CN202165166U

CN202165166U - 柴油机喷油系统电磁阀驱动电路

Info

Publication number: CN202165166U
Application number: CN2010206579212U
Authority: CN
Inventors: 周树艳; 宋国民; 丁珏; 黄城健
Original assignee: Wuxi Fuel Injection Equipment Institute China Faw Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2020-12-07

Abstract

本实用新型涉及一种柴油机喷油系统电磁阀驱动电路。其主要技术特征在于：将柴油机电控单元的充电电路和电控喷油器的电磁阀低端控制电路集成在一起，共同实现柴油机喷油系统控制；驱动电路用喷油器电磁阀线圈的储能作用产生驱动高压，驱动电路包括电磁阀高端控制电路、电磁阀低端控制电路、储能电容电路、逻辑控制电路，其中电磁阀高端控制电路包括三个模块：电压Vbat控制电路模块、维持电流电路模块、高压开放电路模块。

Description

柴油机喷油系统电磁阀驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种柴油机喷油系统电磁阀驱动电路，尤其是柴油机共轨喷油系统的电控喷油器驱动电路。

背景技术

现有技术中柴油机电控喷油器高速电磁阀驱动电路的改进目标，一方面是降低能量消耗，减少喷油器电磁阀驱动所产生反向电动势的浪费，同时还要保证电磁阀快速响应能力，以满足发动机高转速及多次喷射能力的技术要求；另一方面需进一步简化驱动电路和配套电源数量，以降低应用成本。

现有电磁阀驱动电路的种类很多，按驱动电源类型可分为单电源驱动和双电源驱动两种。单电源驱动技术的特点是系统只有一种驱动电源，因此结构简单、成本低，实际应用较为广泛，例如Bosch公司专利DE10011924(JP2001304024)及西门子公司专利US08079140(CN1125494A)都属于单电源驱动。双电源驱动具有一个高压驱动电源和一个低压驱动电源，这种驱动技术有利于提高电磁阀响应及电流控制精度。目前在双电源驱动技术中驱动高压大多通过外接升压电路实现，该升压电路利用车载蓄电池电源，采用DC/DC变换或变压器方式实现，如中国专利200410033776.X、200510011109.6、200610117293.7都属于双电源驱动。

若按设计原理分，现有电磁阀驱动电路可分为独立式和集成式两种，独立式设计控制简单，但成本较高；集成式将两个或多个电路集成在一起，以降低系统总制造成本，如上述清华大学的专利ZL200510011109.6就是将DC/DC升压电路集成到现有双电源驱动电路中，从而可省去外接升压电路。

当前，集成式双电源电磁阀驱动电路，该方案有节省原材料，简化电路设计等优点，但是其不足之处也很明显：首先，它需要两个电源，高压驱动电源与低压驱动电源，这样就增加了成本和资源。由于蓄电池体积比较大，所以不利于车体安装；其次，该方案并未从实际应用的角度出发，没有提出当转速较高时，如何解决充电效率的问题。

发明内容

本实用新型的目的是对柴油机喷油系统的电磁阀驱动电路提出一种新的技术方案，以解决现有技术方案的不足。本实用新型是一种单驱动电源的集成式驱动。

本实用新型的主要技术特征在于：将柴油机电控单元的充电电路和电控喷油器的电磁阀低端控制电路集成在一起，共同实现柴油机喷油系统控制；驱动电路用喷油器电磁阀线圈的储能作用产生驱动高压，驱动电路包括电磁阀高端控制电路、电磁阀低端控制电路、储能电容电路、逻辑控制电路，其中电磁阀高端控制电路包括三个模块：电压Vbat控制电路模块、维持电流电路模块、高压开放电路模块。

本实用新型的其它技术特征是：每次上电时喷油器电磁阀按顺序轮流工作，即每次电控单元上电时软件读取Flash存储器中的充电喷油器电磁阀序号，并以该序号喷油器的电磁阀进行首次充电，电控单元断电时充电喷油器的电磁阀序号递增一，并保存在电控单元Flash存储器中。驱动高压具有反馈控制信号，在达到规定的驱动高压后控制逻辑电路自动切断PWM信号。PWM信号在工作期间周期和占空比固定，在喷油系统电磁阀、电控单元和线束确定的情况下，系统充电效率由充电周期和占空比共同决定。控制信号包含一路延时信号，在喷射驱动和充电工作之间留有间隔，确保喷油器电磁阀不发生误动作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)省略了专门的高压充电电路，从而简化了电控单元系统，降低了电控单元的成本，更方便电控单元在柴油机缸体上安装；

2)利用喷油器电磁阀的感应电动势给储能电容充电，可回收能量，节约能源，减少电磁污染，符合“绿色科技”的发展趋势；

3)储能电容充电时，MOSFET管开关频率较低，能对元器件起保护作用。

附图说明

图1为本实用新型驱动电路框图

图2为本实用新型驱动电路(驱动六缸喷油器)

图3为工作过程控制信号

图4为喷油器电流驱动波形

图中区域模块代号

A：电流维持电路，包括放大电路，滞回比较电路

B：专用芯片

C：比较器电路

1：电压Vbat控制电路模块

2：维持电流电路模块

3：高压开放电路模块

4：电磁阀低端控制电路

5：储能电容电路

6：逻辑控制电路

图中元器件及信号代号

MOSFET管：11，12，13，14，15，16，17，18，19

二极管：21，22，23，24，25，26，27，28，29，210

电磁阀：31，32，33，34，35，36

电容：41

电阻：51，52，53

或门：61，62

与非门：71

控制信号：81，82，83，84，85，86，87，88

驱动信号：91，92，93，94，95，96

反馈信号：101

区域B输出信号：Y0，Y1，Y2，Y3，Y4，Y5

电源经处理后的电压：Vbat

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例做进一步详述，以便分析本技术方案的应用特征及优点，同时，以下所列举实施例是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

图1为本实用新型驱动电路框图，包括电磁阀高端控制电路、电磁阀低端控制电路、逻辑控制电路、储能电容电路和喷油器电磁阀五个部分，其中电磁阀高端控制电路包括电压Vbat控制电路模块1、维持电流电路模块2和高压开放电路模块3三个模块。在电控喷油器驱动系统中，仅用单个车载蓄电池电源，无专用高压产生电路，本实用新型驱动电路属于单驱动电源的集成式驱动电路。以六缸电控柴油机系统为例，在电磁阀驱动电路中，六只喷油器高端共结，电磁阀高端控制电路包括三个模块，六只喷油器低端分别接MOSFET管，每路对应一个控制信号。

储能电容的充电电路和电控喷油器中的电磁阀低端控制电路共用同一电路，对应电路增加保护二极管和储能电容。

图2为本实用新型驱动电路(驱动六缸喷油器)。由电压Vbat控制电路模块1、维持电流电路模块2、高压开放电路模块3、电磁阀低端控制电路4、储能电容电路5和逻辑控制电路6组成，其中柴油机电控单元的充电电路和电控喷油器的电磁阀低端控制电路集成在一起，通过软件控制逻辑共同实现柴油机喷油系统的控制。驱动电路以喷油器电磁阀31～36的储能作用产生驱动高压，每次上电时喷油器电磁阀按顺序轮流工作，即每次电控单元上电时软件读取Flash存储器中的充电喷油器电磁阀序号，并以该序号喷油器的电磁阀进行首次充电，电控单元断电时充电喷油器的电磁阀序号递增一，并保存在电控单元Flash存储器中。

电磁阀高端控制电路包括电压Vbat控制电路模块1、维持电流电路模块2和高压开放电路模块3三个模块：

电压Vbat控制电路模块1中，电压Vbat控制信号81控制MOSFET管17的通断，以控制是否加载Vbat信号，电阻51、52起电路限流作用。喷油器电磁阀31～36高端共结，且与保护二极管21阴极相连，MOSFET管17的漏极与保护二极管21的阳极相连。二极管22的阴极与保护二极管21的阴极相连，阳极连接地线，起续流作用。

维持电流电路模块2中，电流经采样电阻53后所得的采样电压经过包含有放大器电路和滞回比较器电路的器件区域A后，在二阶维持控制信号82的共同作用下，输出信号控制MOSFET管18通断，来实现喷油器电流的维持功能。MOSFET管18的漏极接保护二极管29阳极，二极管29阴极接喷油器电磁阀31～36高端。

高压开放电路模块3中，高压开放信号83控制MOSFET管19的通断，MOSFET管19源极接二极管210阳极，二极管210确保电流方向只能从MOSFET管19至驱动电磁阀，起到保护作用。二极管210阴极接喷油器电磁阀31～36的高端。

电磁阀低端控制电路4中，包括六只MOSFET管11～16，六路驱动信号91～96，六只MOSFET管源极连在一起，并与采样电阻53一端相连，采样电阻的另一端连接地线，MOSFET管的漏极分别连接到六只喷油器电磁阀31～36的低端，六路控制信号由专用芯片B产生。

储能电容电路5中，包括六只二极管23～28，起电流单向导通作用。电容41为极性电容，比较器电路C实现电容41上高压控制，即当高压没有达到设定电压时充电电路工作，当高压达到设定电压时切断高压充电电路。二极管23～28阳极分别接MOSFET管11～16的漏极，阴极接电容41的正极。

逻辑控制电路6中，包括控制信号81、84、85、86、87、88、101；或门61、62及与非门71，专用芯片B实现电流逻辑信号处理，最后输出信号Y0～Y5直接驱动喷油器电磁阀。控制逻辑电路中，一个或门61的输出端与另外一个或门62的输入端相连，另外一个或门62的输出端接与非门71的输入端，与非门71的输出端接专用芯片B的控制端，专用芯片B的六路信号输出端分别与六路MOSFET管的栅极相连。

比较器电路C输出反馈信号101，即在达到规定驱动高压后控制逻辑电路切断控制信号84，从而切断充电过程。84为PWM信号，其中信号的周期和占空比根据实际系统优化得到。

工作期间信号84的周期和占空比固定，当喷油系统中电磁阀、电控单元和线束确定的情况下，系统充电效率由信号84的周期和占空比决定。逻辑控制电路6中增加延时控制信号85，在喷射驱动和充电工作之间留有间隔，确保喷油器电磁阀不发生误动作。

图3为工作过程控制信号，详细叙述如下：

(1)在上电后t₁～t₂时间内，电控单元上电后，除信号84外，其它信号都延迟一段时间，在该时间段内六只电磁阀高端都是车载蓄电池电压，低端由专用芯片输出控制，专用芯片内部内置译码器，输出Y3、Y5、Y1、Y2、Y4、Y0信号分别对应喷油器4，6、2、3、5、1缸，每次上电时喷油器电磁阀按顺序轮流工作，即每次电控单元上电时软件读取Flash存储器中的充电喷油器电磁阀序号，并以该序号喷油器的电磁阀进行首次充电，电控单元断电时充电喷油器的电磁阀序号递增一，并保存在电控单元Flash存储器中。

(2)在一定的延时时间内，选缸信号86、87、88均为低电平，因此，输出Y0为低信号，其它输出信号为高电平。喷油器电磁阀31低端所接MOSFET管11在PWM信号84的驱动下，以一定频率工作在开关状态，每次关断时，喷油器电磁阀31低端都会产生反向电动势，其大小与电感值L成正比，与电流变化速度Δi/Δt成正比，该关系可用下式表示：U＝L·Δi/Δt。感应电动势通过二极管23给电容41充电，当电容41电压达到设定值后，反馈信号101把PWM信号84屏蔽，因此，充电停止。

(3)t₂～t₄时间内，喷油器驱动信号有效，为低电平，同时高压开放信号83翻转为高电平，驱动MOSFET管19。按照选缸信号逻辑，先驱动第1缸喷油器(喷油器驱动顺序取决于发动机发火顺序，这里仅以1～6顺序来进行说明)，储能电容高压释放，电磁阀中的驱动电流迅速上升，电磁阀吸合，喷油器开始喷油。在该过程中，通过采样喷油器电磁阀电流来控制维持电流大小，为减小比较器域值，加入二阶维持控制信号82，共同控制MOSFET管18。即在t₃～t₄时间内，维持电流由较高一阶维持下降到较低的二阶维持。电流波形见图4中Ta时刻至Tb时刻，在Tb时刻喷油器电磁阀关闭。

(4)t₂～t₅时间内，延时信号85为高电平，将PWM信号84屏蔽，信号85的有效时间比信号81的有效时间稍长，确保维持电流和充电电流之间有一定时间间隔，避免电流叠加，波形见图4中Tb时刻至Tc时刻。

(5)t₅～t₆时间内，延迟信号85跳变为低电平，PWM信号84开始驱动MOSFET管14，电磁阀34低端产生反向电动势给电容41充电，直到电容41电压达到设定值。这段时间内，充电效率至关重要，确保发动机在高转速工况下也能正常工作，因此，在t₆时刻之前某时刻就必须完成充电，电流波形见图4中Tc时刻至Td时刻。

(6)t₆～t₇时间内，第2缸完成喷射动作，并且完成给电容41的充电任务，控制过程与前一缸完全类似。

(7)t₇～t₈时间内，第3缸完成喷射动作，并且完成给电容41的充电任务，控制过程与前一缸类似。

(8)t₈～t₉时间内，第4缸完成喷射动作，并且完成给电容41的充电任务，控制过程与前一缸类似。

(9)t₉～t₁₀时间内，第5缸完成喷射动作，并且完成给电容41 的充电任务，控制过程与前一缸类似。

(10)t₁₀～t₁₁时间内，第6缸完成喷射动作，并且完成给电容41的充电任务，控制过程与前一缸类似。

t₁～t₂时刻，喷油器电磁阀31仅起充电作用，电磁阀没有被驱动，因此无燃油喷射过程，t₂时刻至t₁₁时刻代表完整的工作循环。假设充电电磁阀为第1缸，则在电控单元断电时记录充电序号1，当电控单元再次上电时，第2缸电磁阀担任充电任务，当电控单元断电时记录充电序号2，若再次上电则第3缸电磁阀担任充电任务，依此类推，直至所有电磁阀完成一轮后再从第1缸电磁阀开始，这样可确保所有电磁阀的工作负荷均衡，提高了喷射系统的可靠性。

图4为喷油器电流驱动波形(以第二缸喷油器为例)，在t₆～t₇时间内，第二缸喷油器完成一个完整的工作过程。图中的信号是MOSFET管12的栅极驱动信号，在Ta～Tb时间内，喷油器完成高压喷射，一阶电流维持和二阶电流维持，在燃油喷射过程中，电容41中高压释放，使得流经喷油器电磁阀32中的电流迅速上升，达到规定的峰值电流时，该电磁阀获得较大电磁力而开启，而后通过采样电阻53测量电磁阀回路电流，通过电流维持电路A控制电磁阀高端是否加车载蓄电池电压，预先设定的电流波形维持在两个水平，一个较高，一个较低。喷油器驱动结束后，电磁阀关闭，喷射动作完成。在Tb～Tc时间内，由于延迟信号85的作用，喷油器不做任何动作；在Tc～Td时间内，喷油器电磁阀32进入充电功能状态，电容41接比较器电路C，并设定目标充电电压，当电容上电压达到设定值，反馈信号101把PWM信号84屏蔽掉。

由此可见本实施例具有以下优点：从实际应用角度出发，并确保在发动机高转速下，电控单元的充电效率能够满足要求。只用一个车载蓄电池，系统第一次喷射所需高压是由喷油器电磁阀产生的反向电动势给电容充电所得。本技术利用喷油器电磁阀的储能作用产生驱动高压，柴油机电控单元的充电电路和电控喷油器中的电磁阀低端控制电路集成在一起。且PWM信号频率较低，流经电感的信号交流分量较少，从而大大减少了电磁干扰，符合电磁兼容性的设计原则，由于MOSFET管的工作频率低，发热少，因而不影响其使用寿命。

Claims

1.一种柴油机喷油系统电磁阀驱动电路，是一种单电源的集成式驱动电路，其特征在于：将柴油机电控单元的充电电路和电控喷油器的电磁阀低端控制电路集成在一起，共同实现柴油机喷油系统控制；驱动电路用喷油器电磁阀线圈的储能作用产生驱动高压，驱动电路包括电磁阀高端控制电路、电磁阀低端控制电路、储能电容电路、逻辑控制电路，其中电磁阀高端控制电路包括三个模块：电压Vbat控制电路模块、维持电流电路模块、高压开放电路模块。

2.根据权利要求1所述的柴油机喷油系统电磁阀驱动电路，其特征在于，其中所述的电磁阀高端控制电路的三个模块中，都分别包括一个MOSFET管和一个保护二极管，且保护二极管的阳极接MOSFET管的一端，阴极接六只电磁阀的高端。

3.根据权利要求1所述的柴油机喷油系统电磁阀驱动电路，其特征在于，其中所述的驱动高压具有反馈控制信号，在达到规定的驱动高压后控制逻辑电路自动切断PWM信号。

4.根据权利要求3所述的柴油机喷油系统电磁阀驱动电路，其特征在于，其中所述的控制逻辑电路中，一个或门的输出端与另外一个或门的输入端相连，另外一个或门的输出端接与非门的输入端，与非门的输出端接专用芯片的控制端，专用芯片的六路信号输出端分别与六路MOSFET管的栅极相连。

5.根据权利要求3所述的柴油机喷油系统电磁阀驱动电路，其特征在于，其中所述的控制信号包含一路延时信号，在喷射驱动和充电工作之间留有间隔，确保喷油器电磁阀不发生误动作。