CN104806369B - 高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法，发动机控制器主机CPU通过结构体数组将多脉冲参数发送到微控制器的参数存储器中，微控制器根据发动机控制器主机CPU发送的结构体数组直接生成包含主脉宽、零脉宽和保持波的优化波，通过优化波驱动喷油器功率驱动模块。本发明在优化波驱动信号作用下，喷油器开启阶段，高、低边驱动单元中的功率管同时打开，此时由高压电源驱动，电流迅速增大到峰值，喷油器电磁阀快速开启；喷油器电磁阀打开之后通过零脉冲使电磁阀线圈L中电流回落，然后由低压电源UL驱动，以70‑90%占空比的PWM保持波维持打开状态持续喷油，从而最终实现对喷油器驱动电流的最佳控制。

Description

高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法

技术领域

本发明涉及高压共轨柴油发动机喷油器，尤其是涉及高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法。

背景技术

为满足更严格的排放法规要求，高压共轨柴油机采用多脉冲燃油喷射等策略来实现不同的燃烧模式和路径，从而实现超低的排放。而对于多脉冲来说每个喷油脉冲都有自己的喷油定时和喷油持续期，而且为了实现喷油器电磁阀的快速打开和及时关闭，每次脉冲都由主脉宽（高电平）、零脉宽（低电平）和保持波（PWM波）组成的优化波来驱动，如果每次喷射脉冲都由中断完成，则复杂的多次喷射就需要多次的中断服务程序处理，对于多缸发动机来说，其实时控制任务也将成倍增加，这必将过多地占用系统中断资源，严重时将影响系统响应的实时性。

发明内容

本发明目的在于提供一种高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法，以满足喷油器高速电磁阀在喷油过程中的响应特性。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法，发动机控制器主机CPU通过结构体数组将多脉冲参数发送到微控制器的参数存储器中，微控制器根据发动机控制器主机CPU发送的结构体数组直接生成包含主脉宽、零脉宽和保持波的优化波，通过所述优化波驱动喷油器功率驱动模块；所述结构体数组是由喷油器第一次喷油定时、第一次喷油脉宽、第一、第二次喷油间隔、第二次喷油脉宽、第二、第三次喷油间隔依次组成；所述喷油器功率驱动模块包括MOS场效应管驱动芯片，所述MOS场效应管驱动芯片的高边脉冲驱动信号输出端HO与对应的高边驱动单元中的功率场效应管Q1的栅极电阻R4连接，所述MOS场效应管驱动芯片的低边脉冲驱动信号输出端LO与对应的低边驱动单元中的功率场效应管Q2的栅极电阻R3连接；所述高边驱动单元中的功率场效应管Q1的漏极与高压电源UH连接，所述高压电源UH通过分压电阻R1与自举二极管D1正极连接，所述自举二极管D1负极与MOS场效应管驱动芯片的高电位输出端Vb连接；所述低边驱动单元中的功率场效应管Q2的漏极与二极管D4正极连接，所述二极管D4负极与高压电源UH连接，低边驱动单元中的功率场效应管Q2的源极经采样电阻R5接电源地；所述喷油器的电磁阀线圈L连接于高边驱动单元中的功率场效应管Q1的源极与低边驱动单元中的功率场效应管Q2的漏极之间；MOS场效应管驱动芯片的低电位输出端Vs与自举电容C1负极、二极管D2正极、二极管D3负极和高边驱动单元中的功率场效应管Q1的源极连接，所述自举电容C1正极与自举二极管D1负极连接，所述二极管D2负极与高边驱动单元中的功率场效应管Q1栅极连接，所述二极管D3正极与低压电源UL连接；

当高、低边主脉宽信号来临时，通过所述MOS场效应管驱动芯片驱动所述高、低边驱动单元中的功率场效应管同时打开，此时喷油器功率驱动模块中的高压电源与低压电源隔离，仅高压电源对喷油器驱动，喷油器电磁阀线圈L中的电流在70-100微秒内上升至峰值，产生电磁力吸合喷油器衔铁打开喷孔开始喷油；当零脉宽信号来临时，高、低边驱动单元中的功率场效应管同时关闭，此时喷油器电磁阀线圈L中的电流回落至8-12安培；当所述保持波信号来临时，所述低压电源开始驱动喷油器电磁阀线圈L；当所述保持波信号结束时，喷油器电磁阀线圈L中的电流通过低压电源和高压电源构成钳压放电回路，使喷油器电磁阀线圈L的电流在5-10微秒内降低至2安培以下，喷油器关闭喷油结束；从而最终实现对喷油器电磁阀线圈L驱动电流的最佳控制。

所述低边驱动单元中的功率场效应管Q2的源极通过由放大电路、比较电路组成的检测单元与所述微控制器的采样信号输入端连接。

本发明优点在于在所述优化波驱动信号作用下，喷油器开启阶段，所述高、低边驱动单元中的功率管同时打开，此时由高压电源UH驱动，电流迅速增大到峰值，喷油器电磁阀快速开启；喷油器电磁阀打开之后通过零脉冲使电磁阀线圈L中电流回落，然后由低压电源UL驱动，以70-90%占空比的PWM保持波维持打开状态持续喷油，从而最终实现对喷油器驱动电流的最佳控制。

附图说明

图1是本发明所述喷油器功率驱动模块的电路原理结构示意图。

图2是本发明所述峰值和保持驱动方式的驱动电流I随时间t变化的波形图。

图3是本发明所述优化波的逻辑时序波形图。

具体实施方式

本发明所述的高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法，发动机控制器主机采用飞思卡尔公司含有eTPU(增强型定时处理单元)模块的CPU（例如采用MCF5235或者MPC5634）通过结构体数组将多脉冲参数发送到图1中微控制器1（微控制器1为MCF5233；其内部嵌有eTPU；eTPU为自带处理器内核和单独存储器的可编程I/O端口控制器。）的参数存储器中，微控制器1根据发动机控制器主机CPU发送的结构体数组直接生成如图3所示包含主脉宽、零脉宽和保持波的优化波（图3中，Tm为主脉冲宽度；Ti为零脉宽，即主脉冲与PWM保持波的间隔时间；Tp为PWM保持波持续时间；k为PWM保持波的频率；f为PWM保持波的占空比；Ta为优化波的波长），通过所述优化波驱动喷油器功率驱动模块；多脉冲结构体数组是由喷油器第一次喷油定时、第一次喷油脉宽、第一、第二次喷油间隔、第二次喷油脉宽、第二、第三次喷油间隔依次组成。

如图1所示，喷油器功率驱动模块包括MOS场效应管驱动芯片2、高边驱动单元3和低边驱动单元4；MOS场效应管驱动芯片2的高、低边脉冲驱动信号输出端HO、LO分别与对应的高、低边功率场效应管Q1、Q2的栅极电阻R4、R3连接；高边功率场效应管Q1的漏极与高压电源UH连接，高压电源UH通过分压电阻R1与自举二极管D1正极连接，自举二极管D1负极与MOS场效应管驱动芯片的高电位输出端Vb连接；低边功率场效应管Q2的漏极与二极管D4正极连接，二极管D4负极与高压电源UH连接，低边功率场效应管Q2的源极经采样电阻R5接电源地；喷油器的电磁阀线圈L连接于高边功率场效应管Q1的源极与低边功率场效应管Q2的漏极之间；MOS场效应管驱动芯片2的低电位输出端Vs与自举电容C1负极、二极管D2正极、二极管D3负极和高边功率场效应管Q1的源极连接，自举电容C1正极与自举二极管D1负极连接，二极管D2负极与高边功率场效应管Q1栅极连接，二极管D3正极与低压电源UL连接；低边功率场效应管Q2的源极通过由放大电路、比较电路组成的检测单元5与微控制器1的采样信号输入端连接。

如图2、3所示，当高、低边主脉宽Tm信号来临时，通过MOS场效应管驱动芯片2驱动高、低边驱动单元3、4中的高、低边功率场效应管Q1、Q2同时打开，此时喷油器功率驱动模块中的高压电源UH与低压电源UL通过二极管D3隔离，仅高压电源UH对喷油器驱动，喷油器电磁阀线圈L中的电流在70-100微秒内上升至峰值If（20-30A），产生电磁力吸合喷油器衔铁打开喷孔开始喷油；当零脉宽Ti信号来临时，高、低边驱动单元3、4中的高、低边功率场效应管Q1、Q2同时关闭，此时喷油器电磁阀线圈L中的电流回落至8-12安培，即为保持电流Iw；当PWM保持波信号来临时，低压电源UL开始驱动喷油器电磁阀线圈L；当PWM保持波信号结束时，喷油器电磁阀线圈L中的电流通过低压电源UL、二极管D3、二极管D4和高压电源UH构成钳压放电回路，使喷油器电磁阀线圈L中的电流在5-10微秒内降低至2安培以下，喷油器关闭喷油结束；从而最终实现对喷油器电磁阀线圈L驱动电流的最佳控制。

本发明喷油器功率驱动模块的工作原理简述如下：

如图1所示，高压电源UH为直流48V，低压电源UL为直流36伏，由高压电源UH分压后得到。在喷油器不喷油时，即MOS场效应管驱动芯片2的HIN端和LIN端输入为低电平时，MOS场效应管驱动芯片2的低电位输出端Vs的电压是24V而高电位输出端Vb是36V，此时，36V经自举二极管D1给自举电容C1充电到36V，这时自举电容C1等效于一个电压源。

当喷油时，MOS场效应管驱动芯片2的HIN端和LIN端输入如图3所示的优化波，MOS场效应管驱动芯片2HIN端的输入控制信号经高压电平位移后转换为浮置电位的高边脉冲驱动信号，经高边脉冲驱动信号输出端HO输出；由于MOS场效应管的一个重要特点就是电容输入特性，也就是通过提供一定电荷给栅极（也即栅极和源极维持一定电势差）而导通，而不是通过连续电流导通。此时，自举电容C1上的电荷经电阻R1给高边功率场效应管Q1提供栅电荷，则高边功率场效应管Q1导通，导通后高边功率场效应管Q1的源级电压等于漏极电压，也即Vs=48V，二极管D2截止，由于自举电容C1两端的电压不能突变，因此Vb端的电位突升为48V+12V=60V，自举二极管D1截止。自举电容C1作为一个浮动的电源继续驱动高边功率场效应管Q1，当高边脉冲驱动信号结束后，高边功率场效应管Q1的栅极电荷经电阻R4释放而关闭，低压电源UL经自举二极管D1给自举电容C1充电，迅速给自举电容C1补充电荷。这种自举供电方式就是利用MOS场效应管驱动芯片U2的低电位输出端Vs的电平在高、低电平之间不停地浮动来实现的。

MOS场效应管驱动芯片2 的LIN端输入控制信号时，经MOS场效应管驱动芯片2内部的施密特触发器、或非门和反向器后输入到MOS场效应管驱动芯片U2的低边脉冲驱动信号输出端LO，驱动低边功率场效应管Q2的栅极。当低边脉冲驱动信号输出端LO为高电平时，电阻R3给低边功率场效应管Q2提供栅电荷，驱动低边功率场效应管Q2导通，保持喷油器打开状态继续喷油；当低边脉冲驱动信号输出端LO为低电平和低边脉冲驱动信号结束后，低边功率场效应管Q2栅电荷经经电阻R3释放而关闭，完成一次喷油。

Claims (2)

1.一种高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法，其特征在于：发动机控制器主机CPU通过结构体数组将多脉冲参数发送到微控制器（1）的参数存储器中，微控制器（1）根据发动机控制器主机CPU发送的结构体数组直接生成包含主脉宽、零脉宽和保持波的优化波，通过所述优化波驱动喷油器功率驱动模块；所述结构体数组是由喷油器第一次喷油定时、第一次喷油脉宽、第一、第二次喷油间隔、第二次喷油脉宽、第二、第三次喷油间隔依次组成；所述喷油器功率驱动模块包括MOS场效应管驱动芯片（2），所述MOS场效应管驱动芯片（2）的高边脉冲驱动信号输出端HO与对应的高边驱动单元（3）中的功率场效应管Q1的栅极电阻R4连接，所述MOS场效应管驱动芯片（2）的低边脉冲驱动信号输出端LO与对应的低边驱动单元（4）中的功率场效应管Q2的栅极电阻R3连接；所述高边驱动单元（3）中的功率场效应管Q1的漏极与高压电源UH连接，所述高压电源UH通过分压电阻R1与自举二极管D1正极连接，所述自举二极管D1负极与MOS场效应管驱动芯片的高电位输出端Vb连接；所述低边驱动单元（4）中的功率场效应管Q2的漏极与二极管D4正极连接，所述二极管D4负极与高压电源UH连接，低边驱动单元（4）中的功率场效应管Q2的源极经采样电阻R5接电源地；所述喷油器的电磁阀线圈L连接于高边驱动单元（3）中的功率场效应管Q1的源极与低边驱动单元（4）中的功率场效应管Q2的漏极之间；MOS场效应管驱动芯片（2）的低电位输出端Vs与自举电容C1负极、二极管D2正极、二极管D3负极和高边驱动单元（3）中的功率场效应管Q1的源极连接，所述自举电容C1正极与自举二极管D1负极连接，所述二极管D2负极与高边驱动单元（3）中的功率场效应管Q1栅极连接，所述二极管D3正极与低压电源UL连接；

当高、低边主脉宽信号来临时，通过所述MOS场效应管驱动芯片（2）驱动所述高、低边驱动单元（3、4）中的功率场效应管同时打开，此时喷油器功率驱动模块中的高压电源与低压电源隔离，仅高压电源对喷油器驱动，喷油器电磁阀线圈L中的电流在70-100微秒内上升至峰值，产生电磁力吸合喷油器衔铁打开喷孔开始喷油；当零脉宽信号来临时，高、低边驱动单元（3、4）中的功率场效应管同时关闭，此时喷油器电磁阀线圈L中的电流回落至8-12安培；当所述保持波信号来临时，所述低压电源开始驱动喷油器电磁阀线圈L；当所述保持波信号结束时，喷油器电磁阀线圈L中的电流通过低压电源和高压电源构成钳压放电回路，使喷油器电磁阀线圈L的电流在5-10微秒内降低至2安培以下，喷油器关闭喷油结束；从而最终实现对喷油器电磁阀线圈L驱动电流的最佳控制。

2.根据权利要求1所述的高压共轨柴油发动机喷油器多脉冲喷射控制方法，其特征在于：所述低边驱动单元（4）中的功率场效应管Q2的源极通过由放大电路、比较电路组成的检测单元（5）与所述微控制器的采样信号输入端连接。