有一個共同的缺點，即產生高壓驅動電源所需的能量全部來自於蓄電池， 而且電磁閥驅動電流攜帶的能量全部被洩放掉，不能再重複利用。這樣不但加劇了蓄電池 能量的消耗，而且洩放的驅動電流幾乎都轉化成了熱量，大大增加了驅動系統的熱負荷。

發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠將電磁閥攜帶的能量進行回收利用 的柴油機電磁閥驅動電路。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種柴油機電磁閥驅動電路，它包括 一電磁閥驅動單元和一 DCDC升壓電路；所述電磁閥驅動單元包括若干電磁閥、與所述電磁 閥數目相對應的選通控制三極體和一高壓驅動電源；所述DCDC升壓電路包括一升壓電感、 一儲能電容和一 DCDC控制三極體；其特徵在於還包括一能量回收電路，所述能量回收電 路包括與所述電磁閥驅動單元中電磁閥數目相對應的回收二極體；各所述回收二極體的負 極均連接所述高壓驅動電源的正極，每一所述回收二極體的正極分別對應連接在所述電磁 閥驅動單元中電磁閥的獨立端與所述選通三極體的漏極之間。所述電磁閥驅動單元中的每一選通控制三極體的柵極接收電磁閥選通控制信號， 以控制對應的所述電磁閥的通斷。所述電磁閥完成噴射時，所述電磁閥關斷，所述蓄電池控制三極體導通，所述能量 回收電路中的回收二極體向所述DCDC升壓電路中的儲能電容充電，所述儲能電容為所述 高壓驅動電源升壓。採用反覆導通、關斷所述D⑶C控制三極體的控制方法使經所述D⑶C升壓電路中升壓電感導入所述儲能電容中的電量繼續為所述電磁閥驅動單元中的高壓驅動電源升壓。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、由於本發明新增了一能量回收電路，因此可以利用電磁閥工作完後攜帶的剩餘能量對DCDC(直流/直流)升壓電路中 的儲能電容進行充電，而無需要完全依靠蓄電池驅動電源，這種能量回收的方式降低了蓄 電池的能耗，延長了使用壽命。3、由於本發明電磁閥攜帶的能量用於DCDC儲能電容充電， 因此可以降低在繼流階段產生的熱量，從而降低了驅動電路散熱，改善了發動機控制器的 熱負荷。本發明能夠將電磁閥攜帶的能量進行回收利用，可以應用在採用電磁閥作為執行 器的電控發動機中。


圖1是本發明的電路原理2是本發明實施過程的一實施例
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，現有的柴油機電磁閥驅動電路包括一電磁閥驅動單元1和一 D⑶C升 壓電路2，本發明是在現有的柴油機電磁閥驅動電路中增設一能量回收電路3，以將電磁閥 驅動單元1中的電磁閥攜帶的能量進行回收，並儲存在電磁閥驅動單元1的高壓驅動電源 中。如圖1所示，電磁閥驅動單元1包括若干電磁閥Sn (η = 1 Max)、與電磁閥Sn數目 相對應的選通控制三極體Tta、一採樣電阻RFed、一繼流二極體隊、一高壓驅動電源HPower、 一蓄電池驅動電源BPower、一高壓驅動電源控制三極體Thi、一蓄電池控制三極體Th2和一保
護二極體Dh。電磁閥Sn的數目由發動機具體配置決定，各電磁閥Sn分別對應串連一個選通三極 管 γη。所有電磁閥Sn的一端相連，構成電磁閥公共端Α，每一電磁閥Sn的另一個獨立端接 對應電磁閥Sn的選通三極體Tta的漏極。每一選通三極體Tta的柵極接收電磁閥選通控制 信號Sigta(n = 1 Max)，以控制對應的電磁閥的導通與關斷。選通三極體Tta的源極並聯 組成電磁閥選通三極體公共端B並與採樣電阻Rm —端相連，採樣電阻Rm的另一端接地。 繼流二極體隊正極接地，負極接電磁閥公共端A。高壓驅動電源HPower和蓄電池驅動電源 BPower分別對應高壓驅動電源控制三極體Tm、蓄電池控制三極體TH2。高壓驅動電源控制 三極體Thi的柵極為高壓驅動電源控制端，用於接收高壓驅動電源控制信號SigH1。高壓驅 動電源控制三極體Thi的漏極接高壓驅動電源HPower正極，源極接電磁閥公共端A。蓄電池 控制三極體Th2的柵極為蓄電池控制端，用於接收蓄電池控制信號SigH2。蓄電池控制三極 管Th2的漏極接蓄電池驅動電源BPower正極，源極接保護二極體正極DH，保護二極體Dh的 負極接接電磁閥的公共端A。D⑶C升壓電路2包括一升壓電感Idc、一儲能電容Cdc、一 D⑶C控制三極體Tdc和一 D⑶C 二極體Ddc。升壓電感Idc —端連蓄電池驅動電源BPower正極，另一端接D⑶C控制三 極管Tdc的漏極。儲能電容Cdc —端接高壓驅動電源HPower的正極，另一端接電磁閥選通三 極管公共端B。DCDC控制三極體TD。的柵極為DCDC升壓電路2的控制端，接收DCDC控制信號SigDC。DCDC控制三極體Tdc的漏極接升壓電感Idc—端，源極接電磁閥選通三極體公共端 B。D⑶C 二極體Dlie正極接D⑶C控制三極體TDe的漏極，負極接高壓驅動電源HPower正極。能量回收電路3包括若干並聯的回收二極體DnOi= 1 Max)，回收二極體Dn與電 磁閥Sn的數目相等，且兩者一一對應。每一回收二極體Dn的正極連接在對應電磁閥Sn的 獨立端與選通三極體Tta的漏極之間，負極連接高壓驅動電源HPower的正極。使用本發明對電磁閥攜帶能量的進行回收時1)在上位機中預設蓄電池控制三極體Th2導通的時間，應根據具體情況進行預設， 通常取值範圍是IOus 500us ；蓄電池控制三極體Th2關斷後至D⑶C控制三極體Tdc首次導 通的間隔時間，應根據具體情況進行預設，通常取值範圍是20us lOOOus ；D⑶C控制三極 管Tdc導通和關斷時間，應根據具體情況進行預設，導通時間通常取值範圍是5us 300us， 關斷時間通常取值範圍是Ius IOOus ；以及高壓驅動電源HPower的標準電壓，應根據具 體情況進行預設，通常取值範圍是40V 150V。2)當電磁閥Sn完成噴射時，電磁閥Sn上仍然攜帶能量，即驅動電流處於Hold階 段，並不為O。調整對應該電磁閥Sn的選通三極體Ln柵極的選通控制信號Sigta* 0，使電 磁閥Sn關斷；同時調整蓄電池驅動電源BPower柵極的蓄電池控制信號Sig112為1，使蓄電 池控制三極體Th2導通，此時電磁閥Sn攜帶的能量通過相應的回收二極體Dn向儲能電容Cdc 充電，使高壓驅動電源HPower的電壓不斷上升，持續預設時間後，電磁閥Sn上的驅動電流 減小為0，電磁閥Sn攜帶的能量被儲存在高壓驅動電源HPower。3)調整蓄電池控制三極體Th2柵極的蓄電池控制信號Sig112為0，使蓄電池控制三 極管Th2關斷，持續預設間隔時間，該時間段內高壓驅動電源HPower的電壓始終保持不變。4)調整D⑶C控制三極體Tdc柵極的D⑶C控制信號Sigrc為1，使D⑶C控制三極 管TD。導通，持續預設時間後；調整D⑶C控制信號SigD。為0，使D⑶C控制三極體TD。關斷， 持續預設時間後；調整D⑶C控制信號SigD。為1，使D⑶C控制三極體TD。導通，重複上述過 程，經升壓電感Idc導入儲能電容Cdc中的電量繼續為高壓驅動電源HPower升壓，直至高壓 驅動電源HPower的電壓達到標準電壓。上述反覆導通、關斷D⑶C控制三極體Tdc的控制方 法為常用DCDC升壓電路控制方法，該方法是本領域所公知的，在此不再贅述。下面是使用本發明來回收電磁閥攜帶能量的一具體實施例。如圖2所示，圖2中的A、B、C、D分別指的是高壓驅動電源HPower的電壓、升壓電 感Idc的充電電流、儲能電容CDe的充電電流、電磁閥S1的驅動電流；E對應一電壓值，F對應 設定的標準電壓值；S表示導通，0表示關斷。本實施例中，假設電磁閥S1完成了噴射。tl時亥lj，電磁閥S1噴射結束，其上的驅動電流不為O。然後，調整電磁閥S1選通 控制信號Sigu為0，即對應選通控制三極體Ln關斷，同時調整蓄電池控制信號Sig112為1， 即蓄電池驅動電源BPower導通，電磁閥S1上原有的驅動電流通過能量回收二極體Dn向儲 能電容CDe充電，使高壓驅動電源HPower的電壓不斷上升，直至時刻t2，此時高壓驅動電源 HPower的電壓為圖2中對應的E處。t2時亥lj，電磁閥S1驅動電流降至O。然後，調整蓄電池控制信號Sig112為0，即蓄電 池驅動電源BPower關斷，直至時刻t3，該過程中高壓驅動電源HPower的電壓始終維持在E 處。t3時刻，調整D⑶C控制信號Siglic為1，即D⑶C控制三極體Tdc導通。然後，流經升壓電感Idc的充電電流上升，之後調整D⑶C控制信號Sigrc為0，即D⑶C控制三極體Tdc關斷，升壓電感Idc上原有充電電流通過D⑶C 二極體Dlie向儲能電容CDe充電，使高壓驅動電 源HPower的電壓不斷升高。重複上述過程，直至高壓驅動電源HPower的電壓增長至設定 的標準電壓F處。
權利要求
一種柴油機電磁閥驅動電路，它包括一電磁閥驅動單元和一DCDC升壓電路；所述電磁閥驅動單元包括若干電磁閥、與所述電磁閥數目相對應的選通控制三極體和一高壓驅動電源；所述DCDC升壓電路包括一升壓電感、一儲能電容和一DCDC控制三極體；其特徵在於還包括一能量回收電路，所述能量回收電路包括與所述電磁閥驅動單元中電磁閥數目相對應的回收二極體；各所述回收二極體的負極均連接所述高壓驅動電源的正極，每一所述回收二極體的正極分別對應連接在所述電磁閥驅動單元中電磁閥的獨立端與所述選通三極體的漏極之間。
2 如權利要求1所述的一種柴油機電磁閥驅動電路，其特徵在於所述電磁閥驅動單 元中的每一選通控制三極體的柵極接收電磁閥選通控制信號，以控制對應的所述電磁閥的 通斷。
3.如權利要求1所述的一種柴油機電磁閥驅動電路，其特徵在於所述電磁閥完成噴 射時，所述電磁閥關斷，所述蓄電池控制三極體導通，所述能量回收電路中的回收二極體向 所述DCDC升壓電路中的儲能電容充電，所述儲能電容為所述高壓驅動電源升壓。
4.如權利要求3所述的一種柴油機電磁閥驅動電路，其特徵在於採用反覆導通、關斷 所述DCDC控制三極體的控制方法使經所述DCDC升壓電路中升壓電感導入所述儲能電容中 的電量繼續為所述電磁閥驅動單元中的高壓驅動電源升壓。
全文摘要
本發明涉及一種柴油機電磁閥驅動電路，它包括一電磁閥驅動單元和一DCDC升壓電路；所述電磁閥驅動單元包括若干電磁閥、與所述電磁閥數目相對應的選通控制三極體和一高壓驅動電源；所述DCDC升壓電路包括一儲能電容和一DCDC控制三極體；其特徵在於還包括一能量回收電路，所述能量回收電路包括與所述電磁閥驅動單元中電磁閥數目相對應的回收二極體；各所述回收二極體的負極均連接所述高壓驅動電源的正極，每一所述回收二極體的正極分別對應連接在所述電磁閥驅動單元中電磁閥的獨立端與所述選通三極體的漏極之間。本發明能夠將電磁閥攜帶的能量進行回收利用，可以應用在採用電磁閥作為執行器的電控發動機中。
文檔編號F02D41/30GK101813032SQ201010128059
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月17日 優先權日2010年3月17日
發明者張科勳, 楊福源, 歐陽明高 申請人:清華大學