CN108196147A - 基于电流检测的燃气喷射阀检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷射阀检测技术领域，实施例具体公开一种基于电流检测的燃气喷射阀检测装置及检测方法。该燃气喷射阀检测装置包括：燃气喷射阀驱动模块、燃气喷射阀电流采集模块和控制器模块，燃气喷射阀驱动模块和燃气喷射阀电流采集模块分别与燃气喷射阀连接，控制器模块与燃气喷射阀电流采集模块连接。本申请提供的燃气喷射阀检测装置及检测方法，采用的电流检测方法是直接检测燃气喷射阀本身特性，准确度高，一致性好，更能真实的体现燃气喷射阀的基本性能，而且测试结构简单，只需要外部驱动燃气喷射阀正常工作即可。通过电流变化去反映燃气喷射阀特性的方法，更方便在各大生产厂家树立一个统一的实验标准，也更容易被使用者认可。

Description

基于电流检测的燃气喷射阀检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及喷射阀检测技术领域，具体涉及一种基于电流检测的燃气喷射阀检测装置及检测方法。

背景技术

燃气电磁阀作为一种可靠的能够控制气体流动的执行器件，广泛的应用于工业生产，汽车发动机系统以及航天航空推进系统中。通常我们关注的燃气喷射阀技术指标包括燃气喷射阀开启时间和燃气喷射阀关断时间，这是燃气喷射阀两个核心性能指标，直接体现燃气喷射阀的性能优劣。

现有对燃气喷射阀开启时间、燃气喷射阀关断时间性能测试，普遍采用气压法。通过对燃气喷射后端压力变化的采集，去反映燃气喷射阀的响应时间。但是这是一种间接的测试方法，在各大生产厂家没有统一明确的实验测试标准情况下，所测试的结果很难有权威性和可靠性。并且采用气压法测试燃气喷射阀的技术指标，结构比较复杂，管路需要提供一定值的气压，后端还需要一个专门设计的气压变化采集容腔，这就给测试造成了一定局限性和复杂性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，该检测装置直接检测燃气喷射阀本身特性，准确度高，一致性好，更能真实的体现燃气喷射阀的基本性能，而且测试结构简单，只需要喷射阀正常工作即可检测。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，包括：燃气喷射阀驱动模块、燃气喷射阀电流采集模块和控制器模块，所述燃气喷射阀驱动模块和所述燃气喷射阀电流采集模块分别与所述燃气喷射阀连接，所述控制器模块与所述燃气喷射阀电流采集模块连接。

更优地，所述燃气喷射阀驱动模块包括：

低位开关：包括第一端子、第二端子和第三端子，第一端子连接低位驱动电源，第二端子与燃气喷射阀的激励线圈一端连接，第三端子接地；

高位开关：包括第四端子、第五端子和第六端子，第四端子与第一二极管负极连接，第一二极管正极与低位开关的第二端子连接，第五端子连接外接电源，第六端子通过第一电阻与三极管集电极连接，三极管发射极接地，三极管基集通过第二电阻与高位驱动电源连接；

续流器：包括并联的第二二极管和第三电阻，并联后的一端与第一二极管的负极连接，另一端与高位开关的第六端子连接，其中，第二二极管的负极与第一二极管的负极连接。

更优地，所述燃气喷射阀电流采集模块包括：

第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、电流监控芯片和第一电容，其中，第三电阻一端分别与燃气喷射阀的激励线圈一端和第四电阻一端连接，第四电阻另一端与电流监控芯片的负输入端连接，第三电阻另一端分别与电流监控芯片的正输入端和外接电源连接，电流监控芯片的输出端分别与第五电阻一端和第六电阻一端连接，第五电阻另一端通过第一电容接地，第五电阻另一端还与输出端连接，第六电阻另一端接地。

更优地，燃气喷射阀检测装置还包括数据输出模块，所述数据输出模块与所述控制器模块连接。

更优地，所述数据输出模块为显示设备或者远程服务器。

本发明还提供一种基于电流检测的燃气喷射阀检测方法，包括：

驱动燃气喷射阀开启和关断；

采集燃气喷射阀的工作电流数据；

处理燃气喷射阀的工作电流数据，生成燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据。

更优地，燃气喷射阀检测方法还包括：

将燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据输出。

更优地，所述处理燃气喷射阀的工作电流数据，生成燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据的方法，包括：

按照预设采样频率采集燃气喷射阀的工作电流数据，形成燃气喷射阀的工作电流曲线；

将燃气喷射阀的工作电流曲线量化为燃气喷射阀的工作电流值与时间轴一一对应；

计算从起始点到第一个下降沿的最低点之间的时间长度作为燃气喷射阀开启时间数据；

计算从关断燃气喷射阀到第一个上升沿的最高点之间的时间长度作为燃气喷射阀关断时间数据。

更优地，所述采集燃气喷射阀的工作电流数据的方法包括：采用周期中断定时器采集燃气喷射阀的工作电流数据。

本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本申请提供的基于电流检测的燃气喷射阀检测装置及检测方法，采用的电流检测方法是直接检测燃气喷射阀本身特性，准确度高，一致性好，更能真实的体现燃气喷射阀的基本性能，而且测试结构简单，只需要外部驱动燃气喷射阀正常工作即可。通过电流变化去反映燃气喷射阀特性的方法，更方便在各大生产厂家树立一个统一的实验标准，也更容易被使用者认可。

附图说明

图1为本发明实施例基于电流检测的燃气喷射阀检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例燃气喷射阀驱动模块电路原理图；

图3为本发明实施例燃气喷射阀电流采集模块电路原理图；

图4为本发明实施例基于电流检测的燃气喷射阀检测方法流程示意图；

图5为本发明实施例控制器模块采样得到的一个脉宽内电流数据图；

图6为燃气喷射阀工作时燃气喷射阀的激励线圈的电流变化曲线图；

附图标记为：F-燃气喷射阀的激励线圈，Q1-低位开关，Q2-高位开关，M1-第一MOS管，M2-第二MOS管，D1-第一二极管，D2-第二二极管，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，U1-电流监控芯片，C1-第一电容，a-第一端子，b-第二端子，c-第三端子，d-第四端子，e-第五端子，f-第六端子，T0-燃气喷射阀开启时间，T1-燃气喷射阀关断时间。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，包括：燃气喷射阀驱动模块、燃气喷射阀电流采集模块和控制器模块，燃气喷射阀驱动模块和燃气喷射阀电流采集模块分别与燃气喷射阀连接，控制器模块与燃气喷射阀电流采集模块连接。

该燃气喷射阀检测装置中，燃气喷射阀驱动模块驱动燃气喷射阀开启和关闭，使燃气喷射阀在正常工作的状态下，通过燃气喷射阀电流采集模块采集燃气喷射阀的工作电流，并在控制器模块中处理和分析出燃气喷射阀工作电流各个突变的点，记下燃气喷射阀这些电流突变点的时刻，这些时刻就能直接反映燃气喷射阀的基本特性。

更优地，该燃气喷射阀检测装置还包括数据输出模块，数据输出模块与控制器模块连接，数据输出模块可以为显示设备或者远程服务器。控制器模块也可以将测试得到的代表燃气喷射阀性能的数据，通过CAN总线的通讯形式上传到PC界面上，测试人员可以很方便监测和调取测试结果。

如图2所示，为本发明实施例提供的燃气喷射阀驱动模块电路原理图，该燃气喷射阀驱动模块与燃气喷射阀的激励线圈F一端连接，具体的，燃气喷射阀驱动模块包括：

低位开关Q1：包括第一端子a、第二端子b和第三端子c，第一端子a连接低位驱动电源，第二端子b与燃气喷射阀的激励线圈F一端连接，第三端子c接地；

高位开关Q2：包括第四端子d、第五端子e和第六端子f，第四端子d与第一二极管D1负极连接，第一二极管D1正极与低位开关Q1的第二端子b连接，第五端子e连接外接电源，第六端子f通过第一电阻R1与三极管T集电极连接，三极管T发射极接地，三极管T基集通过第二电阻R2与高位驱动电源连接；

续流器：包括并联的第二二极管D2和第三电阻R3，并联后的一端与第一二极管D1的负极连接，另一端与高位开关Q2的第六端子f连接，其中，第二二极管D2的负极与第一二极管D1的负极连接。

具体地，低位开关包括第一MOS管M1和第三二极管D3，第一MOS管Q1的栅极为第一端子a，漏极为第二端子b，源极为第三端子c，第三二极管D3的正极与第一MOS管M1的源极连接，负极与第一MOS管M1的漏极连接。

具体地，高位开关Q2包括第二MOS管M2和第四二极管D4，第二MOS管M2的栅极为第六端子f，漏极为第五端子e，源极为第四端子d，第四二极管D4的正极与第二MOS管M2的漏极连接，负极与第二MOS管M2的源极连接。

其中，第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4均为瞬间抑制二极管。

燃气喷射阀驱动模块电路在工作时，通过对燃气喷射阀的激励线圈F供电和断电来驱动燃气喷射阀的开启和关断，具体地，当燃气喷射阀驱动模块得到开启命令，燃气喷射阀驱动模块的输入端得到一个工作电压，燃气喷射阀的激励线圈F通电，当电流上升到一定值时，燃气喷射阀的阀芯打开，燃气喷射阀开启，当燃气喷射阀驱动模块得到关断命令，燃气喷射阀驱动模块断电，燃气喷射阀的激励线圈F的电流迅速减小，当电流减小到一定值时，燃气喷射阀的阀芯关闭，燃气喷射阀关断。具体到电路结构，当燃气喷射阀驱动模块的输入端得到一个工作电压，低位开关Q1和高位开关Q2分别在低位驱动电源和高位驱动电源的控制下同时打开，对燃气喷射阀的激励线圈F进行充电，随着燃气喷射阀线圈F的电流迅速增加，燃气喷射阀的阀芯迅速打开，这个过程中，低位驱动电源一直保持高电平保证燃气喷射阀的阀芯完全打开后，低位驱动电源转变为PWM闭环控制使燃气喷射阀线圈F的电流维持在一个较小的额定值，该较小的额定电流可以使阀芯一直处于完全开启状态，这样做的目的在于既能保证燃气喷射阀的阀芯处于开启状态又能通过减少燃气喷射阀线圈F和驱动电路的发热来减少系统功耗，而且可以在得到关断命令时使燃气喷射阀线圈迅速断电，阀芯迅速关闭切断燃气。从燃气喷射阀得到开启命令开始，一直到燃气喷射阀得到关断命令前，这个过程中高位开关Q2一直处于开启状态，当低位开关Q1由高电平转为PWM闭环控制后，低位开关Q1在不断地开启和关断，在低位开关Q1处于关断状态时，高位侧就可以作为能量泄放通道使燃气喷射阀驱动模块电路保持正常工作，当燃气喷射阀线圈F得到关断命令时，低位开关Q1和高位开关Q2同时关断，此时燃气喷射阀的激励线圈F电流迅速减小，不管在低位侧还是高位侧，都会产生一个非常高的尖峰电压，因此，在高位侧设置的续流器可以在高位开关Q2关闭时为尖峰电流提供一个回路，防止大电流或大电压损坏电路中的元器件，低位侧的低位驱动需要在尖峰电压超过安全值时打开低位开关Q1，为这部分能量提供泄放通道，防止大电流或大电压损坏电路中的元器件。

如图3所示，燃气喷射阀电流采集模块为燃气喷射阀检测装置的核心部件之一，燃气喷射阀电流采集模块与燃气喷射阀的激励线圈F一端连接，燃气喷射阀电流采集模块包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、电流监控芯片U1和第一电容C1，其中，第三电阻R3一端分别与燃气喷射阀的激励线圈F一端和第四电阻R4一端连接，第四电阻R4另一端与电流监控芯片U1的负输入端连接，第三电阻R3另一端分别与电流监控芯片U1的正输入端和外接电源连接，电流监控芯片U1的输出端分别与第五电阻R5一端和第六电阻R6一端连接，第五电阻R5另一端通过第一电容C1接地，第五电阻R5另一端还与输出端OUT连接，第六电阻R6另一端接地。

燃气喷射阀电流采集模块采用了采样电阻R4在燃气喷射阀的激励线圈F高侧处采集燃气喷射阀工作电流，最大的真实还原燃气喷射阀的工作电流曲线。这里的高侧是指采样电阻R4连接在燃气喷射阀的激励线圈F和外接电源之间，低侧是指采样电阻R4连接在燃气喷射阀的激励线圈F和地之间。高侧采样的电流波形准确度更高。采样电阻一般为大功率的小值电阻，在不影响燃气喷射阀正常工作的前提下将燃气喷射阀工作电流变化转变为电压变化供电流监控芯片U1处理。电流监控芯片U1为一个高精度的运算放大器将采集到的电流变化经过一系列的滤波整理后供控制器模块处理。

如图4所示，本发明实施例还提供一种基于电流检测的燃气喷射阀检测方法，包括：

S1：驱动燃气喷射阀开启和关断；

S2：采集燃气喷射阀的工作电流数据；

S3：处理燃气喷射阀的工作电流数据，生成燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据。

更优地，还包括：

S4：将燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据输出。

其中，步骤S3中，处理燃气喷射阀的工作电流数据，生成燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据的方法，包括：

S31：按照预设采样频率采集燃气喷射阀的工作电流数据，形成燃气喷射阀的工作电流曲线；

S32：将燃气喷射阀的工作电流曲线量化为燃气喷射阀的工作电流值与时间轴一一对应；

S33：计算从起始点到第一个下降沿的最低点之间的时间长度作为燃气喷射阀开启时间数据；

S34：计算从关断燃气喷射阀到第一个上升沿的最高点之间的时间长度作为燃气喷射阀关断时间数据。

其中，控制器模块可以使用MXP MC9S12E系列控制器，采用PIT周期中断定时器对燃气喷射阀的电流数据进行读取，采样时间分辨率最高达到7us，这样便可将燃气喷射阀工作电流以7us的单位时间存储在一个数组中，将燃气喷射阀工作电流曲线量化成具体的数值并与时间轴一一对应。

如图5所示，为控制器模块采样得到的一个脉宽电流数据，这里控制器模块采集的是一组以7us为时间间隔的电流值，应该是离散分布的，这里为了直观的体现采用线性曲线表示。

燃气喷射阀开启时间是指燃气喷射阀得到开启命令到燃气喷射阀进入开启状态的响应时间，燃气喷射阀关断时间使指燃气喷射阀在开启状态中从得到关断命令到燃气喷射阀进入关断状态的响应时间，燃气喷射阀的一个喷射脉宽对应的时间T是指燃气喷射阀从得到开启命令到得到关断命令所用的时间。在检测前，一个喷射脉宽对应的时间T是预先设置好的，是已知值。

根据这组代表燃气喷射阀工作电流的数据和相应的时间轴，计算从起始点到第一个下降沿的最低点x点对应的时间长度为燃气喷射阀开启时间，计算从关断燃气喷射阀后(即y点)到第一个上升沿的最高点z点的时间长度为燃气喷射阀关断时间。

控制器模块将测试得到的代表喷射阀性能的数据，可以通过CAN总线的通讯形式上传到PC界面上，测试人员可以很方便监测和调取测试结果。

本发明的发明原理：如图6所示，为燃气喷射阀电流工作曲线，燃气喷射阀的激励线圈是感性元件，通电后电流按照指数曲线从零开始增加，内部衔铁受到吸力相应的上升。当电磁吸力上升至足以克服负载力时，衔铁开始运动，并切割磁力线产生很强的反电动势，使电流急剧下降，直至衔铁完全吸合。之后，电流继续按指数曲线增至稳态。燃气喷射阀的关断过程和开启过程与燃气喷射阀的激励线圈电流工作曲线相似。根据图6的燃气喷射阀的激励线圈电流曲线就很清晰的知道，燃气喷射阀开启时间为T0，关断时间为T1，这两个重要参数就代表了燃气喷射阀的核心技术指标。由此可以看出本申请的基于电流检测的燃气喷射阀检测方法，测试原理完全依托于燃气喷射阀本身的特性，测试所得的结果更具有可靠性。

本申请的方案中只需对燃气喷射阀工作电流进行采集和检测，该功能可以集成在控制器模块中。对于燃气喷射阀只需要正常的驱动工作，该燃气喷射阀检测装置及检测方法结构简单、可以广泛的适用于没有气路条件的实验室，同时也可以适用于各个领域中以激励线圈为核心的电磁阀性能指标测试，尤其针对汽车发动机系统核心器件燃气喷射阀这类工作在高速开断状态下的电磁阀，用以提高系统控制的精确度。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，其特征在于，包括：燃气喷射阀驱动模块、燃气喷射阀电流采集模块和控制器模块，所述燃气喷射阀驱动模块和所述燃气喷射阀电流采集模块分别与所述燃气喷射阀连接，所述控制器模块与所述燃气喷射阀电流采集模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，其特征在于，所述燃气喷射阀驱动模块包括：

低位开关(Q1)：包括第一端子(a)、第二端子(b)和第三端子(c)，第一端子(a)连接低位驱动电源，第二端子(b)与燃气喷射阀的激励线圈(F)一端连接，第三端子(c)接地；

高位开关(Q2)：包括第四端子(d)、第五端子(e)和第六端子(f)，第四端子(d)与第一二极管(D1)负极连接，第一二极管(D1)正极与低位开关(Q1)的第二端子(b)连接，第五端子(e)连接外接电源，第六端子(f)通过第一电阻(R1)与三极管(T)集电极连接，三极管(T)发射极接地，三极管(T)基集通过第二电阻(R2)与高位驱动电源连接；

续流器：包括并联的第二二极管(D2)和第三电阻(R3)，并联后的一端与第一二极管(D1)的负极连接，另一端与高位开关(Q2)的第六端子(f)连接，其中，第二二极管(D2)的负极与第一二极管(D1)的负极连接。

3.根据权利要求1所述的基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，其特征在于，所述燃气喷射阀电流采集模块包括：

第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、电流监控芯片(U1)和第一电容(C1)，其中，第三电阻(R3)一端分别与燃气喷射阀的激励线圈(F)一端和第四电阻(R4)一端连接，第四电阻(R4)另一端与电流监控芯片(U1)的负输入端连接，第三电阻(R3)另一端分别与电流监控芯片(U1)的正输入端和外接电源连接，电流监控芯片(U1)的输出端分别与第五电阻(R5)一端和第六电阻(R6)一端连接，第五电阻(R5)另一端通过第一电容(C1)接地，第五电阻(R5)另一端还与输出端(OUT)连接，第六电阻(R6)另一端接地。

4.根据权利要求1所述的基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，其特征在于，还包括数据输出模块，所述数据输出模块与所述控制器模块连接。

5.根据权利要求4所述的基于电流检测的燃气喷射阀检测装置，其特征在于，所述数据输出模块为显示设备或者远程服务器。

6.一种基于电流检测的燃气喷射阀检测方法，其特征在于，包括：

驱动燃气喷射阀开启和关断；

采集燃气喷射阀的工作电流数据；

处理燃气喷射阀的工作电流数据，生成燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据。

7.根据权利要求6所述的基于电流检测的燃气喷射阀检测方法，其特征在于，还包括：

将燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据输出。

8.根据权利要求6所述的基于电流检测的燃气喷射阀检测方法，其特征在于，所述处理燃气喷射阀的工作电流数据，生成燃气喷射阀开启时间数据和燃气喷射阀关断时间数据的方法，包括：

按照预设采样频率采集燃气喷射阀的工作电流数据，形成燃气喷射阀的工作电流曲线；

将燃气喷射阀的工作电流曲线量化为燃气喷射阀的工作电流值与时间轴一一对应；

计算从起始点到第一个下降沿的最低点之间的时间长度作为燃气喷射阀开启时间数据；

计算从关断燃气喷射阀到第一个上升沿的最高点之间的时间长度作为燃气喷射阀关断时间数据。

9.根据权利要求6所述的基于电流检测的燃气喷射阀检测方法，其特征在于，所述采集燃气喷射阀的工作电流数据的方法包括：采用周期中断定时器采集燃气喷射阀的工作电流数据。