CN102966452A

CN102966452A - 电磁阀驱动方法和装置

Info

Publication number: CN102966452A
Application number: CN2012105067102A
Authority: CN
Inventors: 朱晓明; 曾伟; 宋国民; 黄城健; 刘文辉; 张爱云
Original assignee: Wuxi Fuel Pump and Nozzle Research Institute of China FAW Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102966452B

Abstract

本发明提供一种电磁阀驱动方法，包括以下步骤，在电磁阀的开启阶段，电磁阀仅从高压源中多次获取确保电磁阀开启所需的开启电流，电磁阀开启稳定以后，经过第一过渡阶段，在保持阶段电磁阀从蓄电池获取维持电磁阀保持开启状态的维持电流，经过第二过渡阶段，电磁阀关闭。本发明还提供一种电磁阀驱动装置，包括蓄电池、高压源、蓄电池开关、高压开关、选通开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、采样电阻。本发明用于内燃机燃油喷射系统中的电磁阀的驱动。

Description

电磁阀驱动方法和装置

技术领域

本发明涉及电控器件的驱动方法和装置，尤其是内燃机燃油喷射系统中的电磁阀的驱动方法和电磁阀驱动装置。

背景技术

在内燃机燃油喷射系统中，电磁阀的驱动电流是一个复杂的多段式波形，且其开启动作非常关键，直接影响燃油喷射系统的性能。如图1所示，在电磁阀开启阶段，通常为快速开启电磁阀，首先需要从额外的高压源获取急剧的开启电流I_boost；然后再切换到蓄电池，并仍然需要供给电磁阀该较大的电流以保证电磁阀的稳定开启。保持电流I_hold用于在保持阶段维持电磁阀开启。

中国专利CN101477870，其方案在电磁阀开启阶段，当电磁阀驱动从高压切换到蓄电池时，如果蓄电池电压太低（如在冷启动环境时，蓄电池电压会跌落很多），此时流过电磁阀的电流会下降很快，电磁阀中的电流I<I_boost，如图1中的粗虚线，从而不能保证电磁阀的可靠开启。

中国专利CN1651742设计的高压源依赖于电磁阀的工作，不仅驱动时序复杂，且不利于设置间隔较短的多次喷射。

发明内容

本发明提出一种电磁阀的驱动方法和实施该方法的装置，在电磁阀开启阶段不再从蓄电池获取较大的一阶保持电流I_hold1，电磁阀仅从高压源中多次获取确保电磁阀开启所需的开启电流，从而可以不受蓄电池电压的变小的影响，始终利用高压源来确保电磁阀开启阶段所需的大电流，保证电磁阀的可靠开启，因而在蓄电池电压变小时（尤其是冷启动环境），能够实现电磁阀的可靠开启动作。等过渡到电磁阀保持阶段，才从蓄电池获取电流。另外，在电磁阀从开启阶段过渡到保持阶段（第一过渡阶段T2），以及电磁阀从保持阶段过渡到关闭阶段（第二过渡阶段T4），电磁阀会向高压源释放电磁阀自身因电流变化而产生的感应能量，避免了上述两个过渡阶段能量的白白浪费。本发明采用的技术方案是：

一种电磁阀驱动方法，包括以下步骤，在电磁阀的开启阶段，电磁阀仅从高压源中多次获取确保电磁阀开启所需的开启电流，电磁阀开启稳定以后，经过第一过渡阶段，在保持阶段电磁阀从蓄电池获取维持电磁阀保持开启状态的维持电流，经过第二过渡阶段，电磁阀关闭。

进一步地，在所述第一过渡阶段和第二过渡阶段中，电磁阀向高压源释放电磁阀自身因电流变化而产生的感应能量。

进一步地，所述从高压源中多次获取电磁阀开启所需的开启电流I_boost，此步骤中获取开启电流I_boost的次数与电磁阀的工况相适配。

一种电磁阀驱动装置，包括蓄电池、高压源（其中高压源由额外的充电电路产生），还包括蓄电池开关、高压开关、选通开关、第一二极管、第二二极管、第三二极管、采样电阻；蓄电池负极接地，蓄电池的正极连接蓄电池开关的漏极，蓄电池开关的栅极接蓄电池高端信号，蓄电池开关的源极连接第一二极管的正极；第一二极管的负极、第二二极管的负极、高压开关的源极、电磁阀的一端连接在同一个节点；第二二极管的正极接地；高压开关的漏极连接第三二极管的负极和高压源的正极，高压开关的栅极接高压高端信号；第三二极管的正极连接电磁阀的另一端以及选通开关的漏极；选通开关的源极与地之间串联一个采样电阻，选通开关的栅极接低端信号；高压源的负极接地。

在电磁阀的开启阶段，蓄电池开关关闭，选通开关导通，高压开关依次导通、关闭循环数次；高压开关导通期间，电流从高压源正极流出，经过高压开关、电磁阀、选通开关、采样电阻、高压源负极形成电流回路，高压开关第一个导通周期内电流增大形成开启电流；高压开关关闭期间，电磁阀中的开启电流经过选通开关和采样电阻，并通过第二二极管流回电磁阀L。

电磁阀开启稳定以后，经过第一过渡阶段；在保持阶段，高压开关关闭，选通开关导通，蓄电池开关依次导通、关闭循环多次；蓄电池开关导通期间，维持电流从蓄电池正极流出，通过蓄电池开关、第一二极管流到电磁阀，并经过选通开关和采样电阻形成电流回路；蓄电池开关关闭期间，电磁阀中的维持电流经过选通开关和采样电阻，并通过第二二极管流回电磁阀。

在第一过渡阶段和第二过渡阶段，高压开关关闭，选通开关关闭，电磁阀自身因电流变化而产生的感应能量通过第三二极管快速释放到高压源中。

所述蓄电池开关、高压开关和选通开关为场效应管。

本发明的优点：

1.在电磁阀开启阶段电磁阀仅从高压源中多次获取确保电磁阀开启所需的开启电流，不受蓄电池电压变低的影响。且从高压源中释放大电流的次数可以根据电磁阀的工况选择，从而更加有效的利用高压能量，并保证电磁阀的可靠开启，实现电磁阀每次驱动性能的一致性。

2.在电磁阀驱动电流的两个过渡阶段电磁阀向高压源释放能量，可以减少能量损耗，同时降低高压源的充电频率，即减少EMC干扰，且所需的高压储能电容只需要小容量，即可以降低生产成本。

附图说明

图1为现有技术中电磁阀驱动方法的示意图。

图2为本发明电磁阀驱动方法的示意图。

图3为本发明电磁阀驱动装置。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图2、图3所示：

一种电磁阀驱动方法，包括以下步骤，在电磁阀的开启阶段T1，电磁阀L仅从高压源中多次获取确保电磁阀开启所需的开启电流I_boost，电磁阀L开启稳定以后，经过第一过渡阶段T2，在保持阶段T3电磁阀L从蓄电池获取维持电磁阀保持开启状态的维持电流I_hold，经过第二过渡阶段T4，电磁阀L关闭。

进一步地，在所述第一过渡阶段T2和第二过渡阶段T4中，电磁阀L向高压源释放电磁阀自身因电流变化而产生的感应能量。

进一步地，所述从高压源中多次获取电磁阀开启所需的开启电流I_boost，此步骤中获取开启电流I_boost的次数与电磁阀L的工况相适配。

一种电磁阀驱动装置，包括蓄电池、高压源（其中高压源由额外的充电电路产生），还包括蓄电池开关M1、高压开关M2、选通开关M3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、采样电阻R；蓄电池负极接地，蓄电池的正极连接蓄电池开关M1的漏极，蓄电池开关M1的栅极接蓄电池高端信号HS，蓄电池开关M1的源极连接第一二极管D1的正极；第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、高压开关M2的源极、电磁阀L的一端连接在同一个节点；第二二极管D2的正极接地；高压开关M2的漏极连接第三二极管D3的负极和高压源的正极，高压开关M2的栅极接高压高端信号BS；第三二极管D3的正极连接电磁阀L的另一端以及选通开关M3的漏极；选通开关M3的源极与地之间串联一个采样电阻R，选通开关M3的栅极接低端信号LS；高压源的负极接地。

在电磁阀的开启阶段T1，蓄电池开关M1关闭，选通开关M3导通，高压开关M2依次导通、关闭循环数次；高压开关M2导通期间，电流从高压源正极流出，经过高压开关M2、电磁阀L、选通开关M3、采样电阻R、高压源负极形成电流回路，高压开关M2第一个导通周期内电流增大形成开启电流I_boost；高压开关M2关闭期间，电磁阀L中的开启电流I_boost经过选通开关M3和采样电阻R，并通过第二二极管D2流回电磁阀L，电流缓慢变小。

电磁阀L开启稳定以后，经过第一过渡阶段T2；在保持阶段T3，高压开关M2关闭，选通开关M3导通，蓄电池开关M1依次导通、关闭循环多次；蓄电池开关M1导通期间，维持电流I_hold从蓄电池正极流出，通过蓄电池开关M1、第一二极管D1流到电磁阀L，并经过选通开关M3和采样电阻R形成电流回路；蓄电池开关M1关闭期间，电磁阀L中的维持电流I_hold经过选通开关M3和采样电阻R，并通过第二二极管D2流回电磁阀L，电流缓慢变小。

在第一过渡阶段T2和第二过渡阶段T4，高压开关M2关闭，选通开关M3关闭，电磁阀L自身因电流变化而产生的感应能量通过第三二极管D3快速释放到高压源中。

所述蓄电池开关M1、高压开关M2和选通开关M3为场效应管。

以下结合附图详细说明本电磁阀驱动方法和电磁阀驱动装置的工作原理和过程。

电磁阀开启阶段T1中主要的工作过程如下：在电磁阀的开启阶段T1，蓄电池开关M1关闭，选通开关M3导通，高压开关M2依次导通、关闭循环数次；高压开关M2导通期间，电流从高压源正极流出，经过高压开关M2、电磁阀L、选通开关M3、采样电阻R、高压源负极形成电流回路，高压开关M2第一个导通周期内电流增大形成开启电流I_boost；高压开关M2关闭期间，电磁阀L中的开启电流I_boost经过选通开关M3和采样电阻R，并通过第二二极管D2流回电磁阀L。

电磁阀开启阶段T1的详细工作过程如下所述：在电磁阀开启阶段T1，蓄电池高端信号HS无效，蓄电池开关M1关闭；低端信号LS有效，选通开关M3导通；高压高端信号BS有效、无效循环数次，因此高压开关M2依次导通、关闭循环数次；高压开关M2第一个导通周期内，高压高端信号BS有效，高压源中的电流通过高压开关M2流到电磁阀L，并经过选通开关M3和采样电阻R形成电流回路，在很短时间内电流增大到足以开启电磁阀的开启电流I_boost。当采样电阻R检测到电流幅值达到电磁阀开启电流I_boost的上限值时，高压高端信号BS变为无效，高压开关M2关闭，此时电磁阀L中的电流经过选通开关M3和采样电阻R，并通过第二二极管D2流回电磁阀L，电流就缓慢变小。当采样电阻R检测到电流幅值降低到电磁阀开启电流I_boost的下限值时，高压高端信号BS变为有效，高压开关M2又导通，此时高压源中的电流又一次通过高压开关M2流到电磁阀L，并经过选通开关M3和采样电阻R形成电流回路，电磁阀L中的电流又开始增大。如此循环，电磁阀L中的电流在电磁阀开启电流I_boost的上下限值之间调节，从而确保电磁阀L处于开启状态。其中，高压开关M2导通、关闭循环次数，可以根据电磁阀L的工况灵活调整，为了保证电磁阀L的可靠开启，一般应多于一次。

在电磁阀L开启稳定以后，即进入第一过渡阶段T2。根据工况判断电磁阀L稳定开启后，电磁阀L的驱动电流就可以较小的电流值维持电磁阀开启，这样能减小能量的消耗，并能加快电磁阀L最后的关闭速度。电磁阀驱动电流达到最后一个电磁阀开启电流I_boost上限值以后，高压高端信号BS变为无效，并且接下来一直无效，高压开关M2处于关闭状态，电磁阀中的电流逐渐减小。如果低端信号LS仍旧有效，那么选通开关M3依然会导通，电磁阀自身因电流变化而产生的感应能量就会通过选通开关M3、采样电阻R、第二二极管D2构成的回路消耗掉一部分，而不能够都通过第三二极管D3释放到高压源中。因此，当高压高端信号BS变为无效时，低端信号LS同时变为无效，那么高压开关M2和选通开关M3同时关闭，电磁阀自身因电流变化而产生的感应能量就不再流过选通开关M3，只能通过第三二极管D3释放到高压源中，电流变化的过渡过程也很短。图2中，在第一过渡阶段T2，用斜线标注面积部分的感应能量可以补充高压源的能量，从而更加有利于电磁阀L的多次喷射。其中，低端信号LS的无效时间由电磁阀L的电气参数特性决定。

电磁阀保持阶段T3中主要的工作过程如下：在保持阶段T3，高压开关M2关闭，选通开关M3导通，蓄电池开关M1依次导通、关闭循环多次；蓄电池开关M1导通期间，维持电流I_hold从蓄电池正极流出，通过蓄电池开关M1、第一二极管D1流到电磁阀L，并经过选通开关M3和采样电阻R形成电流回路；蓄电池开关M1关闭期间，电磁阀L中的维持电流I_hold经过选通开关M3和采样电阻R，并通过第二二极管D2流回电磁阀L。

电磁阀保持阶段T3的详细工作过程如下所述，在保持阶段T3：当电磁阀中的电流逐渐下降到维持电流I_hold时，低端信号LS变为有效，选通开关M3导通，而为了使驱动电磁阀L的电流良好的过渡（从高压源供电到蓄电池供电），通常蓄电池高端信号HS转变为有效的时刻要早于低端信号LS变为有效的时刻。在整个保持阶段T3，高压高端信号BS无效，高压开关M2始终处于关闭状态；低端信号LS变为有效，选通开关M3导通；蓄电池高端信号HS有效、无效循环多次，因此蓄电池开关M1依次导通、关闭循环多次。蓄电池开关M1导通周期内，蓄电池中的电流通过蓄电池开关M1、第一二极管D1流到电磁阀L，并经过选通开关M3和采样电阻R形成电流回路，从而得到维持电流I_hold。当采样电阻R检测到电流幅值达到电磁阀维持电流I_hold的上限值时，蓄电池高端信号HS变为无效，蓄电池开关M1关闭，此时电磁阀L中的电流经过选通开关M3和采样电阻R，并通过第二二极管D2流回电磁阀L，电流就缓慢变小。当采样电阻R检测到电流幅值降低到电磁阀维持电流I_hold的下限值时，蓄电池高端信号HS变为有效，蓄电池开关M1再一次导通。此时蓄电池中的电流再一次通过蓄电池开关M1、第一二极管D1流到电磁阀L，并经过选通开关M3和采样电阻R形成电流回路，电磁阀L中的电流又开始增大。如此循环，电磁阀L中的电流在电磁阀维持电流I_hold的上下限值之间调节，从而维持电磁阀L处于开启状态。

第二过渡阶段T4：当根据工况判断电磁阀可以关闭时，低端信号LS变为无效，选通开关M3关闭，电磁阀L自身因电流变化而产生的感应能量就会再一次通过第三二极管D3快速释放到高压源中，感应能量又一次补充高压源能量，避免白白浪费。蓄电池高端信号HS可以在低端信号LS变为无效的同时变为无效，也可以稍微延迟一些变为无效。经过第二过渡阶段T4，电磁阀L彻底关闭。

Claims

1.一种电磁阀驱动方法，其特征是：包括以下步骤，在电磁阀的开启阶段(T1)，电磁阀(L)仅从高压源中多次获取确保电磁阀开启所需的开启电流(I_boost)，电磁阀(L)开启稳定以后，经过第一过渡阶段(T2)，在保持阶段(T3)电磁阀(L)从蓄电池获取维持电磁阀保持开启状态的维持电流(I_hold)，经过第二过渡阶段(T4)，电磁阀(L)关闭。

2.如权利要求1所述的电磁阀驱动方法，其特征是：在第一过渡阶段(T2)和第二过渡阶段(T4)，电磁阀(L)向高压源释放电磁阀自身因电流变化而产生的感应能量。

3.如权利要求1所述的电磁阀驱动方法，其特征是：所述从高压源中多次获取电磁阀开启所需的开启电流(I_boost)，此步骤中获取开启电流(I_boost)的次数与电磁阀L的工况相适配。

4.一种电磁阀驱动装置，包括蓄电池、高压源，其特征在于：还包括蓄电池开关(M1)、高压开关(M2)、选通开关(M3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、采样电阻(R)；蓄电池负极接地，蓄电池的正极连接蓄电池开关(M1)的漏极，蓄电池开关(M1)的栅极接蓄电池高端信号(HS)，蓄电池开关(M1)的源极连接第一二极管(D1)的正极；第一二极管(D1)的负极、第二二极管(D2)的负极、高压开关(M2)的源极、电磁阀(L)的一端连接在同一个节点；第二二极管(D2)的正极接地；高压开关(M2)的漏极连接第三二极管(D3)的负极和高压源的正极，高压开关(M2)的栅极接高压高端信号(BS)；第三二极管(D3)的正极连接电磁阀(L)的另一端以及选通开关(M3)的漏极；选通开关(M3)的源极与地之间串联一个采样电阻(R)，选通开关(M3)的栅极接低端信号(LS)；高压源的负极接地；

在电磁阀的开启阶段(T1)，蓄电池开关(M1)关闭，选通开关(M3)导通，高压开关(M2)依次导通、关闭循环数次；高压开关(M2)导通期间，电流从高压源正极流出，经过高压开关(M2)、电磁阀(L)、选通开关(M3)、采样电阻(R)、高压源负极形成电流回路，高压开关(M2)第一个导通周期内电流增大形成开启电流(I_boost)；高压开关(M2)关闭期间，电磁阀(L)中的开启电流(I_boost)经过选通开关(M3)和采样电阻(R)，并通过第二二极管(D2)流回电磁阀(L)；

电磁阀(L)开启稳定以后，经过第一过渡阶段(T2)；在保持阶段(T3)，高压开关(M2)关闭，选通开关(M3)导通，蓄电池开关(M1)依次导通、关闭循环多次；蓄电池开关(M1)导通期间，维持电流(I_hold)从蓄电池正极流出，通过蓄电池开关(M1)、第一二极管(D1)流到电磁阀(L)，并经过选通开关(M3)和采样电阻(R)形成电流回路；蓄电池开关(M1)关闭期间，电磁阀(L)中的维持电流(I_hold)经过选通开关(M3)和采样电阻(R)，并通过第二二极管(D2)流回电磁阀(L)。

5.如权利要求4所述的电磁阀驱动装置，其特征在于：在第一过渡阶段(T2)和第二过渡阶段(T4)，高压开关(M2)关闭，选通开关(M3)关闭，电磁阀(L)自身因电流变化而产生的感应能量通过第三二极管(D3)释放到高压源中。

6.如权利要求4所述的电磁阀驱动装置，其特征在于：所述蓄电池开关(M1)、高压开关(M2)和选通开关(M3)为场效应管。