CN114087080B - 一种压电晶体/电磁型高压共轨喷油器通用控制电路 - Google Patents

一种压电晶体/电磁型高压共轨喷油器通用控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压电晶体/电磁型高压共轨喷油器通用控制电路，涉及发动机控制技术领域，用于检测压电晶体型和电磁型共轨喷油器试验装备，采用一套电路完成分别由两种控制器完成的对压电晶体型和电磁型共轨喷油器检测的任务；两种喷油器共享高压电源高边驱动MOSFET开关U2电路、低边驱动MOSFET开关U4/U5电路以及电流采集与控制电路AND1、AND2、AND3、U6、U7和U8，通过MCU控制继电器J切换压电晶体与电磁型共轨喷油器的连接,再通过微控制器MCU控制实现各自驱动策略。

Description

一种压电晶体/电磁型高压共轨喷油器通用控制电路
技术领域
本发明涉及发动机控制技术领域，尤其是一种可用于检测压电晶体型和电磁型共轨喷油器的控制器电路。
背景技术
现代柴油机广泛采用了电子控制燃油喷射系统，特别是高压共轨燃油喷射系统。高压共轨燃油系统中，共轨喷油器是最关键的部件。在实际应用场合，需对其进行检验检测，特别是对故障柴油机，通过对喷油器的检测发现故障原因是非常重要的维修保养手段，通过检测还可对喷油器的自然磨损引起的油量偏差生成补偿码，以使发动机恢复功率且运行更平稳。
共轨喷油器的检测一般在专用的试验台上进行，而共轨喷油器按机电特性分为电磁驱动型和压电晶体驱动型两大类型，两种类型的控制电路存在显著的差异，因此现有的共轨喷油器试验台对两种不同的喷油器需要采用不同的控制电路完成。采用两套控制电路一是增加了设备成本，二是操作复杂。
发明内容
本发明解决的技术问题在于，针对现有技术上的上述不足，提供一种压电晶体/电磁型高压共轨喷油器通用控制电路，简化了共轨喷油器试验台控制器的设计，降低了成本，操作上更为便利。
本发明根据压电晶体和电磁型共轨喷油器工作原理，整理出它们的异同点，共用相同的控制电路，保留相异的电路，通过功能选择切换到各自的控制模式。二者共同之处，都需要高边驱动电路和低边驱动电路构成对喷油器开启的控制。不同之处在于，电磁型喷油器需要两种不同的电压高边驱动；压电晶体型是单电压高边驱动（充电），但其在关闭时则需要对压电晶体上的电荷进行快速放电，且压电晶体的充放电过程需要串接电感进行电流控制。依据上述原则，发明了附图所示的控制电路，可实现压电晶体和电磁型共轨喷油器的兼容控制。
压电晶体型共轨喷油器控制模式。在此模式下，驱动电压Uh通过高边驱动MOS开关U1-继电器J常闭触点-电感L-低边驱动MOS开关U5/U6-电流采样电阻R1构成喷油器INJC1/INJC2的压电晶体充电回路，压电晶体喷油器开启喷油，其中U5/U6根据微控制器MCU指令分时导通致使喷油器INJC1/INJC2分时喷油；MCU发出喷油结束指令后，U1开关关闭，INJC1或INJC2压电晶体上的电荷通过MOS开关U3对地放电，一个喷油周期结束。
电磁型共轨喷油器控制模式。在此模式下，需要双电源驱动，具体为首先驱动电压Uh（Uh>Ubat）通过高边驱动MOS开关U1-继电器J常开触点（在MCU控制下切换到该触点）-电感L-低边驱动MOS开关U5/U6-电流采样电阻R1构成喷油器INJS1/INJS2电磁线圈的通电回路，经过特定时间后U1关闭，切断U1的供电，同时高边驱动MOS开关U2导通使得Ubat通过二极管D继续对电磁线圈供电，使得喷油器分时喷油；MCU发出喷油结束指令后，U2开关关闭且U5/U6关闭，切断喷油器供电，完成一个喷油周期。
本发明的有益效果在于，公开了一种综合压电晶体型和电磁型共轨喷油器的通用控制电路，通过合理的设计电路结构和驱动方式，使得压电晶体型和电磁型喷油器的控制共用同一个电路，节约了电路元件，降低了成本，扩展了单一控制器的用途，也更加有利于喷油器的检测工作。
附图说明
附图1是一种压电晶体/电磁型高压共轨喷油器通用控制电路Uh-高压电源、Ubat-蓄电池电系电源、U1～U5-MOSFET场效应开关管、U6-运算放大器、U7～U8比较器、P/H-高边前置驱动器、P/L-低边前置驱动器、AND1～AND3-逻辑与门、R1～R3-电阻、D/A-数字/模拟转换器、INJC1～INJC2-压电晶体型共轨喷油器、INJS1～INJS2-电磁型共轨喷油器、L-电感、J-继电器、MCU-微控制器。
附图2是压电晶体型共轨喷油器驱动电流波形，I-电流坐标、t-时间坐标、Imax-最大充电电流、Imh-高电流驱动维持电流（简称“高位维持电流”）、Iml-低电流驱动维持电流（简称“低位维持电流”）、-Imax-最大放电电流、-Imh-放电维持电流。
附图3是电磁型共轨喷油器驱动电流波形，I-电流坐标、t-时间坐标、Imax-最大冲击电流、Imh-高电压驱动维持电流（简称“高位维持电流”）、Iml-蓄电池电系电压驱动维持电流（简称“低位维持电流”）。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。
压电晶体型共轨喷油器测试模式（结合附图1和附图2）。微控制器MCU置继电器J为常闭状态、使得高边驱动U2的输出通过继电器连接到压电晶体喷油器INJC1和INJC2的正端，此时控制器处于压电晶体型喷油器测试模式。其工作流程为：
S1,MCU将比较器U7的比较电压设置成对应压电晶体最大充电电流Imax的电压，MCU经AND2与门打开高边MOS开关U2且同时选通低边MOS开关U4或U5之一使得高压Uh加载到压电晶体喷油器INJC1或INJC2之一给压电晶体充电。
S2,经过t1时段充电电流达到Imax时,R1采集的充电电流信号经运算放大器U6放大给U7，比较器U7翻转并将与门AND2关闭，与此同时MCU也收到U7的翻转信号且将U7的比较电压设置成对应压电晶体的高位维持电流Imh,此时比较器U7处于高频率的开关状态，使充电电流维持在Imh。
S3,经过t2时段的充电后，MCU再次将U7的比较电压改写为对应低位维持电流Iml，充电电流在维持一段时间后压电晶体上的电压达到饱和，充电电流逐步降至接近“0”，压电晶体喷油器完全打开。
S4，当喷油器开启时间达到预定值t4后，MCU将U2关断、设置最大放电电流-Imax、经与门AND3将U3置于导通状态，压电晶体开始放电关闭喷油器。
S5，当放电电流达到-Imax后，比较器U8翻转并将与门AND3关闭，与此同时MCU也收到U8的翻转信号且将U8的比较电压设置成对应压电晶体的放电维持电流-Imh,此时比较器U8处于高频率的开关状态，使放电电流维持在-Imh，放电电流在维持一段时间后电流逐步降至接近“0”，此时一次喷射完成，MCU恢复至下次喷射的等待状态。
S6，一次喷射完成后，下次喷射时MCU将切换至另一个喷油器，如此反复循环。
电磁型共轨喷油器测试模式（结合附图1和附图3）。微控制器MCU置继电器J为常开状态、使得高边驱动U2的输出通过继电器连接到电磁型喷油器INJS1和INJS2的正端，此时控制器处于电磁型喷油器测试模式。其工作流程为：
S7,MCU将比较器U7的比较电压设置成对应电磁喷油器最大冲击电流Imax的电压，MCU经AND1与门打开高边MOS开关U2且同时选通低边MOS开关U4或U5之一使得高压Uh加载到电磁喷油器INJS1或INJS2之一。
S8,经过t1时段电流达到Imax时,R1采集的充电电流信号经运算放大器U6放大给U7，比较器U7翻转并将与门AND1关闭，与此同时MCU也收到U7的翻转信号且将U7的比较电压设置成对应电磁喷油器的高位维持电流Imh,此时比较器U7处于高频率的开关状态，使充电电流维持在Imh。
S9,经过t2时段后，MCU关断U2再次将U7的比较电压改写为对应低位维持电流Iml，在此基础上MCU通过与门AND1打开高边MOS开关U1,将电磁喷油器的供电电源切换到蓄电池电系电源Ubat，此时比较器U7处于高频率的开关状态，使电磁喷油器处于低位维持电流Iml。
S10，当喷油器开启时间达到预定值t3后，MCU将U1关断且将对应的低边MOS开关关断，本次喷射结束。
S11，一次喷射完成后，下次喷射时MCU将切换至另一个喷油器，如此反复循环。
本发明不限于上述具体应用实例，也适用于其它需要类似功能的场合。

Claims (1)

1.一种压电晶体/电磁型高压共轨喷油器通用控制电路，包括高压电源Uh、蓄电池电源Ubat、高边驱动MOSFET开关、低边驱动MOSFET开关、继电器、运算放大器、比较器、逻辑与门、电阻、数字/模拟转换器、压电晶体型共轨喷油器、电磁型共轨喷油器、电感、微控制器MCU，其特征在于：压电晶体型共轨喷油器和电磁型共轨喷油器共享高压电源、高边驱动MOSFET开关U2、低边驱动MOSFET开关U5，通过微控制器MCU控制继电器J切换压电晶体与电磁型共轨喷油器的连接且通过MCU控制各自驱动策略；其控制策略特征在于，压电晶体型共轨喷油器控制模式：高压电源Uh通过高边驱动MOSFET开关U1-继电器J常闭触点-电感L-低边驱动MOSFET开关U5-电流采样电阻R1构成压电晶体型共轨喷油器的压电晶体充电回路，压电晶体型共轨喷油器开启喷油，其中U5根据微控制器MCU指令分时导通致使压电晶体型共轨喷油器分时喷油，MCU发出喷油结束指令后，U1开关关闭，压电晶体型共轨喷油器压电晶体上的电荷通过MOSFET开关U3对地放电；电磁型共轨喷油器控制模式：首先高压电源Uh通过高边驱动MOSFET开关U1-继电器J常开触点-电感L-低边驱动MOSFET开关U5-电流采样电阻R1构成电磁型共轨喷油器电磁线圈的通电回路，经过特定时间后U1关闭，切断U1的供电，同时高边驱动MOSFET开关U2导通使得蓄电池电源Ubat通过二极管D继续对电磁线圈供电，使得电磁型共轨喷油器分时喷油，微控制器MCU发出喷油结束指令后，U2开关关闭且U5关闭，切断喷油器供电。
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